- •Оглавление.
- •1 Описание устройства и работы системы......................................................8
- •2 Расчёт элементов электронной схемы регулятора……............................10
- •3 Построение математической модели системы автоматического регулирования……………………………………………………......................13
- •4 Расчет настроек регулятора….......................................................................25
- •5 Анализ устойчивости системы.......................................................................33
- •6 Анализ качества системы регулирования……………...…………………37
- •7 Синтез системы с улучшенным быстродействием....................................44
- •Введение.
- •1 Описание устройства и работы системы.
- •2 Расчет элементов электронной схемы регулятора.
- •2.1 Расчёт делителя напряжения обратной связи.
- •2.2 Расчёт делителя напряжения задания.
- •2.3 Расчёт сравнивающего элемента.
- •2.4 Расчёт сумматора.
- •3 Построение математической модели системы автоматического регулирования.
- •3.1 Построение функциональной схемы системы.
- •3.1.1 Тиристорный регулятор мощности.
- •3.1.2 Электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения.
- •3.1.3 Пид-регулятор.
- •3.1.4. Тахогенератор, делитель напряжения обратной связи, фильтр.
- •3.1.5 Сравнивающее устройство регулятора.
- •3.2 Описание функциональных элементов передаточными функциями.
- •3.2.1 Электрический двигатель постоянного тока независимого возбуждения.
- •3.2.2 Тиристорный регулятор мощности.
- •3.2.3 Тахогенератор.
- •3.2.4 Делитель напряжения обратной связи.
- •3.2.5 Фильтр.
- •3.2.6 Расчет пид-регулятора.
- •3.3 Структурная схема и передаточная функция системы.
- •4 Расчет настроек регулятора.
- •4.1 Построение логарифмических характеристик без учёта настроек регулятора.
- •4.2 Построение логарифмической частотной характеристики системы с учётом пид-регулятора.
- •4.3 Построение логарифмической характеристики настроенной системы.
- •4.4 Реализация настроек регулятора.
- •5 Анализ устойчивости системы.
- •5.1 Оценка устойчивости системы по алгебраическому критерию Гурвица.
- •5.2 Построение области устойчивости в плоскости параметров Тм и kи.
- •6 Анализ качества системы регулирования.
- •6.1 Оценка качества системы по логарифмическим характеристикам.
- •6.2 Оценка качества системы прямым методом по графику переходного процесса.
- •6.3 Оценка вынужденной ошибки системы.
- •7 Синтез системы с улучшенным
- •7.1.2 Реализация последовательного корректирующего звена
- •Как видно он не существенно отличается от желаемого, следовательно, параметры подобраны верно.
- •7.2 Построение переходного процесса скорректированной системы и оценка качества системы.
- •Заключение.
- •Библиографический список.
1 Описание устройства и работы системы.
В систему подаётся задающее напряжение Uз, определяющее зависимость частоты вращения вала двигателя(t). Оно снимается токосъёмным контактом с делителя на резисторахR1иR2. Верхнее положение токосъёмного элемента соответствует максимальной частоте вращения вала двигателя, а нижнее неподвижному состоянию вала.
Далее сигнал поступает на операционный усилитель У1, на котором построена схема вычитания. Коэффициент усиления У1 равен kу1=1, что выполняется при равенстве сопротивлений резисторов R3, R4, R5. Усилитель У1 является сравнивающим устройством регулятора, он выполняет операцию нахождения разности напряжений, определяющих заданное UЗ и фактическое UОС значения управляемого параметра. Далее эта разность, по своей сути сигнал ошибки Uош=(Uз – Uос), поступает в логический блок регулятора для выработки на основе этой информации управляющего воздействия на объект.
Далее сигнал с У1 поступает на инвертирующие входы трёх параллельно соединённых операционных усилителей, которые образуют ПИД-регулятор. Каждый, из усилителей включён по специальной схеме и выполняет определённое преобразование сигнала Uош. У2 – является пропорциональным каналом регулирования, результатом его действия будет усиление вkп=R7/R6раз напряженияUош: результат -Uп. У3 - интегрирующее звено выполняет интегрирование сигнала, подаваемого на вход, результатом будетUи. У4 - дифференцирующий канал, его действие направлено на дифференцирование сигнала, результат его работыUд.
Сигналы элементов ПИД-регулятора поступают на вход У5, включенного по схеме сумматора (поз.4). Коэффициент усиления У5 подбирают равным единице с помощью резисторов R10, R11, R12. На выходе этого усилителя будет формироваться напряжение управления Uу=(Uп+Uи+Uд). Это напряжение будет воздействовать на тиристорный регулятор мощности (ТРМ). ТРМ в данной системе служит для подачи усиленного управляющего воздействия на вход объекта управления. ТРМ усиливает поступающий на его вход маломощный информационный сигнал Uу, в итоге на его выходе формируется сигнал Uд(t), впоследствии поступающий на вход объекта управления. Напряжение Uд подаётся на щётки коллектора двигателя.
Двигатель является объектом управления, при подаче напряжения на коллекторные щётки, якорь начинает вращаться cнекоторой частотой(t). Вал двигателя киниматически соединён с датчиком скорости - тахогенератором. По мере разгона двигателя на щётках якоря тахогенератора появляется ЭДС равная напряжениюUтг. Это напряжение, проходя через делительR14-R15, преобразуется в напряжение обратной связиUос, которое будет определять отклонение действительной частоты вращения вала от заданной.
Сигнал Uоспроходит черезRCфильтр высоких частот, представленныйR16,C3. Сигнал попадает на инвертирующий вход операционного усилителя У1, где происходит сравнениеUзиUос.
Автоматизирование подобных систем в настоящее время очень актуально, так как в производстве востребованы и используются преимущественно автоматизированные системы управления.
Назначение устройства:
1) Разгон двигателя до необходимой частоты при некоторой нагрузке на валу. Нужная (t) задаётся перемещением токосъёмного элемента потенциометраR2.
2) Поддержание заданной частоты вращения вала, в случае изменения нагрузки на валу во время работы двигателя.
3) Сглаживание колебательного переходного процесса. Так как двигатель является колебательным объектом, то необходимо сгладить колебательный процесс. Изменяя параметры ПИД-регулятора, можно управлять сглаживанием колебательного процесса в системе.
Исследуемая система является замкнутой, обыкновенной линейной, с управлением по ошибке. Сигнал в системе непрерывный.