Лабораторные работы / исследование системы прямого цифрового управления с датчиком лир-20

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ИНЖЕНЕРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Лабораторная работа № 1

по дисциплине

Локальные системы управления

Исследование системы прямого цифрового управления с датчиком

типа ЛИР-20

Выполнила ст. гр. УИТ – 53

Харипова Н. А.

Проверил преподаватель

Комлева О. А.

2008

Данная работа подразделяется на два этапа:

1ЭТАП

Целью работы являются:

1. Изучение принципа действия и условий формирования выходных сигналов унитарно-кодового датчика ЛИР-20.

2. Знакомство с устройствами формирования ШИМ в системе прямого цифрового управления.

3. Определить характеристик исполнительного двигателя в режиме ШИМ.

Исследуемая система прямого цифрового управления включает в себя ПЭВМ со встроенной платой цифрового ввода/вывода ЛА-ТМР, усилитель-преобразователь, исполнительный двигатель, инкрементный датчик угла ЛИР-20, схему формирования сигнала направления вращения двигателя.

ПЭВМ совместима с IBM PC и содержит плату ЛА-ТМР. Плата является частью устройства связи с объектом и выполняет определенные задачи, присущие технологическим контроллерам. Через нее осуществляется обмен информации между ОУ и ЭВМ, и формирует ШИМ-сигнал. Она содержит:

-6 шестнадцатиразрядных счетчиков-таймеров Intel P82C54;

-высокостабильный кварцевый генератор с частотой 10 МГц;

-16 цифровых линий, организованных как 8 входов и 8 выходов;

-линии стробирования;

-2 независимые линии запроса прерывания для IBM PC.

На счетчик-таймер могут быть поданы сигналы с частотой 10 или 1 МГц.

УП является усилителем мощности с гальванической развязкой и обеспечивает преобразованием 2 сигналов сигнал, пропорциональный напряжению и позволяющий осуществлять измерение направления вращения двигателя.

В качестве исполнительного двигателя используется двигатель Д-25Г.

Обратная связь осуществляется с помощью инкрементного датчика угла ЛИР-20. В основе которого лежит принцип фотоэлектрического сканирования штриховых растворов. На рисунке представлены временные диаграммы выходных сигналов датчика. Этот датчик обеспечивает сдвиг фаз между выходными сигналами А и В на четверть шага.

Датчик связан с двигателем через редуктор с передаточным числом i=24.

Структурная схема разомкнутой системы.

Учитывая что период дискретизации на несколько порядков меньше длительности переходных процессов в системе и шаг дискретизации достаточно мал (1/1000 оборота или 0,006 рад), можно рассматривать систему управления как непрерывную.

Пологая что постоянные времени усилителя-преобразователя (Т_УПс) и якорная постоянная двигателя Т_Яс. Примем передаточные функции элементов в следующем виде: ; ; ;

Для измерения скорости используется схема, представленная на рисунке. Штриховой линией выделены блоки, реализованные программно.

Т. о. положение и скорость можно вычислить:

где =0,92

n – количество полученных от датчиков импульсов (6 импульсов)

Воздействие задается как отношение Т_Р/Т_ШИМ=2/1,08=1,08, где Т_Р- время, в течение которого на выходе ШИМ формируется установлена единица (рабочий период); Т_ШИМ- период ШИМ.

Отрицательное значение обозначало бы, что вращение идет в обратную сторону.

Значение частоты ШИМ влияет на тепловые потери в якоре двигателя, которые определяются эффективным значением тока якоря. Поэтому при выборе частоты ШИМ для снижения эффективного значения тока необходимо исходить из требуемого соотношения между электрической постоянной времени двигателя и частотой ШИМ, которое должно подчинятся неравенству

С учетом приведенных ПФ элементов структурной схемы ПФ разомкнутой системы имеет вид:

где К= - коэффициент передачи разомкнутой системы

Сняв разгонную характеристику двигателя , учитывая принятую модель его математического представления, можно уточнить Т_ЭМ при выбранном значение ШИМ, в соответствии с тем, что

где - начальная скорость, - изменение скорости за весь период переходного процесса. При t=T_ЭМ:

Переходный процесс

Найдя на графике переходного процесса и соответствующее ему значение времени t= 0,6 , можно определить электрическую постоянную времени двигателя T_ЭМ

Вывод:

2 ЭТАП

Целью работы является:

1. Изучение возможных вариантов построения систем прямого цифрового управления с датчиком перемещения ЛИР-20, сравнение вариантов.

2. Расчет регуляторов системы прямого цифрового управления для разных вариантов структурной организации (одно- и двухконтурной систем).

3. Исследование статических и динамических характеристик системы прямого цифрового управления как позиционной системы при отработке малых, средних и больших перемещений.

4. Исследование характеристик системы при типовых воздействиях g(t)=g₀t и g(t)=g₀t²/2

При решение задач синтеза и анализа системы будем рассматривать ее как линейную. Структурная схема одноконтурной системы регулирования положения:

Содержит все ранее перечисленные элементы, а так же РП - регулятор положения, БВУ – блок вычисления угла W_БВУ(s)=1/k_ДАТ

Передаточная функция двигателя имеет вид

Существенное влияние на значение некомпенсируемой постоянной времени Т_и оказывает дискретность датчика, а также задержки в ПЭВМ. Задержки, возникающие из-за дискретности датчика, зависит от скорости вращения вала двигателя, при малых скоростях анна возрастает. Учитывая это, в первом приближении можно принимать значение некомпенсируемой постоянной времени контура положения .

Синтез замкнутой системы можно провести исходя из требований минимального времени регулирования, что соответствует настройке контура на модульный оптимум. В этом случае необходимо обеспечить ПФ разомкнутой системы контура в виде

ПФ в соответствия разомкнутого контура в соответствии с рисунком

откуда

Подставив ПФ всех звеньев, получим ПФ регулятора

Получили ПД-регулятор, который физически нереализуем, так как степень полинома числителя выше степени полинома. Проанализируем возможность замены ПД-регулятора на П-регулятор, т.е. Запишем ПФ разомкнутой системы для этого случая

Для упрощения дальнейших расчетов пренебрежем членом и представим ПФ разомкнутой системы в виде

Для анализа полученного результата запишем ПФ замкнутого контура

ПФ представляется в виде колебательного звена

Подставим значения

При переходный процесс в системе является апериодическим, а при перерегулирование в системе составляет 4,3%, а время переходного процесса минимально. Можно найти коэффициент регулятора положения

Для системы регулирования положения в общем случае требуется построение трехконтурной системы (тока, скорости и положения). При посторенние маломощных систем можно отказаться от контура тока, перейдя к двухконтурной системе. В нее добавили БВС – блок вычисления скорости, датчик скорости, датчик положения.

Не компенсируемая постоянная времени в контуре скорости можно оценить как

Контур скорости

ПФ разомкнутого контура скорости

Вычисляет скорость, приведенную к валу двигателя

Исходя из оптимум ПФ разомкнутого контура скорости должна быть

Тогда получает ПФ регулятора скорости

Контур положения

ПФ замкнутого контура скорости

Некомпенсируемая постоянная времени контура положения равна . ПФ разомкнутого контура положения и при настройке на модульный оптимум откуда ПФ регулятора положения

В результате получен П-регулятор положения с коэффициентом передач

В данном случае имеем линейную зависимость входного параметра регулятора от рассогласования () на его входе. Такой регулятор обеспечивает хороший переходный процесс при отработке малых и средних перемещений, когда скорость двигателя не достигает мах значения. При отработке больших рассогласований требуется нелинейный регулятор. Необходим регулятор со статической характеристикой При этом .

Расчет нелинейного регулятора положения в общем случае для непрерывной системы регулирования приводит к следующему результату:

5

=1,2 – максимальная скорость двигателя

Поведение системы при линейно возрастающей и квадратичном воздействиях.

Исследуемая система имеет астатизм первого порядка. Ошибка регулирования при линейно возрастающем воздействии постоянна, а при квадратичном – стремится к бесконечности.

Скорость вращения двигателя при наличии редуктора можно рассчитать по формуле

Для линейно возрастающего воздействия заданная скорость вращения двигателя составит

Максимальное значение скорости нарастающего воздействия

Для квадратичного воздействия заданная скорость вращения двигателя составит

При любом квадратичном воздействии через некоторое время t_X скорость вращения двигателя достигнет своего МАХ значения. Зависимость этого времени от g₀ b max значения скорости