Лабораторные работы / Система стабилизации углового положения платформы («Вертолет»)

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ИНЖЕНЕРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Лабораторная работа № 2

по дисциплине

Локальные системы управления

Система стабилизации углового положения платформы («Вертолет»).

Выполнила ст. гр. УИТ – 53

Харипова Н. А.

Проверил преподаватель

Комлева О. А.

2008

Целью работы являются:

1. Изучение возможных принципов построения сис­темы управления положением механического объекта.

2. Исследование одноконтурной системы регулиро­вания углового положения платформы, расчет и реализа­ция возможных вариантов корректирующих устройств.

3. Определение качественных показателей работы одноконтурной системы регулирования углового положе­ния платформы для различных вариантов структурной ор­ганизации.

4. Изучение принципов построения системы подчи­ненного (многоконтурного) регулирования положения платформы.

5. Ознакомление с принципами расчета регуляторов отдельных контуров системы подчиненного регулирова­ния.

6. Аналитический расчет и экспериментальное оп­ределение статических и динамических характеристик сис­темы подчиненного регулирования положения механиче­ского объекта.

Структурная схема одноконтурной системы управления

Рассмотрим элементы структурной схемы и их мате­матическое описание. В соответствии с исследованием ОУ (поворотной платформы (Пл)) передаточная функция его линеаризованной модели представляется в виде колебательного звена:

,

где параметры К_ОУ=6,2 , Т_ОУ=0,6 и ξ=0,02 меняются в зависимости от уг­лового положения платформы и положения противовеса.

При расчете системы регулирования рекомендуется принять усредненные значения указанных параметров, по­лученные в ходе исследования ОУ.

В качестве исполнительного двигателя в данной ра­боте используется типовой для данной лаборатории элек­тродвигатель постоянного тока типа Д-25-Г. Передаточная функция двигателя имеет вид:

где

В работе используется трехкаскадный усилитель по­стоянного тока, обеспечивающий линейность характеристики в пределах ±27 В при максимальном токе нагрузки I = 2А, имеющий передаточную функцию:

,

где k_У=4,2; Т_У=0,4с.

Пропеллер имеет сложную нелинейную характери­стику, однако, в линеари­зованном варианте передаточная функция пропеллера при­нимается в виде безинерционного звена:

0.016,

где коэффициент передачи пропеллера был определен пу­тем аппроксимации его экспериментальных характеристик k_П = 0.016 Н · с/рад.

Потенциометрический датчик (ПОС) для измерения углового положения платформы зафиксирован на оси, во­круг которого вращается платформа, и имеет следующие характеристики: тип датчика - ПТП 5К1, сопротивление 10 кОм, рабочий диапазон α = 330°, напряжение питания дат­чика U_n = 93 В.

Передаточная функция датчика:

Преобразования системы:

h(t) = L^-1

Показатели качества системы:

1. Установившееся значение переходного процесса: h_уст= 1,13

2. Максимальное значение переходного процесса: h_max= 1,13

3. Время регулирования системы: t_p= 0,49с

4. Время первого согласования: t₁= 0,52с

5. Время нарастания: t_н= 0,52с

6. Перерегулирование: σ=

Трехконтурная система подчиненного ре­гулирования углового положения поворотной платформы.

Структурная схема системы регулирования

На схеме используются следующие обозначения: УПТ - усилитель постоянного то­ка; Д1 - Д2 - ДЗ - двигатель; Пр - пропеллер; Пл - платфор­ма; ДТ - датчик тока; ДЭ - датчик ЭДС; ДП - датчик поло­жения; РТ - регулятор тока; РЭ - регулятор ЭДС; РП - регулятор положения.

Двигатель, имеющий передаточную функцию W_Д(s), в данном случае представлен в виде трех последовательно соединенных звеньев с передаточными функциями W_Д1(s), W_Д2(s) и W_Д3(s), что необходимо для выделения промежу­точных координат. На выходе передаточной функции W_Д1(s) получим ток якоря, на выходе передаточной функ­ции W_Д2(s) имеем значение ЭДС двигателя и, наконец, на выходе W_Д3(s) имеем значение скорости вращения вала двигателя.

Выбор в качестве промежуточной координаты значе­ния ЭДС, а не скорости, объясняется конструкцией макета, в котором нет тахогенератора, установка которого повлек­ла бы кардинальные изменения конструкции.

где R_Я = R_ЯД + R_Ш - полное сопротивление якорной цепи, R_Я =12 Ом; R_Ш = 1 Ом - добавочное сопротивление в якорной цепи для реализации обратной связи по току;

Т_Я =0,0012с.

Некомпенсируемой частью контура тока является усилитель, имеющий малую постоянную времени Т_У. Та­ким образом, некомпенсируемая малая постоянная времени контура тока Т_μ будет равна Т_У, Т_μ=Т_У=0,4с.

Передаточная функция регулятора тока будет иметь вид:

где - коэффициент передачи регулятора тока.

;

.

Выразим передаточную функцию замкнутого контура тока:

Учитывая передаточную функцию датчика ЭДС:

можно рассчитать регулятор ЭДС.

.

Для этого контура некомпенсируемой малой посто­янной является сумма малых постоянных замкнутого кон­тура тока 2Т_У и датчика ЭДС, равная якорной постоянной двигателя Т_Я=0,0012с, т. е. Т_μ^’ = 2 Т_У + Т_Я=0,8012с.

Переда­точную функцию регулятора ЭДС:

Учитывая, что Т_μ^’ = 2 Т_У + Т_Я, передаточная функция регулятора ЭДС будет иметь вид:

где - коэффициент передачи регулятора ЭДС.

.

Передаточная функция замкнутого контура ЭДС:

Передаточная функцию регулятора положения:

где - коэффициент передачи регулятора положения.

;

.

Выразим передаточную функцию замкнутого контура положения, т.е. системы в целом:

h(t) = L^-1

Система не устойчива

Вывод: в ходе выполнения работы был произведен расчет одноконтурной и трехконтурной систем подчиненного регулирования углового положения поворотной платформы, рассчитаны общие передаточные функции обеих систем и построены переходные процессы. Исходя из графиков, можно сделать вывод, что первая система является устойчивой, а вторая нет. Отсюда следует что одноконтурная система лучше полходит для работы..