Лабораторные работы / ЛСУ _3

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ИНЖИНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Лабораторная работа № 3

по дисциплине:

Локальные системы управления

СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

ПЛАТФОРМЫ («ВЕРТОЛЁТ»)

Выполнил:

Студент группы УИТ-51

Агабалаев А.В.

Проверила:

Комлева О.А.

Балаково 2008

Вариант №2

Цель работы:

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 регулирования с последователь­ной интегро-дифференцирующей RC-цепью (ПКЦ), представлена на рис.1:

Рисунок 1 – Структурная схема одноконтурной системы управления

Передаточная функция поворотной платформы (Пл):

Передаточная функция электродвигателя постоянного тока имеет вид:

,

где , рад/(В·с);

, с;

, с.

В работе используется трехкаскадный усилитель по­стоянного тока (УПТ), его передаточная функция:

, где ;

, с.

Пропеллер имеет сложную нелинейную характери­стику, передаточная функ­ция которого при­нимается в виде безинерционного звена:

,

где – коэффициент передачи пропеллера; , Н·с/рад.

Потенциометрический датчик (ПОС) для измерения углового положения плат­формы зафиксирован на оси, во­круг которого вращается платформа, и имеет пере­да­точную функ­цию следующего вида:

,

где , В/град = 16, В/рад;

– напряжение питания дат­чика; , В;

^α – рабочий диапазон; .

Структурная схема трехконтурной системы подчиненного ре­гулирования уг­лового положения поворотной платформы представлена на рис.2:

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; I_Я – ток якоря; e_Д – ЭДС двигателя; ω – скорости вращения вала двигателя.

Рисунок 2 – Структурная схема системы подчиненного ре­гулирования

Передаточные функ­ции двигателя имеют вид:

, , ,

где – полное сопротивление якорной цепи;

– добавочное сопротивление в якорной цепи для реализации обратной связи по току; , Ом.

Некомпенсируемая малая постоянная времени контура тока равна некомпен­сируемой частью контура тока(усилителя) является усилитель, имеющий малой по­стоянной времени, т.е. Т_μ= Т_у.

Передаточная функция разомкнутого контура:

Передаточная функция регулятора тока:

,

где – коэффициент передачи регулятора тока.

Передаточная функция замкнутого контура тока:

Передаточная функция датчика ЭДС:

,

где .

Для этого контура некомпенсируемой малой посто­янной является сумма ма­лых постоянных замкнутого кон­тура тока 2Гу и датчика ЭДС, равная якорной по­стоянной двигателя Т_Я, т.е. =2·Т_у + Т_Я.

При настройке на модульный оптимум передаточная функция разомкнутого контура ЭДС:

С другой стороны:

Выразим переда­точную функцию регулятора ЭДС:

Учитывая, что =2·Т_у + Т_Я, передаточная функция регулятора ЭДС будет иметь вид:

где – коэффициент передачи регулятора ЭДС.

Передаточная функция замкнутого контура ЭДС:

Таким образом, малая постоянная времени контура положения есть 2, и тогда передаточная функция ра­зомкнутого контура положения:

Выразим переда­точную функцию регулятора положения:

где – коэффициент передачи регулятора положения.

Коэффициент передачи регулятора тока:

где k_У – коэффициент передачи усилителя.

, кОм

Поскольку постоянная времени регулятора, равная Т_Я, не изменяется, значения сопротивления и емко­сти С_т выбраны в соответствии с:

, с.

Для регулятора положения имеем:

,

где – при принятых допущениях величина постоянная.

В соответствии со схемой регулятора положения имеем:

Значения R₁ и R₂ определяются следующими соотношениями:

,

Значение сопротивления R₄ выбрано в соответствии с выражением:

Одноконтурная система

Трёхконтурная система

Сравнение систем

Вывод: в ходе лабораторной работали исследовали одноконтурную системы регулирования с последователь­ной интегро-дифференцирующей RC-цепью и трехконтурную систему подчиненного ре­гулирования уг­лового положения поворотной платформы, посчитали общие передаточные функции и построили графики переходного процесса и АЧХ. Из графиков переходных процессов видно, что одноконтурная система имеет расходящийся процесс, т.е. система неустойчива, а трёхконтурная система – сходящийся процесс, т.е. система устойчива.