методички / 4029 ЭИ
.pdf4029 |
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ |
|
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Вагоны»
МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ САУ
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы для обучающихся по специальности 23.05.03 – «Подвижной состав железных дорог»,
специализация «Локомотивы», «Вагоны», «Электрический транспорт железных дорог», «Технология производства и ремонта подвижного состава»,
«Высокоскоростной наземный транспорт» очной и заочной формы обучения
Составители: А.Н. Шмойлов Т.Н. Буштрук
Самара
2016
УДК 681.51.01
Методы расчета и проектирования САУ: методические указания к выполнению расчетно-графической работы для обучающихся по специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог», специализация «Локомотивы», «Вагоны», «Электрический транспорт железных дорог», «Технология производства и ремонта подвижного состава», «Высокоскоростной наземный транспорт» очной и заочной формы обучения / составители : А.Н. Шмойлов, Т.Н. Буштрук. – Самара : СамГУПС, 2016. – 10 с.
В указаниях дается краткая теоретическая основа преобразования структурных схем САУ. Приводится методика структурных преобразования и получения формулы для расчета передаточной функции САУ.
Утверждены на заседании кафедры «Вагоны» 18 ноября 2015 г., протокол № 4. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.
Составители: Шмойлов Андрей Николаевич Буштрук Татьяна Николаевна
Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Локомотивы» СамГУПС С.А. Петухов; к.т.н., доцент, кафедры «Вагоны» А.В. Клюканов
Под редакцией составителей
Подписано в печать 01.06.2016. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 0,63. Заказ 98.
© Самарский государственный университет путей сообщения, 2016
2
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Методы расчета и проектирования САУ» относится к базовой части профессионального цикла учебного плана (УП) Основной образовательной программы подготовки специалистов 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог». В соответствии с УП каждый обучающийся должен выполнить расчетно-графическую работу на тему
«Преобразование структурной схемы и определение передаточных функций разомкнутой и замкнутой систем по управляющему и возмущающему воздействиям».
Рассматриваемая в расчетно-графической работе методика позволяет проводить преобразования структурных схем и определять передаточные функций разомкнутой и замкнутой систем по управляющему и возмущающему воздействиям.
При выполнении расчетно-графической работы, обучающиеся должны опираться на знания, умения и навыки, полученные при предшествующем изучении дисциплин УП:
-«Математические модели объектов и процессов»;
-«Теория систем автоматического управления».
Дисциплина является одной из важнейших, и позволит дать обучающимся знания о принципах построения САУ и способов составления и преобразования их математических моделей, об основных методах анализа и синтеза линейных, нелинейных, дискретных, оптимальных и адаптивных систем; дать представление о перспективах развития автоматических систем и изучаемых в настоящем курсе методов, областях их применения, о месте и роли теории автоматического управления в общей системе знаний, получаемых обучающемся по специальности «Подвижной состав железных дорог».
При выполнении расчетно-графической работы обучающиеся получают практические навыки, которые частично формируют следующие компетенции:
ПК-11 – способность применять полученные знания для разработки и внедрения технологических процессов, технологического оборудования и технологической оснастки, средств автоматизации и механизации;
ПК-26 – умение анализировать технологические процессы производства и ремонта подвижного состава как объекта управления, применять экспертные оценки для выработки управленческих решений по дальнейшему функционированию эксплуатационных и ремонтных предприятий и оценке качества их продукции.
В результате выполнения расчетно-графической работы и самостоятельной подготовки обучающиеся должны
знать: системы автоматического управления (САУ) подвижным составом и машинам, передаточные функции и структурные схемы САУ;
уметь: строить структурные схемы линейных САУ подвижным составом и машинами;
владеть: методами анализа САУ подвижным составом и машинами.
Согласно УП на выполнение расчетно-графической работы отводится 9 часов.
3
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ РАЗОМКНУТОЙ И ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМ ПО УПРАВЛЯЮЩЕМУ И ВОЗМУЩАЮЩЕМУ ВОЗДЕЙСТВИЯМ
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Содержание работы
Расчетно-графическая работа должна содержать следующие разделы: Исходные данные Введение
1.Преобразование структурной схемы САУ
2.Определение передаточных функций системы Выводы Список использованных источников
Порядок выполнения работы
1.Выбрать из таблиц 1 и 2 приложения исходные данные и тип структурной схемы САУ согласно списку группы.
2.Выполнить преобразование структурной схемы САУ.
3.Определить типовые передаточные функции системы согласно исходных данных.
4.Сделать выводы о проделанной работе.
Требования к оформлению работы
Каждая представленная на проверку расчетно-графическая работа должна быть выполнена в виде пояснительной записки. Базовый размер шрифта – 14 пунктов Тimes New Roman, через 1,5 интервал, абзац 1,25, выравнивание текста по ширине страницы.
Допускается выполнять расчетно-графическую работу при помощи шариковой ручки черного цвета. Графическую часть рекомендуется выполнять при помощи графических редакторов на ЭВМ, допускается другое оформление рисунков, если они будут четкие, разборчивые, иметь подрисуночную надпись.
Подписи к рисункам должны размещаться снизу от рисунка и должны содержать их краткое описание. Указатель таблицы должен быть размещен слева сверху таблицы. Заголовок таблицы должен быть отцентрирован по ширине основного текста.
4
Нумерация рисунков, таблиц и формул сквозная по тексту. Не допускается размещать в тексте рисунки и таблицы до появления на них ссылки в тексте. Список использованных источников составляется по порядку цитирования, располагается после выводов и должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 7.1-2003. «Библиографическая запись. Общие требования и правила составления».
Правила преобразования структурных схем
Преобразование структурных схем сводится к задаче свертывания – получение общей передающей функции системы за передающими функциями частей этой системы.
Преобразование структурных схем применяется для определения передаточных функций сложных структурных схем, к которым нельзя непосредственно применить правила для типовых соединений звеньев.
Правила переноса узлов разветвления
1. Перенос узла разветвления с входа звена на выход (рис. 1) требует требует включения согласующего звена с передаточной функцией 1/W(p).
Рис. 1. Перенос узла разветвления с входа звена на выход
2. Перенос узла разветвления с выхода звена на его вход (рис. 2) требует включения согласующего звена с передаточной функцией W(p).
Рис. 2. Перенос узла разветвления с выхода звена на вход
5
Правила переноса узлов суммирования
1. Перенос сумматора с выхода звена на его вход (рис. 3) требует включения согласующего звена с передаточной функцией 1/W(p).
Рис. 3. Перенос сумматора с выхода звена на его вход
2. Перенос сумматора с входа звена на его выход (рис. 4) требует включения согласующего звена с передаточной функцией W(p).
Рис. 4. Перенос сумматора с входа звена на его выход
3. Перемена местами узла разветвления и сумматора (рис. 5)
Рис. 5. Перемена местами узла разветвления и сумматора
6
Пример преобразования структурных схем и определения передаточной функции САУ
Дана структурная схема системы (рис. 6). Определить передаточную функцию между переменными ХВХ(р) и ХВЫХ(р).
Рис. 6. Исходная структурная схема системы САУ
Положим F = 0 и перенесем узел разветвления с входа звена W3(p) на его выход и получим преобразованную схему на рис. 7.
Рис. 7. Промежуточная структурная схема системы САУ
Найдем передаточную функцию замкнутого контура с единичной обратной связью
W2,3(р) = |
2(р) 3(р) |
(1) |
|
1+ |
(р) (р) |
||
|
2 |
3 |
|
тогда схема примет вид, как на рисунке 8.
Рис. 8. Структурная схема системы САУ после преобразования
7
Искомая передаточная функция будет вычисляться по следующей формуле:
|
Хвых (р) |
|
|
1(р) 2,3(р) |
|
|
1(р) |
2(р) 3(р) |
|
|
|||||||||
W(р) = |
= |
|
= |
|
1+ 2( ) 3( ) |
= |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Хвх(р) |
|
1+1(р) 2,3(р) 3−1(р) |
1+ |
( ) |
2(р) 3(р) |
−1( ) |
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1+ |
( ) |
3 |
( ) |
3 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1( ) 2(р) 3(р) |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
||||
|
|
|
|
|
1+ |
( ) |
( )+ |
( ) ( ) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
3 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Линейные системы автоматического управления: учеб. пособие / А. П. Смольников. – М.; 100 с.
2.Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М., СПб.: Профессия, 2004. – 747 с.
3.Мирошник, И. В. Теория автоматического управления. Линейные системы : учеб. пособие для вузов / И.В. Мирошник. – М.: Питер, 2005. – 333 с.
8
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1
Исходные данные для расчета передаточной функции
Вариант |
Структурная |
|
|
|
|
Параметры звеньев |
|
|
|
|
||
|
схема САУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
К5 |
К6 |
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Т4 |
Т5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0,15 |
0,15 |
0,15 |
12 |
0,15 |
0,15 |
17 |
0,15 |
0,15 |
0,15 |
0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
0,12 |
33 |
0,98 |
0,12 |
2 |
0,9 |
0,12 |
0,18 |
0,9 |
0,12 |
0,18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2 |
0,25 |
0,24 |
9 |
0,25 |
0,7 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
2 |
0,35 |
0,32 |
0,35 |
0,35 |
0,35 |
0,35 |
0,35 |
0,35 |
0,35 |
0,34 |
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
2 |
0,56 |
0,56 |
0,6 |
0,56 |
45 |
0,56 |
0,6 |
0,56 |
0,54 |
0,56 |
0,59 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
4 |
0,54 |
0,54 |
0,54 |
0,45 |
0,54 |
0,54 |
0,54 |
0,57 |
0,57 |
0,54 |
0,54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
4 |
0,65 |
0,65 |
56 |
0,65 |
0,68 |
95 |
0,65 |
0,65 |
33 |
0,65 |
0,65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
2 |
0,33 |
0,33 |
0,33 |
0,9 |
0,33 |
12 |
0,33 |
16 |
0,33 |
25 |
0,33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
4 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,5 |
0,2 |
0,5 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
5 |
0,6 |
0,7 |
34 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
5 |
0,55 |
0,55 |
0,59 |
0,55 |
11 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
2 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
1 |
45 |
44 |
34 |
45 |
45 |
45 |
44 |
45 |
49 |
45 |
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
4 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
3 |
12 |
13 |
12 |
15 |
12 |
19 |
0,6 |
12 |
18 |
19 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
4 |
15 |
15 |
45 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
23 |
15 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
2 |
25 |
0,9 |
25 |
0,9 |
25 |
0,3 |
25 |
47 |
25 |
47 |
29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
3 |
26 |
24 |
26 |
25 |
26 |
0,3 |
26 |
29 |
26 |
28 |
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
4 |
27 |
26 |
27 |
0,33 |
27 |
25 |
27 |
27 |
28 |
27 |
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
4 |
29 |
28 |
55 |
29 |
29 |
29 |
29 |
29 |
29 |
29 |
29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
5 |
0,6 |
0,5 |
0,2 |
0,6 |
22 |
0,6 |
47 |
0,6 |
45 |
0,6 |
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
1 |
0,99 |
0,99 |
0,99 |
22 |
0,99 |
0,89 |
0,99 |
12 |
27 |
0,99 |
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
2 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
3 |
11 |
0,9 |
10 |
12 |
11 |
14 |
11 |
17 |
11 |
12 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
4 |
12 |
14 |
12 |
0,6 |
12 |
0,8 |
12 |
12 |
0,9 |
12 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
5 |
13 |
15 |
13 |
17 |
13 |
19 |
13 |
13 |
13 |
13 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
4 |
15 |
0,15 |
0,4 |
15 |
17 |
15 |
36 |
15 |
15 |
0,66 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
4 |
16 |
16 |
0,16 |
16 |
20 |
16 |
28 |
16 |
19 |
16 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
5 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
1 |
0,99 |
0,99 |
0,2 |
0,99 |
25 |
0,99 |
0,99 |
0,5 |
0,33 |
0,99 |
0,99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31 |
3 |
15 |
10 |
8 |
17 |
0,9 |
15 |
18 |
15 |
18 |
15 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
№
п/п
1
2
3
4
5
Таблица 2
Структурные схемы САУ
Структурная схема САУ
10