Курсовая работа5 / W

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (“ЛЭТИ”)

Факультет компьютерных технологий и информатики

Кафедра автоматики и процессов управления

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ»

ЭЛЕКТРОННАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ УГЛА (ЭСС)

Выполнили: Бурыко К.А.

Зайцев Ф.К.

Группа: 3321

Проверил: проф. Терехов В. А.

г. Санкт-Петербург

2006 г.

Введение.

Целью данной работы является расчет следящей системы воспроизведения угла. Расчет ведется в три этапа: предварительный расчет, компьютерное моделирование, выбор элементной базы из реально существующих компонентов, удовлетворяющих заданным параметрам. Для уменьшения объема работы и для большей наглядности первая и третья части были объединены в одну. Предварительный расчет предполагает построение полной структурной схемы системы с передаточными функциями и их параметрами, включая звено, моделирующее нелинейность одного из устройств системы, а также и звено передачи эквивалентного возмущения f(t) с передаточной функцией Целью компьютерного моделирования является качественная оценка системы: чувствительность системы, реакция на различные возмущающие сигналы, оценка влияния нелинейности одного из устройств моделируемой системы и т.п. Параметры элементов системы выбираются из заданных диапазонов.

Описание ЭСС.  

Силовая ЭСС воспроизведения угла поворота   исполнительного вала объекта в диапазоне мощностей до 100 кВт строится по схеме "электромашинный усилитель (ЭМУ) поперечного поля -  исполнительный двигатель (ИД) постоянного тока". На функциональной схеме ЭСС ЭМУ (Рисунок 1) приводится во вращение кинематически связанным с ним приводным двигателем (ПД), например, трехфазным асинхронным двигателем.

ПД

U_в

П1

П2

ЭУ

ЭМУ

ИД Ред. Объект

ОУ1

М_С

ОУ2

ОВ

Рисунок 1. Функциональная схема модели

Обмотки управления ОУ1, ОУ2 ЭМУ питаются от электронного усилителя (ЭУ). ЭМУ является усилителем мощности и питает обмотку якоря (ИД), который через редуктор перемещает на угол   исполнительный вал объекта (антенна, подвижная платформа и т.п.). С этим же валом кинематически связан движок потенциометра П2, выполняющего роль датчика углового перемещения. На вход ЭУ поступает напряжение , пропорциональное ошибке воспроизведения заданного угла :где k - коэффициент пропорциональности. Исполнительный двигатель поворачивает движок потенциометра П2 до тех пор, пока напряжение не станет равным нулю, т.е. когда  .  ИД с редуктором развивает момент сил , достаточный для преодоления момента нагрузки , создаваемого объектом. Очевидно, что . На функциональной схеме показаны также обмотки возбуждения ПД, ИД и регулировочные элементы ЭМУ, используемые при его настройке.

Предварительный расчет

Структурная схема модели

Структурная схема ЭСС (Рисунок 2) построена на основе ее функциональной схемы (см. Рисунок 1)

Рисунок 2. Структурная схема модели

Выбор элементной базы

Для расчета следящей системы были выбраны следующие элементы:

Электромашинный усилитель (ЭМУ):

ЭМУ-25АЗ. Мощность Р=2,0 кВт, мощность управления 0,4Вт скорость вращения ω_ЭМУ=2850 об/мин, напряжение U=230В, ток якоря I_я = 9,1А, сопротивление силовой цепи 2,04 Ом, КПД 60%.

Исполнительный двигатель (ИД):

МИ-41. Мощность P=1,6 кВт, скорость вращения ω_ИД=2500 об/мин, напряжение U=220В, ток якоря I_я=9,5А, сопротивление силовой цепи 0,93 Ом, постоянная якорной цепи T_я=0,01 с, электромеханическая постоянная T_ЭМ=0,07 с.

Редуктор (Р):

Motovario O75 с передаточными числами 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 80; 100. Для нашей системы i=100, т.е. k₂=1/i=0,01.

Тахогенератор (ТГ):

В качестве датчика скорости использовался тахогенератор D-41 A фирмы Rollvam. Этот тахогенератор согласно паспортным данным имеет коэффициент передачи .

Электронный усилитель (ЭУ):

Hottinger AD104-R5. Диапазон усиления 1-10000, τ_ф=0,01.

Таким образом, у нас получились следующие передаточные функции (см. Таблицу 1)

Таблица 1

Элементы ЭСС	Передаточные функции
Соединение ЭМУ-ИД
Редуктор(Р)
Электронный усилитель (ЭУ)
Коэффициент передачи ЭУ
Тахогенератор (ТГ)
Потенциометрический датчик положения	W6=k6=1	B/рад
Возмущающее воздействие

Расчет внутреннего контура

Рассмотрим внутренний контур системы как эквивалентное звено c передаточной функцией . Соответствующая ЛАЧХ приведена на Рисунке 3. Это усиливающий контур, следовательно, оказывает существенное влияние на систему в целом. Однако, как видно из рисунка, имеет плохую частотную характеристику (запас по фазе всего около 1.83^о), что пагубно сказывается на всей системе. Для улучшения частотной характеристики введем звено коррекции в обратную связь внутреннего контура. Передаточную функцию звена коррекции W_k(s) мы будем рассчитывать через построение желаемой ЛАЧХ.

Рисунок 3. ЛАЧХ замкнутого внутреннего контура

График желаемой ЛАЧХ приведен на Рисунке 3. Она имеет следующую передаточную функцию:

Отсюда находим передаточную функцию звена коррекции:

ЛАЧХ звена коррекции приведена на Рисунке 3. Запас по фазе стал равен 42.7^о.

Расчет внутреннего контура

Расчетная СС должна быть устойчивой, грубой, обеспечивать оптимальную динамику (колебательность, перерегулирование, время регулирования) и воспроизводить задающее воздействие с ошибкой, не превышающей заданной, при заданных ограничениях на входной сигнал. Значение максимальной допустимой ошибки и ограничения на входное воздействие приведены в таблице 2.

Таблица 2

30	30	60	6

Так как форма задающего воздействия g(t) не известна, то для расчета коэффициента усиления системы будем использовать метод эквивалентного гармонического воздействия. При этом задающее воздействие будет иметь следующий вид:

. (1)

Амплитуда ошибки может быть найдена с помощью модуля передаточной функции по ошибке:

, где (2)

- частотная передаточная функция разомкнутой системы.

Так как в подавляющем большинстве случаев амплитуда ошибки значительно меньше амплитуды входного сигнала, т. е. , то справедливо отношение . Поэтому вместо (2) можно пользоваться приближенным выражением:

. (3)

Для того чтобы входное воздействие (1) воспроизводилось с ошибкой, не превышающей , ЛАЧХ системы должна проходить не ниже контрольной точки с координатами:

. (4)

Так как заданы ограничения на задающее воздействие, то, используя (5), найдем амплитуду и частоту эквивалентного гармонического сигнала.

(5)

По полученным величинам построим контрольную точку, в соответствии с (4).

Рисунок 4. Запретная ЛАЧХ разомкнутой системы

Передаточная функция разомкнутой системы будет иметь следующий вид:

Рисунок 5. ЛАЧХ разомкнутой системы.

Рисунок 6. Переходная характеристика замкнутой системы

Полученная система имеет достаточные запасы устойчивости (запас по фазе , по амплитуде ). Время регулирования , перерегулирование 4,5% (Рисунок 6). ЛАЧХ СС с разомкнутым внешним контуром приведена на Рисунке 5. Таким образом, непрерывная система удовлетворяет всем требованиям, предъявленным в задании.

8