Курсовая работа вариант 1

Министерство образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ»

Кафедра Автоматики и процессов управления

Курсовая работа

На тему: «Создание измерительной система цифрового вольтметра на основе преобразователя напряжение-частота»

Вариант 1

Преподаватель: Солодовников А.И.

Санкт-Петербург, 2005

Оглавление

Задание…………………………………………………………………………….3

Решение

1. Построение функциональной схемы системы………………………….....4

2. Составление передаточных функций элементов системы……………..…4

3. Выбор порядка астатизма системы…………………………………..…….4

4. Составление исходной передаточной функции и построение асимптотической LАЧХ для разомкнутого состояния……………………5

5. Анализ устойчивости замкнутой системы исходного описания. Построение желаемой АЧХ для разомкнутого состояния системы по заданным показателям качества……………………………………………8

6. Коррекция исходной LАЧХ путем выбора подходящего закона управления…………………………………………………………………...8

7. Построение фазочастотной характеристики скорректированной системы. Её проверка по запретной зоне отвечающая качеству системы………………..……………………………………………………11

8. Поверочный расчет переходного процесса системы…………………….11

9. Пример принципиальной схемы одного из функциональных элементов системы……………………………………………………………………..14

10. Представление функциональной схемы системы в двухпроводном исполнении с учетом наличия общего провода у электронных элементов…………………………………………………………………...15

Заключение…………………………………………………………………… 16

Список использованной литературы…………………………………………17

Задание 41

Измерительная система цифрового вольтметра на основе преобразователя напряжение-частота.

Рассчитать параметры системы по заданным показателям качества. Провести поверочный расчет системы.

	Исходные данные	Вариант
		1	2
1	Коэфф. передачи преобразователя напряжение – частота, Гц / В	400	1000
2	Постоянная времени преобразователя напряжение частота, сек	0,03	0,02
3	Коэф. передачи обратного преобразователя частота-напряжение, мВ / Гц	0,5	0,4
4	Постоянная времени фильтра на входе системы, сек	0,1	0,05
5	Погрешность преобразования системы, %	0	0
6	Максимальное перерегулирование max , %	20	-
7	Показатель колебательности М	-	1,2
8	Время регулирования tp , сек	< 2	< 2
9	Провести расчет h(t)

Добротность системы принять не менее K = 100 1 / c

Построение функциональной схемы системы

УУ – управляющие устройство

ФНЧ – фильтр низких частот

ПНЧ – преобразователь напряжение – частота

ПЧН – преобразователь частота – напряжение (обратный преобразователь)

Составление передаточных функций элементов системы

Управляющее устройство

W_УУ = 1 / S

Фильтр низких частот

W_ФНЧ = 1 / (T_ФS + 1)

Преобразователь напряжение - частота

W_ПНЧ = К_ПНЧ / (Т_ПНЧ S + 1)

Преобразователь частота - напряжение

W_ПЧН = К_ПЧН

Статическая ошибка равна 0. Следовательно, порядок астатизма  = 1

Составление исходной передаточной функции и построение асимптотической LАЧХ для разомкнутого состояния

Общая передаточная функция

W (S) =W_УУ * W_ФНЧ * W_ПНЧ * W_ПЧН = К_ПНЧ К_ПЧН / ( S (T_ФS + 1) (Т_ПНЧ S + 1) )

W (S) = 400 0,5 / ( S (0,1 S + 1) (0,03 S + 1) )

Анализ устойчивости.

При анализе построенных ЛАХ и ЛФХ видим, что система неустойчива по критерию Найквиста. Т.к. ЛФК пересекает -180⁰ . Поэтому необходима коррекция системы.

Построение желаемой ЛАЧХ.

_макс = 20 % t_p < 2c

Частоту среза ( _с ), ,  L желаемой характеристики будем находить по методу Солодовникова.

_с > 1,7  Р_макс = 1, 1  = 50  L = 25

Wжел (S) = ( 30 (6,6 S + 1)) / ( S (40 S + 1) (0,001 S + 1) )

Коррекция исходной ЛАЧХ

Сделав анализ рисунка, решила что для простоты дальнейших расчетов изменим закон управления.

Выберем подходящий закон управления и введем звено последовательной коррекции.

1) Будем использовать пропорционально – интегрирующий закон управления.

W_УУ = 0,55 (0,03 S + 1 ) / S

Соответственно общая передаточная функция станет:

W (S) = 110 / S (0,1 S + 1)

2) Для коррекция системы используем интегрально-дифференцирующий закон.

Wк (S) = ( (Т₁ S + 1) (Т₂ S + 1) ) / ( (Т₃ S + 1) (Т₄ S + 1) )

3) Возьмем частоту среза равную 2,5 

Тогда желаемая ЛАЧХ будет иметь передаточную функцию следующего вида.

Wжел (S) = ( 110 (4 S + 1)) / ( S (25 S + 1) (0,01 S + 1) )

Построим исходную ЛАЧХ (с другим законом управления) и желаемую ЛАЧХ (с другой частотой среза).

Скорректированная система:

Wск (S) = Wк (S) * Wисх (S) = ( К (Т₁ S + 1) (Т₂ S + 1) ) / ( (Т₃ S + 1) (Т₄ S + 1) ) * 110 / S (0,1 S + 1 )

По графику передаточная функция коррекции будет такой:

Wк (S) = ( (4 S + 1) (0,1S + 1) ) / ( (25 S + 1) (0,01 S + 1) )

Коэффициент усиления всей системы определен графически К = 110

Тогда Wск (S) = ( 110 (4 S + 1) ) / ( S (25 S + 1) (0,01 S + 1) )

Для построения ФЧХ скорректированной системы воспользуемся программой CLASSIC 3.01.

Для этого запишем передаточную функцию в следующем виде:

Wск (S) = ( 440 S + 110 ) / ( 2,5 S³ + 25,01 S² + 1 S )

График переходного процесса представлен на рисунке.

Поверочный расчет

Поверочный расчет проводим для замкнутой системы при ступенчатом воздействии на входе. По графику определяем максимальное перерегулирование и время регулирования.

Время регулирования :t_р = 0,1664 с

Максимальное перерегулирование:  = 3,73%

Данные значения не превышают заданных, а это означает, что система управления была скорректирована верно и является устойчивой.

Двухпроводное исполнение:

Заключение.

Основываясь на анализе характеристик построенных вручную и в CLASSIC 3.01 можно сделать следующие выводы:

1. Полученная в результате синтеза система является устойчивой.

2. Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ построенные вручную и в CLASSIC 3.01 совпадают.

3. Величина перерегулирования, при подаче скорректированного сигнала, не превышает заданного значения.

Таким образом полученная в результате синтеза система автоматического управления удовлетворяет всем заданным параметрам.

Список используемой литературы:

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматического регулирования» - М. «Наука» 1975г.

2. Попов Е.П. «Теория линейных систем автоматического регулирования и управления» - М. «Наука» 1978

3. Конспект лекций

4. Справочники по автоматическому управлению