Министерство образования и науки Российской Федерации

Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет

Кафедра АТС

Курсовая работа

по

«Теории автоматического управления»

на тему

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ (САР)

Выполнил:

Проверил:

Уфа-2005

Содержание.

1. Введение……………………………………………………………стр. 3

2. Задание на курсовую работу………………………………………стр. 4

3. Анализ исходных данных………………………………………….стр. 5

4. Анализ процесса резания…………………………………………..стр. 7

5. Разработка структурной схемы САР ……………………………..стр. 9

6. Анализ устойчивости некорректированной САР………………..стр. 11

7. Синтез САР с заданными показателями качества……………….стр. 12

8. Анализ качества САР………………………………………………стр. 14

9. Заключение………………………………………………………….стр.16

10. Список литературы………………………………………………..стр.17

1 Введение.

Теория автоматического управления и регулирования – наука, которая изучает процессы управления, методы их исследования и основы проектирования автоматических систем, работающих по замкнутому циклу, в любой области техники. Целью данной работы является проектирование системы автоматического управления (САР) среднеквадратической температурой в области резания. Данная САР должна поддерживать температуру в области резания на заданном уровне с определенной точностью и отвечать требованиям точности и быстродействия. Метод анализа и синтеза САР, примененный в данной работе - это метод с использованием логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ) системы. Он является наиболее удобным, благодаря простоте, наглядности и точности, и поэтому используется в данной работе.

2 Задание на курсовую работу.

Оптимальная температура в зоне резания обеспечивает минимум интенсивности изнашивания режущего инструмента. При точении жаропрочного сплава ХН77ТЮР резцом ВК6М с параметрами заточки r_в=1 мм; =0; =₁=10⁰; =₁=45⁰ оптимальная температура ₀ составляет 720⁰С. Температура в зоне резания для данной пары «инструмент-деталь» определяется выражением:

₀ = 267*(V^0.384)*(S^0.132)*(tп^0.098), ⁰С (1)

Для поддержания температуры в зоне резания на уровне ₀ с заданной точностью изменяем V, регулируя скорость вращения двигателя шпинделя n дш, при неизменном задании Sз.

Произвести синтез САР температуры резания с запасами устойчивости по фазе =50⁰, по модулю L6 дб, обеспечивающей заданную точность поддержания температуры, при заданных величинах возмущений.

Данные: вариант 39

Двигатель 2ПН180LYХЛ4, мощность 10 кВт, напряжение 440 В, Rя=0.585 Ом, Rдп=0.482 Ом, Rв=64/17 Ом, Lя=20 мГн, Jном=0.23 кг*м^2.

Vд=20 м/мин, Sз=0,11 мм/об, nном=1000 об/мин, КПД=83.5 %,

t п мин=0.5 мм, t п макс=0.8 мм.

Тду=0.0 с. Тпу=0.0 с. Преобразователь энергии: Т1= 0.103 с., Т2=0.28 с.

Тс=0.0 с.

3. Анализ исходных данных

Схема взаимодействия электропривода и процесса резания приведена на рис. 1:

САР регулирует выходную координату процесса резания с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР, управляющая координата ПР обозначена Х, возмущающее воздействие f. Передаточное устройство – это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Т_ПУ. Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возбуждение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

Преобразователь электрической энергии (ПЭ) преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является линейным звеном. Выходное напряжение U равно номинальному значению при напряжении управления 10 В. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т1 и Т2.

УС - усилитель, является безынерционным звеном, усиливает напряжение, поступающее от корректирующего устройства.

КУ - корректирующее устройство. Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Статический коэффициент передачи КУ равен 1.

БЗ - блок задания, состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора R3, задает напряжение Uз величина которого определяет величину задания выходной координаты САР.

ДУ - измерительная система выходной координаты процесса резания. С точки зрения динамики представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени Т_ДУ. При номинальном значении выходной координаты выдаёт напряжение Uос=5 В.

С - сумматор на базе операционного усилителя, безынерционное звено с коэффициентом передачи равным 1. суммирование осуществляется по алгоритму Uс=Uз-Uос.

Функциональная схема будет выглядеть так:

Иначе, по алгоритму функционирования данная САР является следящей. В ней выходная величина – температура в области резания – регулируется с заданной точностью при изменением напряжения на входе , т.е. система управляет выходной координатой. На вход системы подается напряжение Uз, соответствующее заданной температуре в области резания. Это напряжение сравнивается с напряжением Uос, поступающим с датчика обратной связи – например, естественной термопары. Если существует ненулевая разница этих напряжений – ошибка регулирования , то она с соответствующим знаком поступает на КУ, УС, ПЭ. ПЭ таким образом меняет напряжение на своем выходе, чтобы свести ошибку регулирования - путем изменения скорости вращения двигателя к минимуму или нулю. Если на систему действуют возмущения, то система с обратной связью будет компенсировать эти возмущения, поддерживая температуру в области резания постоянной.