Курсовая работа
По курсу «Теорияавтоматического управления»
На тему:«Исследование систем автоматического управления (САУ)»
Задание. 1 вариант
/>
Рис.1 Принципиальная схема САУ
Табл. 1.С1, с Тм, с Тэ, с Ттп, с Кред, Кд, Рад/Вс Ктп, Кэу Кпот, В/рад 0,04 0,833 0,02 3,33×10-3 1/350 2,5 20 35 70
Обозначения, принятые в таблице 1:
Тэ, Тм — соответственно электромагнитная иэлектромеханическая постоянная времени двигателя;
Ттп — постоянная времени тиристорного преобразователя;
kред, kд, kтп, kэу, kпот — коэффициенты усилениясоответственно редуктора, двигателя Д, тиристорного преобразователя,электронного усилителя, потенциометра.
Значения коэффициентов С2 и СЗ соответственно равны: 0,1с2 и – 0,15 с3.
1. Основные свойства и функциональное назначениеэлементов, образующих САУ. Принцип действия САУ
1.1 Основные свойства и функциональное назначениеэлементов САУ
1.1.1 Двигатель постоянного тока
Двигатель постоянного тока имеет обмотку возбуждения,расположенную на явно выраженных полюсах статора. По обмотке возбужденияпроходит постоянный ток, который создает магнитное поле возбуждения. Вдвигателе размещена двухслойная обмотка, в которой при вращении якоряиндуктируется ЭДС. При заданном направлении вращения ЭДС, которое индуктируетсяв проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник.
/>
Потенциометрическое измерительное устройство
/>/>/>/>/>
Разновидностью информационных электрических микромашин,предназначенных для использования в дистанционных системах передачи угла,является потенциометрическое измерительное устройство. Выходным сигналом(управляемой величиной) является угол поворота вала рабочего механизма b или, что то же самое, уголповорота движка потенциометра Пвых, поскольку этот потенциометр расположен наодном валу с рабочим механизмом (на исполнительной оси ИО), а выходным сигналом– угол поворота aдвижка потенциометра Пвх, который расположен на командной оси КО.
Алгоритм функционирования рассматриваемого приводазаключается в том, чтобы исполнительная ось ИО следила бы за произвольноизменяющимся положением оси КО, т. е. b ( t ) = a(t) при действии на элементы системы различных возмущений, в частности моментастатического сопротивления Мс.
Измерительное устройство системы (потенциометры Пвх иПвых) определяет угловое рассогласование e(t) между заданным значением угла поворотакомандной оси a(t) идействительным значением управляемой величины – углом поворота исполнительнойоси b(t) и преобразуетсигнал
e(t)= a(t) — b(t)
в пропорциональное ему напряжения рассогласования Ue(t), т. е.
Ue(t) = Ua(t) — Ub(t) = Ke[ a(t) — b(t) ] — Ke × e(t)
где Ua, Ub – соответственнопотенциалы движков потенциометров Пвх и Пвых; Кe – коэффициент усиления измерительного устройства(потенциометры Пвх и Пвых имеют одинаковые конструкции и параметры). Затемсигнал Ue (t)усиливается по напряжению и мощности соответственно с помощью УТП и ТП. Врезультате на выходе регулятора формируется управляющее воздействие –напряжение Uд(t), которое подводится к якорной обмотке двигателя. Значениеуправляющего напряжения зависит от величины сигнала рассогласованиякоэффициентов усиления тиристорного преобразователя Кт.п – и усилителяпостоянного тока Купт.
1.1.3 Электронный усилитель
Электронный усилитель – устройство, предназначенное дляповышения мощности входного электрического сигнала. При этом усилениемаломощного входного сигнала достигается за счет энергии внешнего источникапитания значительно большего уровня мощности. Структурная схема усилителяпоказана в виде активного четырёхполюсника, к входным зажимам которогоподключается источник входного сигнала в виде источника напряжения.Сопротивление нагрузки Rн подключается к выходным зажимам.
/>
Усилитель содержит активные (полупроводниковые приборы) ипассивные (резисторы, конденсаторы, индуктивности) элементы, а также источникипитания. Пассивные элементы предназначены для обеспечения заданного режимаработы активных элементов.
1.1.4 Тиристорный преобразователь
Тиристорный преобразователь состоит из системыимпульсно-фазового управления (СИФУ) и собственно тиристорного преобразователя,основным элементом которого является силовая схема преобразования энергиипеременного тока в энергию постоянного тока (управляемый выпрямитель) с помощьютиристоров.
/>
В качестве нагрузки преобразователя принята якорная цепьдвигателя постоянного тока. СИФУ осуществляет преобразование непрерывногосигнала управления Uу(t), поступающего на его вход, в последовательность отпирающихимпульсов ai(t)(формируемых генератором импульсов), сдвинутых по фазе относительно моментаестественного отпирания тиристоров. Затем с помощью собственно тиристорногопреобразователя производится обратное преобразование дискретных значений ai(t) в кусочно-непрерывныйсигнал выходной координаты – ЭДС преобразователя.
1.1.5 Редуктор
Представляет собой сугубо механическую конструкцию,предназначенную для передачи вращающего момента, уменьшения (увеличения)частоты вращения вала.
/>
Состоит из зубчатой передачи любого типа (выбирается взависимости от конкретных нужд и прикладываемых сил). Могут быть одно — инесколько — ступенчатыми, различными по форме, назначению, методам охлаждения ит.п.
Принцип действия САУ
Рассмотрим работу следящего привода. При идентичномположении командной и исполнительной осей привода угол рассогласования междуними равен нулю. Также равны нулю напряжения Ue и Uд, т. е. двигатель и вся система находятся впокое. Повернем теперь командную ось на некоторый угол. В результате этоговозникнут угол рассогласования e= a — b и пропорциональные емунапряжения Uд двигатель вращаться и через редуктор будет поворачиватьисполнительную ось и движок потенциометра Пвых в сторону уменьшения угларассогласования до тех пор, пока этот угол не станет равным нулю. При поворотекомандной оси в другую сторону меняется полярность напряжения, прикладываемогок двигателю, и, следовательно, направления его вращения. Если угловоенапряжение a(t)командной оси изменяется во времени по произвольному закону, то и угловоеположение b(t)исполнительной оси также будет изменятся по тому же закону.
Следует отметить, что направление вращения двигателябудет совпадать со знаком угла рассогласования только в том случаи, когдаобратная связь от двигателя к исполнительной оси (движку потенциометра Пвых)будет отрицательной. Если же при вращении двигателя угол рассогласованиявозрастёт, то это означает, что обратная связь положительна. Для того чтобысделать её отрицательной, необходимо поменять полярность напряжения,прикладываемого к двигателю.
Функциональная схема САУ приведена ниже по тексту (см.рис. 2).
/>
Рис.2 Функциональная схема САУ
2. Дифференциальные управления и передаточные функцииэлементов, образующих САУ
2.1 Потенциометр
Потенциометрическое устройство описывается уравнением:
Uq(t)= kпот × q (t),
где kпот=70 в/рад.
Уравнение потенциометра в операционной форме:
Uq(S)= kпот × q (S).
Откуда передаточная функция потенциометра:
Wпот(S) = />= kпот.
Следовательно, потенциометрическое устройствопредставлено пропорциональным звеном и описываются уравнением:
Uq(S)= 70×q (S).
2.2 Тиристорный преобразователь
Тиристорный преобразователь в режиме непрерывного токаописывается звеном, состоящим из последовательного соединения линейного безинерционногозвена с коэффициентом усиления kтп и звена чистого запаздывания, то есть