Разработка дистанционной следящей системы передачи угла поворота

Принципиальная схема дистанционной следящей системы передачи угла поворота приведена на рис. Входная и выходная ось следящей системы связаны соответственно с движками задающего П1 и отрабатывающего П2 потенциометров. Функциональная схема системы представлена на рис.

2014-06-23

107.08 KB

28 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


Волгоградский государственный Технический университет

Кафедра Автоматизации производственных процессов

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Разработка дистанционной следящей
системы передачи угла поворота

Вариант № 1.13

Проверил: Разработал:

  

Волгоград 2012


ЗАДАНИЕ

Дистанционная следящая система передачи угла поворота предназначена для поворота некоторой оси, называемой исполнительной или выходной, осью, по закону, определяемому другой - командной, или входной осью.

Принципиальная схема дистанционной следящей системы передачи угла поворота приведена на рис.1.

Входная и выходная ось следящей системы связаны соответственно с движками задающего П1 и отрабатывающего П2 потенциометров.

Разность снимаемых с них напряжений, пропорциональная ошибке = 1 - 2 поступает на вход усилителя. Последний управляет работой электрического исполнительного двигателя Д. Выходной вал двигателя механически связан через редуктор Р с объектом управления ОУ и движком потенциометра П2.

Функциональная схема системы представлена на рис.2. Задающее воздействие g(t) – угол поворота 1, возмущающее воздействие f(t) – момент нагрузки MH.

Элементы системы управления описываются следующими уравнениями:

элемент сравнения      = 1 - 2 ;

потенциометрический преобразователь  U = k1  ;

усилитель      Tу dU1/dt + U1 = k2 U ;

двигатель      Tм d2 /dt2 + d /dt = k3 U1 - k4 Мн ;

редуктор      2 = k5  ;

где k1 k2 - коэффициенты передачи соответственно потенциометрического преобразователя, усилителя;

 k3 = хх/ Uн = nхх /30Uн - коэффициент передачи двигателя;

k5 = 1/i - коэффициент передачи редуктора;

k4 = хх/ Мп - коэффициент наклона механической характеристики двигателя;

Tу - постоянная времени усилителя;

Tм - постоянная времени двигателя.


Исходные данные:

Коэффициент передачи потенциометрического преобразователя, k1

60 В/рад

Коэффициент усиления усилителя, k2

900

Передаточное отношение редуктора i

1000

Номинальное напряжение двигателя, UН

110 В

Скорость холостого хода двигателя nxx

9000 об/мин

Постоянная времени усилителя, ТУ

0,01 с

Постоянная времени двигателя ТМ

0,1 с

Пусковой момент двигателя МП

0,5.10-2 Н.м

Перерегулирование

30%

Время переходного процесса tp

0,2 с


Найдем коэффициенты передачи отдельных звеньев схемы:

1) коэффициент передачи двигателя

рад/с.В

2) коэффициент наклона механической характеристики двигателя

рад/с.Н.м

3) коэффициент передачи редуктора k5 = 1/i = 1/1000 = 0,001

где i – передаточное отношение редуктора.

Определим передаточные функции звеньев системы из уравнений как отношение изображения выходной величины к изображению входной величины

W(p) = XВЫХ(p)/ XВХ(p).

Передаточная характеристика потенциометрического преобразователя

W1(p) = U(p)/ (p) = k1 = 60

Передаточная характеристика усилителя

W2(p) = U1(p)/ U (p) =

Передаточная характеристика двигателя

W3(p) = (p)/ U1 (p) =

W4(p) = (p)/ МН (p) =  

Передаточная характеристика редуктора

W5(p) = 2(p)/ (p) = k5 = 0,001

По полученным передаточным функциям и функциональной схеме составим структурную схему следящей системы.

Передаточная функция разомкнутой системы

W(p) = W1W2W3W5  =

где k0 = k1k2k3k5 = 462,7

Передаточная функция замкнутой системы относительно управляемой величины по  задающему воздействию Ф(р) (полагаем f(t) = 0).

Передаточная функция замкнутой системы относительно управляемой величины по возмущающему воздействию Y(р) (полагаем g(t) = 0).

Передаточная функция замкнутой системы относительно ошибки по задающему воздействию Ф(р) (полагаем f (t) = 0).

Передаточная функция замкнутой системы относительно ошибки по возмущающему воздействию Y(р) (полагаем g(t) = 0).

По передаточной функции разомкнутой системы построим ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Предварительно определим  сопрягающие частоты: w1 = 1/TM = 1/0,1 = 10 c-1, w2 = 1/TУ = 1/0,01 = 100 c-1.

Для интегрирующего звена проводим асимптоту с наклоном –20 дБ/дек через точку w = 1 c-1 и L(w) = 20 log(k0) = 53,3 дБ. В точке w = w1  находится сопрягающая частота инерционного звена с постоянной времени ТМ = 0,1 с, поэтому в интервале частот w1 и w2 проводим прямую с наклоном –40 дБ/дек. В точке w = w2 = 100 c-1 находится сопрягающая частота второго инерционного звена с постоянной времени ТУ = 0,01 с, поэтому в интервале частот от w1 до и w = проводим прямую с наклоном –60 дБ/дек.

Фазовую характеристику определим по формуле

, с-1

1

2

5

10

20

50

100

200

500

(), град

-96,3

-102,5

-119,4

-140,7

-164,7

-195,3

-219,3

-240,6

-257,5

Исследуем устойчивость САУ по передаточной функции замкнутой системы. Для этого запишем характеристическое уравнение

D(p) = p(0,01p+1)(0,1p+1) + 462,7

D(p) = 0,001p3 + 0,11p2 + p + 462,7

Устойчивость определим по критерию Михайлова: для того чтобы замкнутая система была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы годограф характеристического многочлена замкнутой системы начинался на положительной части действительной оси и проходил последовательно в положительном направлении, не попадая в начало координат, n квадрантов комплексной плоскости.

Положим p = j, тогда характеристическое уравнение разделяется на действительную и мнимую части

U() = 462,7 – 0,112   и   V() = (1 – 0,0012)

Зададимся различными значениями .

0

5

10

15

20

22

23

35

U()

59,5

56,5

47,5

32,5

11,5

1,42

-3,98

-15,5

V()

0

4,75

8

8,25

4

0,704

-1,33

-6,25

Годограф проходит через 1 и 4 квадрант, следовательно, система неустойчива.

Определим параметры корректирующего устройства, которое позволит обеспечить перерегулирование = 30% и время переходного процесса tР = 0,2 с.

По заданному tР находим частоту среза wср = β/tP. Для = 30%    β = 2,5.

Тогда wср = 2,5./0,2 = 39,3 с-1. Через данную точку проводим среднечастотную характеристику (имеющую наклон –20 дБ/дек). Частоты, ограничивающие среднечастотную асимптоту выбираем из соотношений

wк2 = (2…4)wср =  (2…4)39,3 = 78,6…156,2 с-1. Выбираем wк2 = 150 с-1

wк1 = wср2/wк2 = 39,32/150 = 10,3 с-1. Выбираем wк1 = 10 с-1

Через точку с частотой wк1 проводим прямую с наклоном –40 дБ/дек для сопряжения с низкочастотной асимптотой. Она пересекает низкочастотную асимптоту на частоте wа = 0,85 с-1.

Через точку с частотой wк2 проводим прямую с наклоном –60 дБ/дек.

Вычитая из исходной ЛАЧХ LН(w) желаемую ЛАЧХ LЖ(w), получим ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства:

LК(w) = LН(w) – LК(w)

Передаточная характеристика корректирующего звена имеет вид

=

где  ТК1 = 1/wК1 = 1/10 = 0,1 с; ТМ = 0,1 с; ТУ = 0,01 с;

ТК2 = 1/w3 = 1/150 = 0,00685 с; ТК2 = 1/wК2 = 1/10 = 0,1 с

Реализуем последовательное корректирующее устройство из последовательно соединенных  интегрирующего пассивного звена и двух активных интегро-дифференцирующих звеньев.

Интегрирующее звено:

Передаточная характеристика интегрирующего звена будет

Тогда ТК1 = R2C1 = 0,1; Та =  (R1+R2)C1 = 1,178

Выбираем C1 = 10 мкФ. Тогда R2 = 10 кОм и R1 = 108 кОм.

Принимаем R1 = 10 кОм и R2 = 110 кОм.

Интегро-дифференцирующее звено:

Передаточная характеристика звена будет

Реализуем корректирующее звено на операционном усилителе

Определим сопротивление входной цепи и цепи обратной связи

 

Коэффициенты передачи

Тогда R2/R1 = 1;  R1C1 = 0,1;  R2C2 = 0,00685

Примем С2 = 10 мкФ. Тогда R1 = 0,1/10-5 = 10 кОм

R2 = R1 = 10 кОм.

С2 = 0,00685/10000 = 6,85.10-7 = 0,685 мкФ. Принимаем С2 = 0,5 мкФ.

Коэффициент передачи

Тогда R6/R5 = 1;  R5C5 = 0,01;  R6C6 = 0,00685

Примем С5 = 10 мкФ. Тогда R5 = 0,01/10-5 = 1 кОм

R6 = R5 = 1 кОм.

С6 = 0,00685/1000 = 6,85.10-6 = 6,85 мкФ. Принимаем С6 = 5 мкФ.

Окончательная структурная схема выглядит так

Фазовую характеристику скорректированной системы определим по формуле

, с-1

1

2

5

10

20

50

100

200

500

(), град

-134,7

-147,2

-147,5

-137,6

-128,9

-136,3

-161,1

-197,4

-236,8

При (М) = - ЛАЧХ имеет запас по модулю LМ = 11 дБ.  На частоту среза запас по фазе 49 градусов.

Построим переходную характеристику спроектированной системы с помощью программы SamSim.

По переходной характеристики определяем, что за время tp = 0,16 с при отклонении выходной величины от установившегося значения на 5% и перерегулирование σ = 29%.

Выводы: За счет введения в состав исходной системы корректирующего звена получена устойчивая система. Система имеет запас по модулю LМ = 11 дБ  и запас по фазе 48 градусов. Показатели перерегулирования полученной системы σ = 29 %. Выходной сигнал отличается от установившегося значения на 5% за время tp = 0,16 с. Т.е. исходные требования выполнены.

Список литературы

  1.  Теория автоматического управления: Учеб. для вузов. Ч.1. Теория линейных систем автоматического управления / Под ред. А.А.Воронова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1986.
  2.  Задачник по теории автоматического управления: Учеб пособие для вузов / Под ред. А.С.Шаталова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1979.



2

1

Д

Р

ОУ

МН

Рисунок 1

BR

UBR

U = kφ

OB

СУ

ПУ

УУ

ИУ

ОУ

x(t)

U1

МН

f(t)

(t)

g(t)

U

2

2

1

Рисунок 2. Функциональная схема

СУ

W1

W2

W3

W5

x(t)

U1

МН

f(t)

(t)

g(t)

U

2

2

1

Рис.3. Структурная схема

W1

W2

W3

W5

x(t)

f(t)

W4

R1

C1

R2

R3

C3

C4

R4

R5

C5

C6

R6

60

0,001

x(t)

f(t)

g(t)

L, дБ

60

50

LH

40

LЖ

30

20

10

ωа

ω2

ωК2

ω1

ωср

ω3

ω, с-1

ωК1

0

100

48º

11 дБ

LК

φЖ

φН

-90

ω, с-1

φ, град

-180

200

500

2

5

20

50

1

1000

100

10

-270

200

500

2

5

20

50

1

1000

10



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
19429. РАЗРАБОТКА ДИСТАНЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УЧЕБНЫМ РОБОТОМ 315.77 KB
  Разработка микропроцессорного устройства управления двигателями постоянного тока. Осуществляется разработка схемы электрической принципиальной – выбор двигателей, микроконтроллера, интерфейса связи. Расчет схемы электрической принципиальной и осуществляется разработка печатной платы и сборочного чертежа.
18797. Разработка подводной волоконно-оптической региональной системы передачи 1.73 MB
  Это подводные оптоволоконные кабеля. Здесь используются в первую очередь такие достоинства оптического кабеля как малогабаритные размеры и масса а также большая длина регенерационных участков и высокая пропускная способность оптического тракта. Следовательно необходимо проводить ряд организационно-эксплуатационных мероприятий направленных на предупреждение повреждений в подводных кабелях. Специфические особенности прокладки и эксплуатации подводных магистралей предъявляют особые требования к конструкциям и характеристикам оптического...
18645. Расчет следящей системы 546.59 KB
  Проблемы создания высокочастотного ракетного оружия стали особенно актуальны в период ракетно-ядерных вооружений, когда на первый план вышла задача замены ядерных боеголовок боеголовками обычного снаряжения и, соответственно, существенного повышения точности стрельбы для эффективного поражения цели.
17082. РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ, ТЕОРИИ И МЕТОДОВ ДИСТАНЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПО ПАРАМЕТРАМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАДИО- И ОПТИЧЕСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ДУГОВОГО ТОКОСЪЕМА 2.32 MB
  Проблема обеспечения надежного токосъема приобретает все большее значение т. Решение проблемы обеспечения высокой надежности КС и качественного токосъема проводится в направлении совершенствования и разработки методов расчета создание новых более совершенных конструкций КС токоприемников и их взаимодействия. Значительный вклад в разработку теории методов расчета в решение проблем обеспечения качественного токосъема построения систем и средств контроля основных параметров КС внесли и вносят ученые и инженеры практически всех...
4165. Синхронные системы передачи 144.59 KB
  Модель схемы синхронизации системы передачи данных в коде Манчестер-2, изображенная на рисунке 1, состоит из следующих элементов
12902. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ У РАСТЕНИЙ 24.21 KB
  Кроме того существует межклеточная система по которой происходит взаимодействие пространственно разделенных органов растений. У растений нормальное развитие корней и других гетеротрофных органов зависит от поступления ассимилятов образующихся в листьях в процессе фотосинтеза. Сдвиги в содержании различных элементов питания оказывают влияние на обмен веществ физиологические и морфологические процессы у растений.
5700. Проектирование цифровой системы передачи 547.09 KB
  Исходной информацией для выбора уровня цифровой иерархии и транспортной технологии является количество основных цифровых каналов ОЦК каждый из которых обеспечивает передачу одного основного цифрового сигнала аналогового телефонного сигнала в цифровой форме с нормализованными параметрами. Для эффективной передачи цифровой информации по линии связи оцифрованный речевой сигнал преобразуется в код передачи который определяет форму линейного сигнала передаваемого по линии связи...
5379. Разработка устройства для передачи сигнала на частоте 88-102 МГц 1.93 MB
  Понятие признаки задачи предприятия. Формы предприятия. Структура предприятия. Понятие признаки задачи предприятия Любая экономическая система существует на основе взаимодействия трех хозяйствующих субъектов: предприятий государства и домашних хозяйств.
14734. Структурная схема системы передачи информации (СПИ) 48.81 KB
  Теория электрической связи. Системы связи играют всё большую роль в жизни людей объединяя и сближая отдельные страны континенты и объекты космоса.
1829. Цифровая многоканальная система передачи для передачи аналоговых сигналов 477.61 KB
  В данной курсовой работе разработана цифровая многоканальная система передачи для передачи аналоговых сигналов. Спектр передаваемых сигналов находится в диапазоне частот 340  3800 Гц. Динамический диапазон сигнала от -1,6 В до +1,6 В. В системе применяется амплитудно-импульсная модуляция сигналов АИМ-2
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.