Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» icon

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления»



НазваниеПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления»
Дата17.10.2016
Размер
ТипПояснительная записка

ГБОУ ВПО

«Сургутский государственный университет

Ханты-Мансийского автономного округа – Югры»


Политехнический институт

Кафедра автоматики и компьютерных систем


Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине
«Локальные системы управления»

Тема: «Проектирование и расчет следящей системы»

Вариант №5


Выполнил: студент группы 1291

Давудов М. А._____________

Проверил: доцент кафедры АиКС

Паук Е. Н.______________

Дата принятия отчёта _____________

Оценка _____________


Сургут

2013


Содержание


Введение 4

1.Выбор основных элементов системы 5

1.1.1.Расчет мощности и выбор исполнительного двигателя 5

1.1.2.Определение передаточной функции редуктора 6

1.1.3.Проверка двигателя на нагрузочную способность 6

1.1.4.Расчет коэффициентов передаточной функции двигателя 7

1.2.Выбор и расчет измерителя рассогласования 7

1.3.Расчет синхронизирующего устройства при двухотсчетной системе измерения угла рассогласования 8

1.4.Усилительное устройство 9

1.4.1.Расчет коэффициента усиления по статической ошибке 10

1.4.2.Расчет коэффициента усиления по максимальной ошибке 10

1.5.Преобразовательные устройства 12

2.Структурная схема следящей системы 12

3.Определение передаточных функций системы 12

4.Оценка устойчивости следящей системы 12

4.1.Корневой метод 12

4.2.Критерий устойчивости Михайлова 13

4.3.Критерий устойчивости Найквиста 14

5.Частотные характеристики следящей системы 15

6.Корневые показатели качества 16

7.График переходной характеристики системы. Прямые показатели качества 17

8.Синтез корректирующего устройства 18

8.1.Построение ЛАЧХ неизменяемой части системы 18

8.2.Построение желаемой ЛАЧХ системы и передаточной функции корректирующего устройства 19

8.3.Структурная схема скорректированной следящей системы 23

9.Анализ скорректированной следящей системы 23

Заключение 25

Литература 26



Введение


Цель работы – проектирование следящей системы воспроизведения угла, которая удовлетворяет заданным техническим условиям.

Конструктивно курсовая работа выполнена на 22 страницах и состоит из следующих этапов:

  • выбор функционально-необходимых элементов следящей системы;

  • расчет и анализ показателей качества и точности работы системы при заданных управляющих воздействиях;

  • динамический синтез следящей системы – выбор и расчет корректирующего устройства для достижения заданных показателей качества;

  • расчет и анализ показателей качества и точности работы скорректированной системы.

Основной задачей проектирования следящей системы является выбор элементов и корректирующих устройств таким образом, чтобы погрешность системы не превышала допустимого значения для заданных входных величин. Поэтому можно выделить два этапа проектирования.

На первом этапе осуществляется выбор структурной схемы и основных элементов системы, в соответствии с заданными условиями, без которых функционирование невозможно.

На втором этапе происходит расчет элементов и анализ системы в целом.

Система слежения такого типа широко используется для дистанционного регулирования разными механизмами, а также при построении автоматических систем регулирования в разных отраслях промышленности.

Пояснительная записка была оформлена в соответствии с методическими указаниями, регламентирующими общие положения выполнения, представления и защиты курсового проекта.


  1. ^

    Выбор основных элементов системы

      1. Расчет мощности и выбор исполнительного двигателя


Мощность выбранного ИД должна находиться в пределах требуемой мощности, рассчитываемой по формуле:



Для того, чтобы определить верхний предел мощности, необходимо полученную требуемую мощность увеличить в 1.5 раза:



В качестве двигателя был выбран постоянного тока СЛ-261 со следующими парамет

Рис.1. Сводная таблица основных технических параметров двигателей постоянного тока серии СЛ

Выпишем основные параметры двигателя:

Мощность:

Напряжение питания:

Ток якоря:

Скорость вращения:

Вращающий момент номинальный:

Момент инерции двигателя:

При отсутствии данных по сопротивлению якорной цепи величина может быть приближенно определена из условия равенства постоянных и переменных потерь в номинальном режиме по формуле:


      1. ^

        Определение передаточной функции редуктора


Сначала необходимо рассчитать оптимальное и реальное числа редуктора:





Для проверки правильности выбора передаточного числа, должно выполняться следующее условие:





Передаточная функция редуктора имеет вид:


      1. ^

        Проверка двигателя на нагрузочную способность


Рассчитаем требуемый момент двигателя:




      1. ^

        Расчет коэффициентов передаточной функции двигателя


Коэффициент противо-ЭДС:



Коэффициент момента:



Коэффициент передачи двигателя:



Постоянная времени двигателя:



Передаточная функция выбранного двигателя будет выглядеть следующим образом:


    1. ^

      Выбор и расчет измерителя рассогласования


Измеритель рассогласования (ИР) рассчитывается на основе статической ошибки:



По этому показателю выбирается измеритель рассогласования на вращающихся трансформаторах ВТ-71, поскольку его погрешность следования канала точного отсчета равняется .

Основные параметры ВТ-71:

Электрическая редукция канала точного отсчета –

Погрешность следования канала точного отсчета –

Погрешность следования канала грубого отсчета –

Крутизна канала точного отсчета –

Крутизна канала грубого отсчета –

Максимальное выходное напряжение канала точного отсчета –

Максимальное выходное напряжение канала грубого отсчета –

Передаточная функция ИР:


    1. ^

      Расчет синхронизирующего устройства при двухотсчетной системе измерения угла рассогласования


Для переключения каналов грубого и точного отсчета применяется схема синхронизирующего устройства (СУ) на диодах:



Рис.2. Синхронизирующее устройство

Рассчитаем параметры элементов схемы:







Определим дифференциальное сопротивление диодов по их вольтамперной характеристике (ВАХ):



Рис.3. ВАХ диода Д226

Дифференциальное сопротивление диода:









Добавочное сопротивление:



Передаточная функция синхронизирующего устройства:


    1. ^

      Усилительное устройство


Коэффициент усиления рассчитывается по статической и максимальной ошибкам, после чего выбирается наибольший.
      1. ^

        Расчет коэффициента усиления по статической ошибке




где:

— приведенный к валу двигателя момент сопротивления нагрузки;

— моментная составляющая статической ошибки системы;

— коэффициент передачи измерителя рассогласования;

— коэффициент передачи двигателя по моменту.





Для синхронных двигателей рассчитывается по формуле:




      1. ^

        Расчет коэффициента усиления по максимальной ошибке




где – добротность.



Рис. 4. ЛАЧХ

Добротность находится из графика ЛАЧХ (см. рис. 4) путем нахождения точки пересечения оси ординат с прямой с наклоном -20 дБ/дек, проходящей через контрольную точку с частотой и амплитудой .







Из рисунка 4 видно, что уравнение прямой имеет вид:



Найдём добротность, подставив координаты контрольной точки:









Так как коэффициент усиления больше в первом случае, то передаточная функция усилителя имеет вид:


    1. ^

      Преобразовательные устройства


Поскольку в системе используется двигатель постоянного тока, то в конечную схему необходимо ввести дополнительное устройство — демодулятор.

Демодулятор служит для преобразования переменного тока в постоянный, а его передаточная функция имеет следующий вид:


  1. ^

    Структурная схема следящей системы


Структурная схема содержит все функционально необходимые элементы (исполнительный двигатель с редуктором, измеритель рассогласования, усилитель, синхронизирующее устройство, демодулятор), выбранные при статическом расчете и выглядит следующим образом:

Рис.5. Структурная схема следящей системы
  1. ^

    Определение передаточных функций системы


Передаточная функция разомкнутой системы:



Передаточная функция замкнутой системы:


  1. ^

    Оценка устойчивости следящей системы

    1. Корневой метод


Запишем характеристическое уравнение системы:



Определим корни:





Система асимптотически устойчива, т.к. все корни характеристического уравнения располагаются в левой части комплексной плоскости.
    1. ^

      Критерий устойчивости Михайлова


Знаменатель передаточной функции замкнутой системы:



Произведем замену . Получим:



где:





Построим годограф Михайлова в среде MatLab:

>> w=0:0.1:5000;

>> p=-0.018*w.^2+52440.5;

>> q=w;

>> plot(p,q)

>> grid



Рис.6. Годограф Михайлова

Из представленного рисунка видно, что годограф Михайлова начинается на действительной положительной полуоси и последовательно проходит против часовой стрелки два квадранта (порядок системы так же равен ), что свидетельствует о том, что система устойчива.
    1. ^

      Критерий устойчивости Найквиста


Годограф Найквиста строится по передаточной функции разомкнутой системы:



Для построения годографа воспользуемся встроенной функцией nyquist среды MatLab. Получим:



Рис.7. Годограф Найквиста

Годограф Найквиста в окрестности точки :



Рис.8. Годограф Найквиста в окрестности точки

Система устойчива, поскольку годограф Найквиста не охватывает точку с координатами .
  1. ^

    Частотные характеристики следящей системы


Частотные характеристики строятся по передаточной функции разомкнутой системы. Для их построения воспользуемся функцией margin среды MatLab:

Рис.9. Частотные характеристики следящей системы

Запасы по амплитуде и фазе исследуемой системы соответственно равны:




  1. ^

    Корневые показатели качества


Время регулирования определяется по следующей формуле:





степень устойчивости (минимальное расстояние от мнимой оси до ближайшего корня);

дельта-зона;

Используя полученные значения, рассчитаем время регулирования переходного процесса:



Определим степень колебательности:



Определим перерегулирование, которое характеризует склонность системы к колебаниям и связано со степенью колебательности следующим образом:


  1. ^

    График переходной характеристики системы. Прямые показатели качества


Для построения переходной характеристики замкнутой системы при нулевых начальных условиях воспользуемся стандартной функцией step среды MatLab:



Рис.10. График переходной характеристики системы

Определим показатели качества системы:

Длительность фронта:

Перерегулирование:

Время регулирования:

Колебательность:

Характер переходного процесса: колебательный, сходящийся.

Система обладает приемлемыми показателями качества, однако значение перерегулирования довольно большое.
  1. ^

    Синтез корректирующего устройства


Анализируя результаты, полученные в предыдущих пунктах можно сделать вывод, что система корректно выполняет свою задачу – воспроизводит угол командной оси.

Сравнивая фактическое значение колебательности системы со значением, указанным в техническом задании на выполнение курсового проекта, можно заметить различие между ними.

Объясняется это тем, что следящая система воспроизведения угла нуждается в коррекции.

В качестве корректирующего устройства будет использоваться последовательное корректирующее устройство постоянного тока.
    1. ^

      Построение ЛАЧХ неизменяемой части системы


Передаточная функция неизменяемой части системы:



где

Найдем вспомогательные величины, необходимые для построения асимптоти-ческой ЛАЧХ:





Таким образом, асимптотическая ЛАЧХ неизменяемой части системы имеет следующий вид:



Рис.11. ЛАЧХ неизменяемой части системы
    1. ^

      Построение желаемой ЛАЧХ системы и передаточной функции корректирующего устройства


Желаемая ЛАЧХ системы состоит из трех участков: низкочастотного, среднечастотного, высокочастотного.

Среднечастотный участок строится в соответствии с требованиями к показателям качества ( – его наклон должен быть

По графику ЛАЧХ неизменяемой части системы видно, что на частоте среза кривая имеет наклон . Поскольку это нежелательное явление, в систему необходимо ввести корректирующее устройство, которое изменило бы ЛАЧХ так, чтобы наклон кривой в точке пересечения с осью абсцисс был .





Найдём точку пересечения ЛАЧХ с линией . Абсцисса данной точки равна (3,3) логарифму частоты правой границы участка средних частот. Отсюда .

Теперь из этой точки проводится прямая с наклоном –20дБ/дек до точки пересечения с линией . Эта точка позволит найти левую границу участка средних частот .

Путём построения линии с наклоном –40дБ/дек из полученной точки до точки пересечения с ЛАЧХ неизменяемой части получим желаемую ЛАЧХ системы (синий график). Частота точки пересечения равна .

ЛАЧХ корректирующего устройства (зелёный график) определяется путем вычитания: «желаемая ЛАЧХ – ЛАЧХ неизменяемой части».

Таким образом, асимптотическая желаемая ЛАЧХ системы имеет следующий вид:



Рис.12. ЛАЧХ неизменяемой части (), желаемая ЛАЧХ системы (), ЛАЧХ корректирующего устройства ()

По виду ЛАЧХ корректирующего устройства можно определить вид передаточной функции:



где

;



.





Схема корректирующего устройства представлена на рисунке 13.



Рис. 13. Корректирующее устройство



Для расчета входящих в электрическую схему элементов зададимся одним из элементов:



Рассчитаем значение параметра из третьего уравнения системы с помощью MathCAD:










    1. ^

      Структурная схема скорректированной следящей системы


Поскольку спроектированное синхронизирующее устройство является последова-тельным корректирующим устройством постоянного тока, то целесообразно включить его в конечную схему следящей системы в прямой канал между демодулятором и исполни-тельным двигателем. Тогда структурная схема скорректированной следящей системы будет выглядеть следующим образом:

Рис.15. Структурная схема скорректированной следящей системы
  1. ^

    Анализ скорректированной следящей системы


Найдём передаточные функции разомкнутой и замкнутой скорректированной системы:









Рис.16. График переходной характеристики скорректированной системы

Из полученной переходной характеристики видно, что значение колебательности (M = 1,32) полностью соответствует значению, заданному в техническом задании.


Заключение


Целью выполнения курсового проекта было проектирование и расчет следящей системы воспроизведения скорости вращения командной оси вала двигателя.

В ходе выполнения курсового проекта была изучена и проанализирована учебно-методическая документация и учебная литература по рассматриваемой теме.

На основе выбранных в соответствии с техническим заданием функционально-необходимых элементов следящей системы была построена её структурная схема, по которой были рассчитаны передаточные функции компонентов и системы в целом.

По полученной передаточной функции была построена переходная характеристика, на основе которой были найдены показатели качества регулирования и определен характер процесса. Кроме того, по двум критериям была проведена проверка на устойчивость.

Анализ работы следящей системы показал, что система корректно выполняет свою задачу – воспроизводит угол командной оси. Но при этом, сравнив фактическое значение колебательности системы со значением, указанным в техническом задании на выполнение курсового проекта, был сделан вывод, что следящая система воспроизведения угла нуждается в коррекции.

Были получены навыки коррекции показателей качества системы. В частности, с использованием частотного метода анализа следящих систем и введением в схему дополнительного корректирующего устройства были улучшены показатели качества системы. Данный метод позволяет просто и эффективно модифицировать показатели качества системы до достижения ими требуемого уровня. Следовательно, задачи работы полностью выполнены и цель курсового проектирования достигнута.


Литература


  1. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. Изд. второе. – М.: Высш. школа, 1967. - 504 с.

  2. Кокорев А.С. Справочник электрических машин. – М.: Высш. школа, 1985. - 207 с.

  3. Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам - Том 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988.—456 с. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова.

  4. Брежнева К.М., Сметанина Д.И., Машарова Т.С., Супов С.В., Николаевский И.Ф., Фишбейн Т.И., Хотимский А.Б. под общей редакцией И.Ф.Николаевского. Транзисторы и полупроводниковые диоды. – М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1963. – 648 с.



Похожие:

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «экспертные системы» на тему : «Экспертная система на базе vp-expert»
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «экспертные системы» на тему
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconФакультет нефти, газа и энергетики пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине электрооборудование автомобилей ( наименование дисциплины ) ( тема курсового проекта, работы )
Факультета специальности
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconПояснительная записка к курсовому проекту 160413-04-вк. Пз
В данной курсовой работе запроектированы внутренние системы водоснабжения и канализации жилого дома
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconПояснительная записка к курсовому проекту 160413-04-вк. Пз
В данной курсовой работе запроектированы внутренние системы водоснабжения и канализации жилого дома
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconПояснительная записка к курсовому проекту
Тема проекта: «Технико–экономическое обоснование технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта»
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconСистема кондиционирования воздуха ресторана в г. Санкт-петербурге расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту
Планировка помещения. Расчёт коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций. 12
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconПояснительная записка к курсовому проекту по предмету " Системное программное обеспечение эвм" Тема: Win32-приложение Картотека аудио дисков
Учреждение образования «белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconДисциплина: тэа расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту Тема: Разработка технологического процесса ео автомобиля газ-53
...
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconДисциплина: тэа расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту Тема: Разработка технологического процесса ео автомобиля зил-130
Изучить фактическую трудоемкость работ по ежедневному техническому обслуживанию автомобиля зил-130 и составить её математическое...
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Локальные системы управления» iconПояснительная записка к курсовому проекту Тема: «Линейный двунаправленный список»
Линейные списки находят широкое применение в приложениях, где непредсказуемы требования на размер памяти, необходимой для хранения...
Разместите ссылку на наш сайт:
Справочники, творчество


База данных защищена авторским правом ©dmee.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
контакты