Особенности процесса проектирования систем компьютерного управления объектами. Принципы построения системы компьютерного управления мехатронной системой. Составление алгоритма и программы управления с использованием языка Pascal и Assembler-вставок.
Аннотация к работе
Целью курсового проекта является расширение, углубление и закрепление знаний, полученных на лекциях и лабораторных занятиях по компьютерному управлению мехатронными комплексами. Процесс проектирования систем компьютерного управления объектами включает большое число этапов, начиная с разработки требований и технического задания и кончая рабочими чертежами конструктивных элементов и блоков.· Перегрузка по моменту 6 · Момент инерции, кг · м? 3,9 · 10?? Рассчитаем дополнительные характеристики двигателя: - Исходя из того, что по условию задания используется реечная передача, можно посчитать каким должен быть радиус зубчатого колеса: мехатронный комплекс компьютерное управление Полученный радиус колеса слишком мал для массы данного груза (m=220кг), поэтому предлагаю увеличить его в 50 раз.Линейная система дифференциальных уравнений, описывающая объект имеет вид: Система дифференциальных уравнений в форме Коши: Пренебрегаем моментом сопротивления ()Система дифференциальных уравнений, описывающая поведение объекта регулирования, имеет вид: , где Представим систему в виде матрицы: Систему можно записать в векторно-матричной форме: где - вектор выходных координат, - вектор управляющих воздействий, - матрица объекта, - матрица управляющих воздействий. матрица B имеет вид: , матрица В отличие от обычных структурных схем, структурно-матричная схема в соответствующих блоках содержит матрицы, а связи между ними осуществляются посредством векторов.Датчик тока: Рассчитаем коэффициент усиления датчика тока: , где - это максимальное напряжение, которое может пропустить АЦП (для платы L-154). Датчик скорости: В качестве датчика обратной связи по скорости применяют серийно выпускаемые тахогенераторы (ТД-103, ПТ1, ТП11, ТМГ-30).На основе теорем о каскадном, параллельном включении матриц и теоремы об обратной связи, для того, чтобы определить операторные передаточные функции данной системы, необходимо произвести сворачивание структурно-матричной схемы. Согласно этому правилу: 1. при каскадном включении эквивалентная матрица определяется по формуле: 2. при параллельном включении: 3. при обратной связи (матрица А в прямой цепи, матрица В в цепи обратной связи): , где - единичная матрица.Важным этапом при анализе и синтезе дискретной системы управления по методу параметров состояния является преобразование исходного векторно-матричного дифференциального уравнения объекта в алгебраическое векторно-матричное уравнение параметров состояния. Получим уравнение параметров состояния из исходного дифференциального уравнения объектов. Решение этого уравнения объекта для текущего момента времени с учетом начальных условий имеет вид: , где у (t1) - вектор начального состояния объекта. Аналитический метод определения матриц уравнения параметров состояния основан на определении матрицы функций веса объекта по матрице их изображений.Определим минимальное необходимое число шагов дискретности и свободные компоненты управляющего вектора: где Т.е. необходимо иметь 3 шага дискретности. элементы матрицы , Для определения двух других столбцов найдем матрицы и . Определим матрицу из условия, что датчики производят измерения выходных координат на каждом шаге дискретности.Структурно-матричная схема многоконтурной дискретной системы, построенная по уравнению параметров состояния приводится на рис.2, где - диагональная матрица типа n?n задержки на секунд. ФЗ - матрица, фиксирующих звеньев нулевого порядка; Для данной системы дифференциальных уравнений структурно-матричная схема имеет вид, показанный на рис.Для проверки полученного алгоритма зададимся начальными условиями: Определим значения управляющего воздействия u [KT]: Здесь векторное уравнение параметров состояния объекта для одного шага дискретности имеет вид: Предположим что , тогда с помощью пакета Matlab определим коэффициенты : Матрицы параметров состояния в этом случае станут равными: ; Подставим полученные матрицы в векторное уравнение параметров состояния: Отсюда значения управляющего воздействия равны: В обозначениях Simulink’a исходный объект вместе с системой управления имеет вид показанный на рисунке 4. Результаты моделирования представлены на рисунке 5. Подставим полученные матрицы в векторное уравнение параметров состояния: Отсюда значения управляющего воздействия равны: Рис. Определим значения управляющего воздействия u [KT]: Отсюда значения управляющего воздействия равны: Рис.Type D=array [1.3,1.3] of real; B=array [1,1.3] of real; y=array [1.
План
Содержание
Введение
1. Выбор редуктора
2. Составление систем уравнений
3. Запись системы уравнений в векторно-матричной форме
4. Выбор датчиков обратных связей
5. Определение операторных передаточных функций
6. Составление уравнения параметров состояния для исходной системы дифференциальных уравнений
7. Синтез алгоритма управления
8. Составление структурно-матричной схемы по уравнению параметров состояния
9. Проверка полученных результатов
10. Принципиальная схема управления двигателем через плату L-154
11. Алгоритм управления
12. Управляющая программа
Список литературы
Введение
Целью курсового проекта является расширение, углубление и закрепление знаний, полученных на лекциях и лабораторных занятиях по компьютерному управлению мехатронными комплексами.
Процесс проектирования систем компьютерного управления объектами включает большое число этапов, начиная с разработки требований и технического задания и кончая рабочими чертежами конструктивных элементов и блоков.
В своем курсовом проекте я рассмотрел принцип построения системы компьютерного управления мехатронной системы возвратно-поступательного действия на базе реечной передачи с ЭД ДК 1-5,2. Согласно исходным данным рассчитана передача, определено оптимальное передаточное отношение редуктора, представлена система дифференциальных уравнений, описывающих объект, и приведена к векторно-матричной форме с соответствующей структурно-матричной схемой. Мною выбраны и описаны датчики обратных связей, определены операторные передаточные функции объекта, составлены уравнения параметров состояния для системы дифференциальных уравнений, структурно-матричная схема многоконтурной дискретной системы, синтезирован алгоритм управления, представлена схема моделирования дискретной системы, проведено компьютерное моделирование полученной системы с использованием пакета Matlab. Также была разработана силовая схема управления при помощи платы L-154, составлен алгоритм и программа управления с использованием языка Pascal и Assembler-вставок.
Список литературы
1. В.И. Анурьев, "Справочник Конструктора - Машиностроителя", Том 1-3, Издательство "Машиностроение", Москва, 2001г.
2. Ю.Г. Козырев, "Промышленные роботы": Справочник - М.: Машиностроение, 1983г.
3. М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер, "Общий курс электропривода", М.: Энергоиздат, 1981г.