Проектирование системы автоматического регулирования угла поворота вала электродвигателя - Курсовая работа

Системы автоматического регулирования применяются во многих областях современной техники: в авиационной и космической промышленности, для работы в подводных и морских средах, в наземной технике. Синтез системы автоматического регулирования состоит в выборе структуры и параметров систем регулирования объектами, которые в соответствии с заданными техническими условиями обеспечивают наиболее рациональные характеристики по запасам устойчивости, показателям качества и точности. Сложности решения данной проблемы заключается в том, что при проектировании систем необходимо учитывать множество дополнительных факторов: надежность функционирования, массу и габаритные размеры, стоимость, возможность работы при вибрации, в агрессивных средах, при значительных перепадах температуры и влажности. Проектирование представляет собой процесс создания технической документации, опытных образцов и моделей объекта. В отличие от других объектов машиностроения и приборостроения, являющимися обычно отдельными устройствами, САУ представляет собой систему из устройств, работающих в режиме управления заданным объектом: объект управления (регулирования), регулятор, или управляющая часть, поддерживает требуемый режим работы объекта управления либо изменяет этот режим в соответствии с заданным законом или программой управления.Первый этап проектирования состоит в выборе элементов этой системы и формировании функциональной схемы. В курсовом проекте угол поворота вала ЭД должен измеряться с помощью датчика (Д) одного из следующих типов: потенциометрические; Назначение этих датчиков состоит в преобразовании угла поворота вала в электрическое напряжение U. Электродвигатель как четырехполюсник характеризуется двумя входными параметрами: - напряжение в цепи якоря и - ток якоря и двумя выходными: М - момент вращения, W-угловая скорость вала. (1.3) где - индуктивность и сопротивление якорной цепи, - ток якоря, J - момент инерции якоря и всех жестко соединенных с ним частей, - электромагнитный вращающий момент двигателя, M - момент сопротивления нагрузки, приведенной к валу двигателя.Выбор исполнительного устройства будем осуществлять на основе минимизации требуемого момента инерции на валу двигателя и оптимизации ускорения движения нагрузки по передаточному числу редуктора. Определяем максимальный МОМЕНТМН и мощность Рн в нагрузке. Исходя из этого условия, выбираем двигатель СД-250А Данный двигатель принадлежит к классу двигателей постоянного тока. Данный двигатель имеет технические данные: номинальная мощность, при исполнении Рном = 250 [Вт] nном = 6000 [об/мин]или 4)напряжение Uном = 60 [В] Момент инерции двигателя с редуктором вычисляется по формулеРасчет регулятора осуществляем с помощью метода построения ЛАЧХ путем расчета передаточной функции корректирующего звена. Требования по точности выводим из следующих величин:-предельная относительная ошибка воспроизведения полученного сигнала: ,где (3.1, 3.2) Ошибка по положению будет равна нулю (С0=0,т.е. приводим систему в заданную точку). Необходимо привести передаточную функцию разомкнутой САУ к виду: Данные, необходимые для построения ЛАЧХ неизменяемой части системы: 1) L1: ; Для этого определим графически частоты для : Получаем передаточную функцию корректирующего звена в следующем виде: Построим переходный процесс системы с регулятором и проанализируем ее качество, а также проанализируем абсолютную ошибку воспроизведения полезного сигнала подавая различные входные воздействия.Электрическая природа корректирующего звена обеспечивает предъявление к нему следующих требований: · простота реализации; Простоту реализации, дешевизну, а главное высокую надежность обеспечивает применение так называемых «пассивных схем», основанных на применении резисторов и конденсаторов. Схема интегрирующего звена имеет вид: Рисунок 4.1 - Электрическая схема интегрирующего звена Схема дифференцирующего звена имеет вид: Рисунок 4.2 - Электрическая схема дифференцирующего звена В качестве согласующего звена возьмем операционный усилитель, схема которого имеет следующий вид: Рисунок 4.3 - Электрическая схема усилительного звенаОпределим интенсивность отказов и среднюю наработку для корректирующего звена и всей САУ, а так же рассчитаем активный резерв на период 10000 часов безотказной работы САУ. Ниже представлена таблица элементов корректирующего звена и интенсивностей их отказа. Вероятность безотказной работы устройства при наличии в нем N элементов, включенных без резервирования, рассчитывается следующим образом: где - интенсивность отказа элемента. Активный резерв схемы КЗ и системы с двигателем на период 10000 часов с вероятностью 0.99: Вводим резервные копии схемы числом ксх=1.Вероятность безотказной работы схемы с резервными копиями: Вероятность безотказной работы системы с резервными копиями схем корректирующего звена, не включающих двигатель, числом ксис=2: 4. · вероятность безотказной работы корректирующего устройства при введении 1 резервной схемы в течение 10000 часов составляет 99.64%, САУ при введении 2 резе