Выбор электромашинного усилителя и электродвигателя постоянного тока для обеспечения конкурентоспособности замкнутой электромеханической системы регулирования скорости двигателя - Курсовая работа

Тема: Выбор коэффициента передачи ККЗ электромашинного усилителя и постоянной времени Т2 электродвигателя постоянного тока для обеспечения конкурентоспособности электромеханической системы регулирования скорости двигателя. Цель курсового проекта - развитие и закрепление навыков по динамическому конструированию и расчету систем автоматического регулирования с обратной связью. Техническое условие на проектирование: Необходимо выбрать коэффициент передачи ККЗ электромашинного усилителя и постоянную времени Т2 электродвигателя постоянного тока, чтобы обеспечить конкурентоспособность системы по динамическим параметрам (быстродействие, производительность, точность, запаса устойчивости по амплитуде и фазе). Исходные данные: заданы структурная схема системы, вид и параметры (кроме двух) передаточной функции динамических звеньев. Провести выбор параметров системыДля того, чтобы записать характеристическое уравнение передаточной функции разомкнутой системы, следует привести исходную замкнутую систему к одному звену с отрицательной обратной связью. Объединяем звенья , в звено с передаточной функцией и звенья , в звено с передаточной функцией . Проведя эти преобразования получим следующую схему: Объединяем звенья , в звено с передаточной функцией Представим передаточную функцию разомкнутой системы в виде: , (1.2) где и - коэффициенты, выраженные через параметры (коэффициенты передач и постоянные времени) динамических звеньев исходной системы n > m. Для этого раскроем скобки и упростим выражение: Подставим в уравнение (1.1) значения передаточных функций из табл.1, одновременно раскроем скобки и получим выражение передаточной функции разомкнутой системы в общем виде: В результате преобразований и упрощений получим: (1.3.)Произведем оценку качества проектируемой электрогидравлической системы объемного регулирования скорости с точки зрения динамического конструирования. Конкурентоспособность системы управления оценивается по запасам устойчивости по амплитуде и фазе, по точности проектируемой САУ, по быстродействию. Запасы устойчивости по амплитуде и фазе находим по простым и логарифмическим критериями устойчивости Найквиста; показатели быстродействия системы управления определяем по переходной характеристике; точность проектируемой САУ - по коэффициентам ошибок.Определим запас устойчивости на основании критерия Найквиста по удалению АФЧХ разомкнутой системы от критической точки с координатами [-1, j0], это оценивается двумя показателями: запасом устойчивости по амплитуде и фазе. Согласно формуле (1.3) выражение передаточной функции разомкнутой системы имеет вид: Запишем полученное выражение относительно частоты, для чего вместо оператора s подставим s = j?w . В итоге получим: Выделим вещественную Re(W(jw)) и мнимую часть Im(W(jw)) передаточной функции разомкнутой электрогидравлической системы. Для этого умножим числитель и знаменатель на число сопряженное знаменателю: Откуда получаем: Численные значения и при изменении w от 0 до ? определяем с помощью ЭВМ см. таблицу 2. По полученным результатам строим годограф Найквиста (амплитудно-фазовая частотная характеристика разомкнутой системы) при изменении ? от 0 до ? (рис.2.1), откладывая по оси абсцисс вещественную, а по оси ординат мнимую части передаточной функции разомкнутой системы.Логарифмический критерий устойчивости Найквиста позволяет выяснить устойчивость замкнутой системы по логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы. Эту возможность используют весьма широко вследствие простоты построения таких характеристик и определения по ним запаса устойчивости. Если разомкнутая система устойчива, то для ее устойчивости в замкнутом состоянии необходимо и достаточно, чтобы число переходов логарифмической фазово-частотной характеристики (ЛФЧХ) через линию-180° при положительных значениях логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) было четным (в частном случае равно нулю). Амплитудно-частотная логарифмическая характеристика разомкнутой системы L(?) рассчитывается по формуле: , Таким образом: Также выразим через коэффициенты По полученным результатам строим эти частотные характеристики, причем для удобства определения запасов устойчивости системы по амплитуде и фазе - и , и строим в одном масштабе по оси абсцисс и располагаем друг под другом.Время переходного процесса - это время, за которое система входит в 5% зону от установившегося значения регулируемой величины. Величина перерегулирования определяется по формуле: где утах - максимальное значение регулируемой величины, ууст - ее установившееся значение. Согласно выражению для Ф(jw) получаем: Выделяем из полученного выражения действительную и мнимую часть, умножив числитель и знаменатель на число, сопряженное знаменателю: ВЧХ замкнутой системы (вещественная часть передаточной функции замкнутой системы) имеет вид: 30 Оценку быстродействия системы можно произвести по виду ее переходной характеристики (реакция системы на единичный ступенчатый сигнал). Основой метода является зависимость между п

Содержание

Задание

Введение

Раздел 1. Выбор коэффициента передачи ККЗ электромашинного усилителя и постоянной времени Т2 электродвигателя постоянного тока с целью обеспечения работоспособности системы регулирования скорости электродвигателя

1.1 Структурные преобразования исходной схемы

1.2 Нахождение характеристического уравнения замкнутой

1.3 Определение области устойчивости электромеханической системы в пространстве параметров коэффициента передачи электромашинного усилителя - ККЗ и постоянной времени электродвигателя постоянного тока - Т2 (D-разбиения по двум параметрам: ККЗ,Т2)

Раздел 2. Определение качественных показателей системы с целью обеспечения ее конкурентоспособности

2.1 Определение запасов устойчивости электромеханической системы по амплитуде и фазе с помощью критерия устойчивости Найквиста

2.2 Определение запасов устойчивости электромеханической системы по амплитуде и фазе с помощью логарифмического критерия устойчивости Найквиста

2.3 Оценка быстродействия проектируемой конкурентоспособной следящей системы регулирования скорости двигателя по переходной характеристике

2.4 Определение коэффициентов ошибок

Выводы

Список использованной литературы

В результате данной работы была разработана электромеханическая схема регулирования скорости двигателя. Были выбраны неизвестные параметры: коэффициент передачи ККЗ электромашинного усилителя; постоянная времени Т2 электродвигателя постоянного тока. Разработка системы осуществлялась с позиции обеспечения ее конкурентоспособности, т.е: неизвестные параметры были выбраны из тех пределов, где система будет устойчивой, были проверены запасы устойчивости системы по амплитуде и фазе: 1) По критерию устойчивости Найквиста запасы устойчивости: по амплитуде , по фазе

2) По логарифмическому критерию устойчивости Найквиста: по амплитуде , по фазе

Поскольку рекомендуемый минимальный запас по амплитуде составляет 6 ДБ, а по фазе 450, то полученные значения нас вполне устраивают. Было проверено быстродействие системы: время переходного процесса , величина перерегулирования , показатель колебательности . Данные значения нас полностью устраивают.

Также была осуществлена проверка система по точности и получены следующие коэффициенты ошибок: - по положению с0= 0,019

Кроме того, были найдены значения величин обратных значениям коэффициентов ошибок: - добротность по положению d0=1/с0= 52,6

Данные значения нас устраивают.

1. И. М. Макаров, Б. М. Менский. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). - М. Машиностроение, 1982

2. В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. Теория систем автоматического регулирования.-М.: Наука, 1985.

3. В. С. Нагорный, Н. Б Культин. Выбор параметров объектов и устройств управления механическим оборудованием с использованием ЭВМ. Методические указания к курсовому проектированию.- СПБГТУ Санкт-Петербург 1994г.

Введение

Существует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплекс взаимодействующих друг с другом звеньев.

Подобные системы могут весьма успешно применяться в строительных и дорожных машинах. Прежде всего, это может быть автоматическое управление рабочим органами машин, которое позволит повысить точность, а значит качество выполняемых операций, например системы телеуправления, в которых от нажатия кнопки или от легкого поворота ручки на пульте управления совершается определенная комбинация мощных и сложных операций рабочим органом.

Это может быть автоматическое регулирование скорости выполняемых операций, например скорости перемещения штока гидроцилиндра в зависимости от нагрузки на штоке, автоматический регулятор скорости вращения двигателя, поддерживающий постоянную угловую скорость двигателя независимо от внешней нагрузки. При управлении рабочим органом строительных и дорожных машин может применяться следящая система, на выходе которой с определенной точностью копируется произвольное во времени изменение какой-нибудь величины, поданной на вход и т.д.

Применение подобных систем помогает более рационально использовать системный подход при решении конструкторских задач, что является на данный момент очень важной составляющей обеспечения конкурентоспособности производимого оборудования.

Целью данной работы является разработка конкурентоспособной электромеханической системы регулирования скорости, отвечающей требованиям устойчивости, производительности, быстродействия и точности.

При оценке свойств системы автоматического управления (САУ), прежде всего, выясняют ее устойчивость. Понятие устойчивости САУ связано с ее поведением после прекращения внешнего воздействия, то есть с ее свободным движением под влиянием начальных условий.

Система устойчива, если с течением времени выходная ее величина стремится к значению, определяемому входным управляющим воздействием (т. е. с течением времени стремится к вынуждающей составляющей). Оценка устойчивости - есть оценка принципиальной способности САУ осуществлять регулирование. Появление неустойчивости при желаемом изменении какого-то параметра системы (например, при увеличении коэффициента передачи) часто ограничивает возможности повышения качества регулирования. Именно поэтому значения коэффициента передачи -ККЗ и постоянной времени -Т2 исследуемого объекта управления должны быть выбраны с точки зрения обеспечения устойчивости системы регулирования скорости.

Чтобы выяснить, устойчива система или нет, нужно построить область устойчивости. Для этого мы будем использовать критерий устойчивости Михайлова. Для построения годографа Михайлова нужно знать характеристический комплекс. Характеристический комплекс получаем из характеристического уравнения замкнутой системы, а характеристическое уравнение замкнутой системы получаем как сумма числителя и знаменателя передаточной функции разомкнутой системы. Чтобы получить передаточную функцию разомкнутой системы нужно сделать структурные преобразования исходной схемы.

Принцип работы следящей электромеханической системы регулирования скорости электродвигателя.

Входной сигнал поступает на выявительное устройство, где сравнивается с сумарным сигналом от гибкой и жесткой обратной связи; сигнал ошибки U поступает на электронный усилитель. Усиленный сигнал поступает на электромашинный усилитель поперечного поля. Усиленный сигнал подается на обмотку возбуждения генератора постоянного тока. Напряжение постоянного тока поступает на электродвигатель постоянного тока.

Напряжение преобразовывается, за счет гибкой обратной связи, в сигнал , поступающий на сумматор. Жесткая обратная связь измеряет скорость вращения двигателя и вырабатывает сигнал , который поступает на сумматор. После сумматора сигнал подается на выявительное устройство.

Если скорость электродвигателя не соответствует заданной, на выявительном устройстве вырабатывается сигнал ошибки такой, чтобы электродвигатель вернулся к заданному значению скорости.1. И. М. Макаров, Б. М. Менский. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). - М. Машиностроение, 1982

2. В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1985.

3. В. С. Нагорный, Н. Б Культин. Выбор параметров объектов и устройств управления механическим оборудованием с использованием ЭВМ. Методические указания к курсовому проектированию.- СПБГТУ Санкт-Петербург 1994 г.

Размещено на .ru