Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Курсовая работа - Адаптивный контур - файл 1.doc


Курсовая работа - Адаптивный контур
скачать (787.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc788kb.16.11.2011 10:53скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Содержание



Введение 2

Задание 3

Анализ исходных данных 5

Анализ процесса резания 7

Разработка структурной схемы ОУ 9

9

Передаточные функции для элементов схемы 11

Построение Графиков ЛЧХ 14

14

Рис 2 14

Определение параметров корректирующего устройства 15

Обоснование необходимости адаптивного управления 17

Выбор класса адаптивной системы управления 18

^ Выбор метода и алгоритма адаптивного управления 19

20

Анализ системы 21

Вывод 26

Список Литературы 27






Введение


Теория автоматического управления и регулирования – наука, которая изучает процессы управления, методы их исследования и основы проектирования автоматических систем, работающих по замкнутому циклу, в любой области техники. Объекты и устройства систем регулирования отличаются по своей физической природе и принципам построения, поэтому проектировщику необходимо не только иметь хорошую подготовку в области механики, электротехники, электроники, но и уметь учитывать специфические особенности объекта.

Целью данной работы является проектирование системы автоматиче­ского регулирования (САР) погрешности обработки при фрезеровании за­готовки. Данная САР должна поддерживать погрешность на заданном уровне вне зависимости от действия возмущений. Для анализа и синтеза САР в данной работе применен метод с использованием логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ) системы. Он является наиболее удобным благодаря простоте, наглядности и точности.


Задание



задание 1; вариант 4

При фрезеровании заготовки погрешность обработки вызвана упругими деформациями системы СПИД и зависит от колебаний составляющей силы резания Px. Колебания силы Px обусловлено изменением величины суммарного припуска fп. Погрешность обработки определяется по формуле:


(1)

где W – податливость системы шпиндель – стол;

Сила Px определяется по формуле:

(2)

где Cp – коэффициент, учитывающий особенности условий обработки;

x, y, n, q, w – показатели степени;

D, z – диаметр и число зубьев фрезы;

B – ширина фрезерования;

Sz – подача на зуб;

- скорость вращения шпинделя.

Для заданной пары инструментальный и обрабатываемый материал выбираем значения коэффициентов и показателей степени: Cp=8.25; x=1.0; y=0.75; n=1.1; q=1.3; w=0.2. Податливость системы СПИД фрезерного станка 6Р12 (ширина стола 320 мм) W=40 мкм/кН.

Необходимо провести синтез САР, позволяющий стабилизировать погрешность обработки с точностью при изменении tп в заданных пределах от tп=0,7 до tп=1.0.


Исходные данные


Ширина фрезерования, В 150,мм

Диаметр фрезы, D 250,мм

Число зубьев фрезы, z 12

Инструментальный материал Т15К6

Cкорость 120,м/мин

Подача на зуб 0.05,мм/зуб

Величина припуска, tmax 1,0,м

Величина припуска, tmin 0.7,м


Двигатель 2ПН100LУХЛ4

Мощность, P 3,кВт

Напряжение, U 110,В

Номинальная частота вращения, n 950,об/мин

КПД 74,5%

Cопротивление обмотки при 15С:

якоря 0.22,Ом

добавочных полюсов 0.192,Ом

Индуктивность цепи якоря 0,03,Гн

Момент инерции 0.003∙м²*кг



Преобразователь электрической энергии

Постоянные времени

Звено 1, Т1 0.156,с

Звено 2, Т2 0.100,с

Датчик выходной координаты

Постоянная времени, Тду 0,с


Передаточное механическое устройство

Постоянная времени,Тпу 0,с


^

Анализ исходных данных




Схема взаимодействия электропривода подачи стола фрезерного станка приведена на рис. 1:



САР должна регулировать выходную координату с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР. Блок задания (БЗ), состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора RЗ задает напряжение Uз, величина которого определяет величину задания выходной координаты САР. Из напряжения задания, при помощи сумматора (С) вычитается напряжение обратной связи. Вычитание происходит по алгоритму . Напряжение обратной связи подается с помощью измерительной системы выходной координаты процесса резания (ДУ), которая с точки зрения динамики представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени ТДУ. Напряжение, получившееся в результате суммирования, подается на корректирующее устройство (КУ). Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Корректирующее устройство падает напряжение на усилитель (УС). Усилитель является безынерционным звеном. Усиленное напряжение поступает на вход преобразователя электрической энергии (ПЭ). Он преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является линейным звеном. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т1 и Т2. Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возмущение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U. Вращение с вала двигателя передается на передаточное устройство (ПУ). Передаточное устройство – это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики он является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени ТПУ. Процесс резания (ПР) имеет входную координату X, выходную координату Y и на него действует возмущение f.

Учитывая все сказанное выше мы можем составить функциональную схему.





Функциональная схема САР


^

Анализ процесса резания





  1. Определение выходных координат ОУ. При фрезеровании, в качестве выходных координат мы получаем: силу резания Px погрешность обработки;

  2. ^ Выбор выходной координаты, количественно определяющей качество хода ПР. По заданию нам необходимо регулировать погрешность обработки с заданной точностью. При фрезеровании заготовки погрешность обработки вызвана упругими деформациями системы СПИД и зависит от колебаний составляющей силы резания Px, поэтому именно она будет определять качество хода процесса резания.

3^ . Выполнение математического описани. Зависимость выходной координаты Δ от различных влияющих на нее факторов описывается с помощью формулы (2)

где Cp – коэффициент, учитывающий особенности условий обработки;

x, y, n, q, w – показатели степени;

D, z – диаметр и число зубьев фрезы;

B – ширина фрезерования;

Sz – подача на зуб;

- скорость вращения шпинделя.

погрешность обработки при резании.


  1. ^ Определение состава управляющих координат. Из формулы (2) видно что, на выходную координату оказывают влияние: диаметр фрезы D, число зубьев фрезы z, ширина фрезерования B, подача на зуб Sz, частота вращения шпинделя nш.

  2. ^ Выбор управляющей координаты, оказывающей самое эффективное воздействие на выходную координату при соответствующих ограничениях. По условию задания, диаметр и число зубьев фрезы, ширина фрезерования являются постоянными величинами, поэтому мы можем отнести их к входным параметрам. Показатель степени при nш мал, он составляет всего 0,2. Поэтому изменение частоты вращения шпинделя не будет оказывать существенного влияния на силу резания. Ее мы тоже можем отнести к входным параметрам. В качестве управляющей координаты выберем Sz.




  1. ^ Определение состава возмущений. По условию задания на процесс резания, в качестве возмущений, действует колебание величины снимаемого припуска. Учитывая все это, мы можем представить процесс резания в качестве объекта управления следующим образом:







Процесс резания

Sz

P

B

nш


z

D

:


, где

  1. Определение диапазона изменения возмущений.

Возмущение изменяется в пределах от 0,7 мм до 1,0 мм.

  1. Определение диапазона изменения выходной координаты при совместном действии возмущений. Согласно формуле в пункте 5, выходная координата Px будет изменяться в пределах



.



Δмин=40*0.253=10,12,мкм ,

Δмакс=40*0.362=14,48,мкм

Δном=40*0.308=12,28,мкм


^




Разработка структурной схемы ОУ


Рис 3 – График линеаризации Sz


Исходя из графика ( рис3) линеаризации ,можно определить коэффициент передачи для звена, возводящего управляющую координату, для ПР, в степень 0.75

Ksz = Szcт/Sz = 4/2 = 2



Ksz
Sz Szст




Составим структурную схему для ОУ:


, где (1) Δ=Px W (2)





Произведем линеаризацию блока умножения:


Sz x tn = b (3),


зададим приращение данному уравнению


(ΔSz+Sz)(Δtn+tn)=b+Δb (4),


из (4) вычтем (3)

ΔSz tn + Sz Δtn = Δb (5)

По уравнениям (5,1,2) составим структурную схему ОУ :



C


Kпр = Ksz tn C W = 232


^

Передаточные функции для элементов схемы





  1. Корректирующее устройство

Для некорректированной системы : WКУ(p) = 1


  1. ПЭ, с точки зрения динамики процесса является апериодическим звеном второго порядка. Его передаточная функция:

, где значение постоянных времени T1 и T2 дано в исходных данных, а значение коэффициента передачи найдем из условия номинального значения напряжения якоря двигателя.

;

.

  1. Двигатель.

Структурная схема двигателя:





W (p)=CМФ;

(рад/с)

(А)

(Н*м)

(Н*м/А).

Значения величин nН ,PН ,UН , таблицы для двигателя двигателя




;

Значения величин RЯ, LЯ берем из технических данных двигателя.

(В*с/рад).


Передаточная функция для двигателя примет следующий вид:






  1. ^ Передаточное устройство

Зная номинальные значения частоты вращения вала двигателя и подачи на зуб фрезерного станка, запишем передаточную функцию

.


5.Датчик обратной связи. Является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени (=0 , UOC=5B по исходным данным) , тогда

.


6 Усилитель (УС)

Из условия на точность системы найдем коэффициент Усилительного устройства:


,

,

; КРС=999;




Анализ устойчивости нескорректированной САР


Построим ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы.







^

Построение Графиков ЛЧХ

Рис 2

Определение параметров корректирующего устройства




Wку(p)=0.09p+1/200p+1


Построили ЛАХ и ЛФХ (рис 2)скорректированной САР. Разработанная САР имеет хорошие запасы устойчивости. Запас устойчивости по фазе составляет 45, по амплитуде 4дб .




^ Структурная схема


Переходный процесс с учетом возмущения системы выглядит следующим образом:





^

Обоснование необходимости адаптивного управления


Данная схема обеспечивает лишь устойчивость системы при отсутствии параметрических возмущений или при их весьма маленьком воздействии. На практике с течением времени могут меняться параметры объекта управления. Данная система не может обеспечить требуемое качество переходного процесса при значительных возмущениях, поэтому необходимо синтезировать систему управления, способную компенсировать действие параметрических возмущений.

Коэффициент передачи процесса резания за один проход может изменяться более чем в 100 раз

Например, при изменении коэффициента передачи процесса резания в 1000 раз переходный процесс обычной САР будет выглядеть так, как показано на рисунке. Видно, что система не может справиться с такими возмущениями.



^ Переходный процесс системы без адаптивного контура, при действии возмущения, увеличивающего коэффициент процесса резания в 1000раз


Для обеспечения требуемых свойств системы необходимо синтезировать структуру АдСУ, инвариантную к изменению коэффициента передачи объекта управления.


^

Выбор класса адаптивной системы управления




По типу контура адаптации выбираем замкнутую систему. По способу адаптации различаются адаптивная система управления с прямой и непрямой адаптацией. Так как математическая модель процесса точения известна, то адаптивная система управления должна приблизить движение реальной системы управления к движению «эталонной модели», т.е. выбираем адаптивная система управления с прямой адаптацией.


^ Разработка структурной схемы АдСУ


Для того, чтобы исключить влияние изменения коэффициента резания при действии возмущенийна погрешность обработки, необходимо построить систему, которая бы отслеживала изменение этого коэффициента и вводила в основной контур корректирующий сигнал, обратно пропорциональный коэффициенту передачи процесса резания. При этом управляющее воздействие привода подачи изменится, значит изменится и скорость вращения двигателя, а следовательно и подача, причем ее изменение будет пропорционально изменению коэффициента резания.


^

Выбор метода и алгоритма адаптивного управления



По характеру настройки устройства управления основного контура выбираем самый простой тип адаптивной системы управления – самонастраивающаяся:








^




Анализ системы




Анализируя полученные графики переходных процессов с системой адаптивного контура, делаем вывод, о наиболее эффективном влияний эталонной модели. При увеличении коэффициента процесса резания в 10 – 15 раз система сохраняет устойчивость и приходит в нужное по заданию оптимальное значение. При воздействии на систему возмущений(в том числе и синусоидальных) система Адаптивного контура эффективно погашает их и приводит систему к устойчивой работе.











1 2


График 1


На графике 1 изображен переходный процесс при отключенном контуре адаптации(1) и при действии контура адаптации на систему(2)








Реакция на увеличение процесса

Резания в 1000 раз


График 2


На «графике 2» изображен переходный процесс, при действии на систему возмущения, увеличивающего коэффициент процесса резания в 1000 раз, реакция на изменение коэффициента резания изображена на «графике 2» в момент времени 4с. Проанализируем данную реакцию – увеличим масштаб области «срабатывания» возмущения(график 3)




График 3


Исходя из «график 3», реакция на увеличение коэффициента процесса резания в 1000 раз, привела систему в неустойчивое состояние, отклонив координату на сотые доли, адаптивный контур привел к устойчивому состоянию систему менее чем за секунду. Полученные результаты подтверждают несомненную эффективность применения адаптивного контура.








2 Амплитуда Колебаний в 1000

Раз превосходит Коэффициент ПР


1


График 4


График 4 отображает переходный процесс(1) и возмущение(2) (синусоидальное(периодическое)) действующее на систему. Чтобы проанализировать данный переходный процесс увеличим масштаб, ПП с измененным масштабом изображен на графике 5




График 5


при влиянии на ОУ периодических возмущений(синусоидальное воздействие), переходный процесс отклоняется от установившегося значения на сотые доли(график 5), несомненно адаптивный контур справляется с данным видом возмущения и приводит систему в работоспособное состояние, удовлетворяющее заданным значениям эффективности.


Вывод



Анализируя полученные графики переходных процессов с системой адаптивного контура, делаем вывод, о наиболее эффективном влияний эталонной модели. При увеличении коэффициента процесса резания в 10 – 15 раз система сохраняет устойчивость и приходит в нужное по заданию оптимальное значение. При воздействии на систему возмущений(в том числе и периодических) система Адаптивного контура эффективно погашает их и приводит систему к устойчивой работе. Усовершенствование САР, разработанную в прошлом году, прошло успешно и эффективно, практически доказано, высокое влияние контура адаптации на систему.


^




Список Литературы


1. Бесекерский В.А. Руководство по проектированию систем автоматического управления. Москва “Высшая школа”, 1983г.

2. Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам. Москва, “Энергоатомиздат”.

3. Коуров Г.Н. ЗориктуевВ.Ц. Шарипов Б.У. Методические указания к курсовой работе по дисциплине “Теория управления”.

4. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. Москва, “Машиностроение”,1989.







Скачать файл (787.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru