Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Анализ и синтез САР - файл 1.doc


Анализ и синтез САР
скачать (425.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc426kb.16.12.2011 08:52скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

АТП – 321

ИФ УГАТУ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….3

  1. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА САУ………………………………..……5

  2. ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ САУ……………………7

  3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ САУ…………………………8

  4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ………………………14

  5. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА…………………….15

  6. СИНТЕЗ САУ……………………………………………………………..16

  7. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА…..18

  8. ВЫВОД…………………………………………………………………….21

  9. ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………...................22

  10. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА…………………..………..…………23

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование технологии и повышение производительности труда относится к важнейшим задачам технологического процесса. Эффективное решение этих задач возможно при внедрении систем автоматического управления и регулирования как отдельными объектами и процессами, так и производством в целом. Поэтому изучение основ автоматического регулирования и управления предусматривается в настоящее время при подготовке студентов практически всех инженерных специальностей.

В изучении курса нам были представлены автоматические системы, которые в течение достаточно длительного времени нужным образом изменяют (или поддерживают неизменными) какие – либо физические величины (координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, частоту, температуру, давление и пр.) в том или ином управляемом процессе.

Характерным для незамкнутой системы является то, что процесс работы системы не зависит непосредственно от результата ее воздействия на управляемый объект. Естественным дальнейшим усовершенствованием АС является замыкание ее входа (контрольные приборы) со входом (источник воздействия) таким образом, чтобы контрольные приборы, измерив некоторые величины, характеризующие определенный процесс в управляемом объекте, сами служили бы одновременно и источником воздействия на систему, причем величина этого воздействия на управляемый объект от требуемых значений. Таким образом возникает замкнутая система.

В замкнутой АС имеется полная взаимозависимость работы всех звеньев друг от друга, изменение внутренних параметров системы и внешних возмущений сказывается значительно меньше на регулируемом объекте, чем в разомкнутой АС.

Принципиальная особенность: автоматически сравнивается действительное значение регулируемого параметра с заданным. Разность этих значений приводит в действие данную систему так, чтобы в процессе ее работы рассогласование автоматически сводилось к нулю или к достаточно малой величине.
Современная сложная автоматическая система должна выполнять две задачи:

1) обеспечить требуемой точностью изменение выходной величины системы в соответствии с поступающей извне входной величиной, играющей роль программы. При этом необходимо преодолеть инерцию объекта управления и других элементов системы, а также компенсировать искажение, возникающее вследствие неточного знания характеристик отдельных элементов и нестабильности их параметров. Иногда это называется управлением в узком смысле или слежением.

2) при заданном значении входной величины система должна, по возможности, нейтрализовать действие внешних возмущений, стремящихся отклонить выходную величину системы от предписываемого ей в данный момент значения. В этом смысле говорят о задаче регулирования или стабилизации.

В этой курсовой работе наглядно прослеживается решение этих двух задач на примере САУ для управления гидросуппортом шлифовального станка.

В данной работе проанализирована САУ гидросуппорта шлифовального станка и синтезирована новая система с заданными показателями качества.

^ 1. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА САУ

САУ предназначена для стабилизации, либо изменения по определенному закону силы резания при точении за счет управления продольной подачей.




Рис. 1. Конструктивная схема САУ

На точность обработки при точении большое влияние оказывает сила резания, в частности, ее составляющая РУ. Вследствие случайных колебаний припуска, твердости заготовки, затупления резца и других факторов сила резания при точении непостоянна, что приводит к изменению упругих деформаций технологической системы станка и образованию погрешностей обработки. Значительно повысить точность токарной обработки можно за счет стабилизации силы резания. Кроме того, при обработке нежестких деталей, например, обточке валика без люнета, для устранения погрешности, вызванной упругими деформациями, необходимо регулировать силу резания по определенному закону в зависимости от податливости детали в месте точения.


Деталь 1 установлена в патроне 2 и в заднем центре 3 токарного станка. Резец 4 установлен в устройстве 5, выполняющем функции преобразователя силы (например: тензометрический динамометр), которое через усилитель 6 подключено ко входу устройства сравнения 7. Движение подачи суппорту 8 сообщается через ходовой винт 9, редуктор 10 от регулируемого двигателя 11. Для питания двигателя 11 служит усилитель-преобразователь 12.

САУ работает следующим образом. На вход сравнивающего устройства 7 подается сигнал Uз соответствующий требуемому значению составляющей РУ силы резания в определенном масштабе. На другой вход устройства 7 поступает сигнал UО, вырабатываемый преобразователем силы 5 и усилителем 6. Этот

сигнал соответствует реальному значению составляющей ^ РУ силы резания. Ошибка U = UЗUО поступает на вход усилителя-преобразователя 12, который вырабатывает напряжение питания двигателя 11, определяющее величину продольной подачи так, чтобы свести рассогласование к минимуму. Таким образом, САУ за счет управления по продольной подаче осуществляет стабилизацию силы резания на заданном уровне. В качестве объекта управления в САУ входит процесс резания и упругая система станка.

Значения данных приведены в таблице 1.




^ 2. ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ САУ




Схема системы автоматического регулирования токарного станка приведена на рис. 2. САУ стабилизирует силу резания. В САУ необходимо ввести элементы:


Рис.2. Функциональная схема САУ
У – электронный усилитель

Д – двигатель постоянного тока

Р – механический редуктор

ХВ – ходовой винт

ПР – процесс резания

УСС – эквивалентная упругая система станка

ТП – тиристорный преобразователь

ПЛП – преобразователь линейного перемещения

Момент двигателя главного движения пропорционален силе резания и определяет ток в цепи питания, т.е преобразователь тока в цепи питания асинхронного двигателя, вырабатывает сигнал пропорциональный силе резания. В результате этот сигнал поступает на вход сравнивающего устройства и сравнивается с входным заданным сигналом. В результате на вход электронного усилителя поступает сигнал ошибки, который вызывает изменение напряжения питания двигателя постоянного тока, а следовательно и скорость перемещения резца.

^ 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ САУ




Разработка структурной схемы САУ осуществляется на основе функциональной схемы системы (рис.2). В структурной схеме в отличии от функциональной должны быть определены все передаточные функции.







Рис.3.Структурная схема САУ



Электронный усилитель

,

где ТУ - постоянная времени электронного усилителя, с;

UВЫХ - выходное напряжение, В;

UВХ - входное напряжение, В;

КУ - коэффициент усиления.

Передаточная функция электронного усилителя

(апериодическое звено I порядка)



Электродвигатель постоянного тока
,

где ТЯ - электромагнитная постоянная времени якоря, с;

ТМ - электромеханическая постоянная двигателя, с;

w - угловая скорость, с-1;

KД - коэффициент передачи электродвигателя, 1/сВ;

UД - напряжение якоря, В.

Передаточная функция электродвигателя постоянного тока

(колебательное звено)


Механический редуктор




Передаточная функция механического редуктора



Ходовой винт




Передаточная функция ходового винта



Процесс резания
Передаточная функция процесса резания:

W=К­Р / (Тр+1)
где Кр – коэффициент резания

Тр – постоянная времени стружкообразования, с.

KР = KРS · KPt · KPост ,

Сила резания при точении.

;

где: СР – постоянный коэффициент, зависящий от свойств

обрабатываемого материала

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

V – скорость резания, мм/сек.

KРS = PS / S – составляющая коэффициента резания по подаче;

KPt = Pt / t – составляющая коэффициента резания по глубине;

KPост – составляющая коэффициента резания от прочих параметров резания.


Эквивалентная упругая система станка

,

где ω0 - собственная частота колебаний, с-1 ;

- коэффициент затухания колебаний;

у - деформация упругой системы станка, мм;

С - жесткость упругой системы станка, Н/мм;

PВХ - входной силовой параметр, Н.

Передаточная функция эквивалентной упругой системы станка

(колебательное звено)



Тиристорный усилитель-преобразователь
,

где: ТТП – постоянная выхода тиристорного преобразователя, с;

Uвых – выходное напряжение, В;

Uвх – входное напряжение, В;

КТП – коэффициент передачи (усиления).

Преобразователь линейного перемещения





,

где: Uвых – выходное напряжение преобразователя, В;

Kn – коэффициент передачи, В/мм;

Sвх – входное перемещение, мм.

В соответствии с заданием в качестве исходных данных примем следующие параметры.

Исходные данные

Таблица

ТЭУ ,

с

КЭУ

ТТП ,

с

КТП

КР

ТЯ ,

с

ТМ ,

с

КД ,

1/сВ

К n ,

B/H

ТР ,

с

СРУ

ХРУ

УРУ

V,

м/мин

n

0

300

0,05

13

0,02

0

0,33

1,3

3·10-3

0

4·103

1,0

0,7

180

0,2

t0,

мм

КV

w0,

1/с



С,

Н/мм

3,0

1,2

180

0,7

4·104


Подставляя исходные данные, получим:

У: ;

Д: ;

;




P:

ХВ:
ПР: WПР = К­Р / (Т∙р+1);

KP = KPS ∙ KPt;

KPS = P / S; KPt = P / t;

P =

; ;

PY = 4∙103 ∙ 31∙32,30,7∙1800,2∙1,2= 462∙103;

PX = 462∙103/2,5= 184,8∙103;

P =

KPS = 497,5∙103 / 32,3 =15,4 ∙103;

KPt = 497,5∙103 / 3 = 165,8∙103;

KP = 15,4 ∙103 ∙165,8∙103 =2553∙106;

WПР =

УСС: WУСС=;

ТП: ;

ПЛП: WПЛП = KП = 3∙10-3;



^ 4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Для упрощения структурной схемы перенесём узел через два блока, по направлению распространения сигнала, при этом в контур добавляем два блока с обратными передаточными функциями.

Введём новый блок W1

;


^ 5. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА

Устойчивость – это свойство системы возвращаться в исходный или близкий к нему установившийся режим после всякого выхода из него в результате какого-либо воздействия.

Если система неустойчива, то достаточно любого толчка, чтобы в ней начался расходящийся процесс ухода из исходного установившегося состояния.

Исследуем заданный объект на устойчивость при помощи программы MATLAB.



а) переходный процесс системы.



б) ЛАХ и ЛФХ системы.



в) АФЧХ системы.

ЭВМ выдает график переходного процесса, из графика видно, что система при исходных данных находится на границе устойчивости.

Для того, чтобы добиться заданных показателей качества (tp = 0,6 с; коэффициент перерегулирования =25%) вводим корректирующее устройство.

Для ввода корректирующего устройства необходимо найти общую передаточную функцию всей системы.

Передаточная функция системы:



^ 6. СИНТЕЗ САУ

Получили, что передаточная функция системы имеет вид:





T1 = 0,05(c);

T2 = 0,462(c);

T3 = 0,07(c);

К =58246,7; 20∙lgK = 95;

По полученным данным строим неизменяемую ЛАХ и ЛФХ (Приложение).

Вычислим частоту среза и найдем передаточную функцию корректирующего устройства для исследования устойчивости объекта с помощью ЛАХ.

По номограмме Солодовникова определяем диапазон частоты среза в зависимости от заданного времени регулирования, уменьшенного на 25%
;

Желаемая ЛАХ определяется показателями качества и точностью процесса регулирования. Среднечастотная часть желаемой ЛАХ характеризуется частотой среза. Частота среза определяется с помощью номограммы Солодовникова. Для наиболее простой реализации корректирующего устройства последовательные изломы наклонов высокочастотной желаемой ЛАХ и ЛАХ неизменяемой части системы должны совпадать.

Так как система статическая, то добротность системы находится по следующим формулам:

Dw=1/C1 - добротность по скорости;

Dτ=2/C2 – добротность по ускорению;

ωk= Dw;

ωL=;

C1=

=

Dw=

Dτ=

ωk=17;

ωL=

Строим желаемую логарифмическую амплитудную характеристику (Приложение).
Найдем корректирующее устройство. Для нахождения корректирующего устройства необходимо вычесть неизменяемую ЛАХ из желаемой.

Из графика приложения видно, что:







20∙lg KКУ = 40; KКУ = 100;
Таким образом, получили, что передаточная функция корректирующего устройства имеет вид:

;


^ 7. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

По виду передаточной функции корректирующего устройства определим схему корректирующего устройства.

;





Выбираем электрическую схему, передаточную функцию типового корректирующего устройства. Она будет содержать в себе следующие электрические схемы:

1.

K = 1;

T1 = (1+ R1 / R2)·T2;

T2 = R2 C2;

Таким образом, получили, что:

R1 = 20(кОм);

R2 = 1 (кОм);

C = 0,05 (Ф);

2.

k = 1 / R1C;

T = R2C;

Таким образом, получили, что:

R1 = 3 (Ом);

R2 = 1,54 (Ом);

C = 0,3 (Ф);

3.



C= 0,0462 (Ом); Uвх Uвых

R=10 (Ом);




C1

R1
Реализация передаточной функции корректирующего устройства через четырёхполюсники, имеет вид:

R1 R3




C1 Uвых

Uвх R2 R4 C2




C3




R5
Где:

R1=20 (кОм);

R2=1 (кОм);

R3=3 (Ом);

R4=1,54 (Ом);

R5= 10 (Ом);

С1=0,05 (Ф);

C2=0,3 (Ф);

C3=0,0462(Ф);
При коррекции с помощью интегрирующих устройств система менее подвержена влиянию помех.
8. ВЫВОД

В данной курсовой работе произвели анализ исходных данных и из функциональной схемы получили структурную схему САУ. Для полученной схемы с помощью пакета MATLAB построили график переходного процесса. Произвели анализ устойчивости некорректированной САУ и пришли к выводу, что данная система находится на границе устойчивой, а, следовательно, не может поддерживать режим работы объекта регулирования при действии на него возмущающих факторов.

Эта система не соответствует всем необходимым параметрам. Поэтому мы провели синтез САУ и подобрали такое корректирующее устройство, при котором система стала отвечать необходимым параметрам. Построили для скорректированной САУ графики переходного процесса, ЛАХ и ЛФХ. Произвели анализ скорректированной САУ и пришли к выводу, что данная САР устойчива и работоспособна.

Данная система соответствует заданным показателям качества:









^ 10. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА




1. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Л., «Энергия», 1975.

2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. – М.:Наука, 1975. – 768 с.

3. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.:Наука, 1989. 304 с.

4. Ю.М Соломонцев «Теория автоматического управления» Москва, «Высшая школа», 2000, 91с.


Скачать файл (425.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации