Реферати українською » Промышленность, производство » Розробка та дослідження динамічних характеристик САУ мехатронних модулями


Реферат Розробка та дослідження динамічних характеристик САУ мехатронних модулями

Страница 1 из 2 | Следующая страница
>СОДЕРЖАНИЕ

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

1КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМАЗАДАННОЙ САУ ЗИСХОДНЫМИДАННЫМИ

2ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА САУ

3 РОЗРОБКАСТРУКТУРНОЙ СХЕМИ САУ

3.1 СТРУКТУРНА СХЕМА САУ

3.2ВЫВОДТИПОВЫХПЕРЕДАТОЧНЫХФУНКЦИЙЗВЕНЬЕВ СИСТЕМИ

3.3ПРЕОБРАЗОВАНИЕСТРУКТУРНОЙ СХЕМИ

4 АНАЛІЗУСТОЙЧИВОСТИ, ЯКОСТІ ІТОЧНОСТИ САУ

5 СИНТЕЗКОРРЕКТИРУЮЩЕГОУСТРОЙСТВА

6 АНАЛІЗСИНТЕЗИРОВАННОЙ САУ ПОУСТОЙЧИВОСТИ,КАЧЕСТВУ ІТОЧНОСТИ

7 СИНТЕЗАНАЛОГОВОЙ СХЕМИ І РОЗРАХУНОКПАРАМЕТРОВКОРРЕКТИРУЮЩЕГОУСТРОЙСТВА

8ВЫВОД

9ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛІТЕРАТУРА

 


ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Удосконалення технологій і підвищення продуктивність праці належить до найважливіших завдань технологічного процесу. Ефективне вирішення завдань можливо, за впровадженні систем автоматичного управління й державного регулювання як окремими об'єктами і процесами, і виробництвом загалом. Тому вивчення основ автоматичного регулювання та управління передбачається час для підготовки студентів практично всіх інженерних спеціальностей.

У вивченні курсу нам було винесено автоматичні системи, що протягом досить багато часу за потрібне чином змінюють (чи підтримують незмінними) будь-які фізичні величини (координати рушійної об'єкта, швидкість руху, електричну напругу, частоту, температуру, тиск тощо.) у цьому чи іншому керованому процесі.

Характерним для не замкнутої системи і те, що роботи системи залежною безпосередньо від результату його впливу на керований об'єкт. Природним подальшим удосконаленням АС є замикання її входу (контрольні прилади) з входом (джерело впливу) в такий спосіб, щоб контрольні прилади, вимірявши, деякі величини, що характеризують певний процес у керованому об'єкті, самі служили б це й джерелом на систему, причому величина цього на керований об'єкт від необхідних значень. Отже, виникає замкнута система.

У замкнутої АС є повна взаємозалежність всіх ланок друг від друга, зміна внутрішніх параметрів системи та зовнішніх обурень позначається значно менше на регульованим об'єкті, ніж у розімкнутої АС.

Принципова особливість: автоматично порівнюється дійсне значення регульованого параметра з заданим. Різниця цих значень спричиняє дію цю систему те щоб у її роботи неузгодженість автоматично зводилося нанівець або до досить малої величині.

Сучасна складна автоматична система виконає два завдання:

1. Забезпечити необхідної точністю зміна вихідний величини системи відповідно до котра надходить ззовні вхідний величиною, що грає роль програми. У цьому мусять бути подоланими інерцію об'єкта управління та інших елементів системи, і навіть компенсувати спотворення, виникає внаслідок неточного знання характеристик окремих елементів та політичної нестабільності їх параметрів. Деколи це називається Управління вузькому значенні чи стеженням.

2. При заданому значенні вхідний величини система повинна, наскільки можна, нейтралізувати дію зовнішніх обурень, прагнуть відхилити вихідну величину системи відпредписиваемого їй у цей час значення. У цьому сенсі говорять про завданню регулювання чи стабілізації.

У цьому курсової роботі наочно простежується розв'язання цих двох завдань з прикладу системи автоматичного управління (САУ) стабілізації, або зміни сили різання.

У цьому роботі проаналізовано САУ стабілізації сили різання і синтезована нову систему із наперед заданими показниками якості [5, 4 стор.].


1КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМАЗАДАННОЙ САУ ЗИСХОДНЫМИДАННЫМИ

 

САУ варта стабілізації, або зміни сили різання прифрезеровании з допомогою управління приводом подач.

Малюнок 1 – Конструктивна схема САУ

>Фрезерний верстат з ЧПУ призначений в обробці різних складних поверхонь деталей машин. Деталь 1 встановлюється на столі 2 якому повідомляються руху подачі у двох взаємно перпендикулярних напрямах на формування фрезою 3 необхідної форми паза (див. вид А). На малюнку показаний лише одне привід столу 2. Він з приводного двигуна 4 постійного струму зтахогенератором 5, редуктора б і гвинта 7. З іншого боку, до системи автоматичного управління входять також перетворювач переміщення 8, котрі порівнюють устрою 9 і десяти, підсилювач 11 ітиристорний перетворювач 12.

САУ працює так. Сигнал, вироблену системою ЧПУ, черезцифро-аналоговий перетворювач (на схемою не показаний) як напругиU3 надходить на вхід який би порівняв устрою 9. На інший вхід який би порівняв устрою 9 надходить сигналU0 перетворювача переміщення 8. НапругаU1 помилки через підсилювач 11 надходить на вхід який би порівняв устрою 10. На інший вхід устрою 10 надходить напруга, що виробляєтьсятахогенератором 5. Отже, напруга на входітиристорного перетворювача 12 визначає швидкість обертання двигуна 4, отже, величину подачі столу 2. Система автоматичного управління приводом подачі повідомляє столу 2 і деталі 1 рух щодо одній з керованих координат відповідно до напругоюU3 завдання. Так працює привід подачі з іншої координаті. Через війну складного руху деталі 1 фрезою 3 формується необхідний контур. Як об'єкти управління у САУ приводом входять процес різання і замкнута технологічна система верстата [5, 12 стор.].

Відповідно до завданням як вихідних даних приймемо значення з таблиці 1.


Таблиця 1 – Вихідні дані

>ТЭУ,

з

КЕУ

>ТТП,

з

КТП >КР

>КТГ,

>Вс

До n,

>В/мм

>Тя,

з

ТМ,

з

>KД

>1/сВ

ТР,

з

>CР До >SМ >m >z

>wо,

>1/с

З,

>Н/мм

0,02 70 0 25 0,02 0 3,5 0 0,23 3,2 0 1700 0,28 0,02 0,08 10 - - 107

 


2ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА САУ

Схема системи автоматичного управління подачею при копіюванні приведено малюнку 2. У систему автоматичного управління необхідно провести елементи:

 

Малюнок 2 – Функціональна схема САУ

де: ЕУ – підсилювач, Д – двигун, Р – механічний редуктор, ТП –тиристорний перетворювач,ПЛП – перетворювач лінійних переміщень,ХВ – ходовий гвинт, ПР – процес різання,УСС – пружна система верстата,ТГ -тахогенератор.

Перетворювач лінійного переміщення у подальшому ланцюгу харчування двигуна, виробляє сигнал пропорційний силі різання. Через війну цей сигнал надходить на вхід який би порівняв пристрої і порівнюється зі вхідним заданим сигналом. У результаті вхід електронного підсилювача надходить сигнал помилки, що викликає зміна напруги харчування двигуна постійного струму, отже, і швидкість подачі столу.


3 РОЗРОБКАСТРУКТУРНОЙ СХЕМИ САУ

 

3.1 СТРУКТУРНА СХЕМА САУ

Розробка структурної схеми САУ складає основі функціональної схеми системи (малюнок 2). У структурної схемою на відміну функціональної слід визначити все передавальні функції.

 

Малюнок 3.1 – Структурна схема САУ

 

3.2ВЫВОДТИПОВЫХПЕРЕДАТОЧНЫХФУНКЦИЙЗВЕНЬЕВ СИСТЕМИ

Електронний підсилювач

де:ТЭУ – стала часу електронного підсилювача, з;

>U1 – вихідний напруга, У;

>U – вхідний напруга, У;

КЕУ – коефіцієнт посилення.

>Передаточная функція підсилювача (>апериодическое ланка I порядку)

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:

 

>Тиристорний перетворювач

де:ТЭУ – стала часу електронного підсилювача, з;

>UТП – вихідний напруга, У;

>U1 – вхідний напруга, У;

КЕУ – коефіцієнт посилення.

>Передаточная функція підсилювача (>апериодическое ланка I порядку)

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:

 


Двигун (>ДПТ)

 

деТЯ –електромагнитная стала часу якоря, з;

ТМ –електромеханическая стала двигуна, з;

> – кутова швидкість,с-1;

>KД – коефіцієнт передачі електродвигуна,1/сВ;

>UТП – напруга якоря, У.

>Передаточная функція електродвигуна постійного струму (коливальне ланка)

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:

>Редуктор

деКр – коефіцієнт передачі;

> – вхідні кутова швидкість,рад/с;

>Р – вихідна кутова швидкість,рад/с;

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:

 

Ходовий гвинт

деt – крок гвинта, мм;

>Р – вхідні кутова швидкість,рад/с;

P.S – вихідний лінійне переміщення, мм.

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:

Процес різання


>Передаточная функція процесу різання (>апериодическое ланка I порядку):

деКр – коефіцієнт різання

>Тр – стала часустружкообразования, з.

Сила різання при рівномірномуфрезеровании циліндричною фрезою:

 

За повноїфрезеровании торцевій фрезою:

; ,

де: СВ – постійний коефіцієнт, залежить від властивостей оброблюваного матеріалу;

>t – глибина різання, мм;

P.S – подача,мм/об;

V – швидкість різання,мм/сек.

Z – число зубів

Підставляючи значення одержимо:

;

;

;

 

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:

 

>Эквивалентная пружна система верстата

де0 – власна частота коливань,с-1;

> – коефіцієнт загасання коливань;

x – деформація пружною системи верстата, мм;

З – жорсткість пружною системи верстата,Н/мм;

>FР – вхідний силовий параметр, М.

>Передаточная функція еквівалентній пружною системи верстата (коливальне ланка):

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:


>Тахогенератор

 

>Т.к. значенняКТГ одно нулю, то передатна функціятахогенератора дорівнюватиме нулю, в такий спосіб можна прибрати блокТГ і зворотний зв'язок, де він перебуває.

Малюнок 3.2 – Структурна схема САУ

Перетворювач лінійного переміщення

де U – вихідний напруга перетворювача, У;

>Кn – коефіцієнт передачі,ВА;

P.S' – вхідний переміщення, мм.

Відповідно до вихідним даним (таблиця 1) одержимо:

 


3.3ПРЕОБРАЗОВАНИЕСТРУКТУРНОЙ СХЕМИ

автоматичне управліннямехатронний модуль

Для спрощення структурної схемиперенесем вузол через ланкаWПР, причому у зворотний зв'язоквведем нову ланку1/WПР.Заменим контур 1 типовим ланкоюW1.Введем новий блокW1.

Малюнок 3.3 – Перетворення структурної схеми

Отже, одержимо такий вигляд структурної схеми:

Малюнок 3.4 –Преобразованная структурна схема


4 АНАЛІЗУСТОЙЧИВОСТИ, ЯКОСТІ ІТОЧНОСТИ САУ

 

Стійкість – це властивість системи повертатися в вихідний чи близька до нього усталений режим після будь-якого виходу з нього у результаті якогось впливу [1, 158 стор.].

При дослідженні і проектуванні САУ часто використовуютьЛАХ іЛФХ розімкнутих систем. Це тим, що розімкнуті САУ простіше досліджувати експериментально, ніж замкнуті. У той самий час із них можна отримати роботу вичерпну інформацію щодо поведінки даної САУ у замкненому стані.

Якщо цю систему нестійка, досить будь-якого поштовху, щоб у нею приспів розходиться процес звільнення з вихідного встановленого стану.

Прийнято використовувати такі типові (стандартні) показники якості перехідного процесу,отраженние на типовому графіці перехідного процесу у яка стежить системі.

–tp – час перехідного процесу:tp – час остаточного влучення в розмірі 5% околиця встановленого значення.

–eуст – встановлена помилка (статична точність):

>eуст =e() = 1 –yуст.

Якщоeуст=0, то системаастатическая.

–s (%) – відноснеперерегулирование:  

– n – число коливань під час перехідного процесу .

Це – стандартні (типові) показники якості, вони зрозумілими для замовників. Виявляється, що чотири показника дуже тісно пов'язані з запасами стійкості за амплітудою і з фазі. Тому, забезпечення стандартних показників якості забезпечує необхідної усталеності.

Досліджуємо поставлене об'єкт на стійкість, знайдемо передатну функцію розімкнутої системи.

Набираємо передатну функцію на ЕОМ у пакетіMatLab 7.1, з допомогою командиstep(W), отримуємо графік перехідного процесу (малюнок 4.1).

Малюнок 4.1 – Перехідний процес системи

Малюнок 4.2 –ЛАХ іЛФХ системи

ЕОМ видає графік перехідного процесу, з графіка видно, що систему при вихідних даних стійка, але з задовольняє потрібним показниками якості (M 3).

>Передаточная функція помилки по управляючому впливу:

Коефіцієнти помилок знайдемо по передавальної функції помилки управління шляхом розподілу чисельника передавальної функції на знаменник,т.о. отримали:

>С0 = 0,001104;

С1 = 0,000276;

>С2 = 0,000005.

Щоб домогтися заданих показників якості (>tp = 2 з; коефіцієнтперерегулирования ) вводимо коригувальне пристрій.

>Применим послідовне коригувальне пристрій.Передаточная функція розімкнутої скоригованої системи дорівнює вихідної, помноженою на передатну функцію коректора:

[>WP(p)]Ж =WP(p)Н ·WP(p)КУ.

>Корректирующее пристрій включено послідовний у контурі системи будь-де. Для дослідження ідеально підходятьЛАЧХ (оскільки вони складаються при послідовному поєднанні).Задаются бажаніЛАХ іЛФХ і тоді:

>LЖ(w) =LН(w) +LКУ(w);

>Ж(w) =Н(w) +КУ(w);


5 СИНТЕЗ >КОРРЕКТИРУЮЩЕГОУСТРОЙСТВА

Отримали, що передатна функція системи має вигляд:

>T1 = 0,02 з;

>T2 = 0,23 з;

До = 905;20lg(K) = 59,13.

Із одержаних даним будуємонеизменяемуюЛАХ (>НЛАХ) (малюнок 5.2).

ПономограммеСолодовникова (малюнок 5.1) визначаємо діапазон частоти зрізу залежно від заданого часу регулювання і величиноюперерегулирования .Вичислим частоту зрізу.

Малюнок 5.1 –НомограммаСолодовникова

          

БажанаЛАХ визначається показниками якості і точністю процесу регулювання.Среднечастотная частина бажаноїЛАХ характеризується частотою зрізу. Частота зрізу визначається за допомогоюномограммиСолодовникова. Для найпростіший реалізації коригувального устрою послідовні злами нахилів високочастотної бажаноїЛАХ іЛАХ незмінної частини системи мають співпадати.

Показники стійкості визначаємо з таблиці 5.

Таблиця 5 – Показники стійкості

Тип системи Показники стійкості для діапазону частот
Від 0,01 до 100 Від 100 до 1000 Від 1000 до 10000 Більше 100000

Системи з високі показники якості:

>C 45 50 55 60
>HM 16 18 20 22
–>HM 14 16 18 20

Показники стійкості:

>HM = 16;

–>HM = –14;

>KЖ = K = 509;

>20·lg(KЖ) =20·lg(509) = 59,13;

Будуємо бажану логарифмічнуамплитудную характеристику (>ЖЛАХ) (малюнок 5.2).

Знайдемо коригувальне пристрій. Щоб побудуватиЛАХ коригувального устрою (>КУЛАХ) необхідно віднятинеизменяемуюЛАХ з бажаної.

З графіка малюнка 5.2 видно, що:

>lgЖ1 = –2,24;  

>lgЖ2 = –0,04;  

>lgЖ3 = 1,46;    

>20lg(KКУ) = 0; .

Отже, отримали, що передатна функція коригувального устрою має вигляд:

.


6 АНАЛІЗСИНТЕЗИРОВАННОЙ САУ ПОУСТОЙЧИВОСТИ,КАЧЕСТВУ ІТОЧНОСТИ.

Малюнок 6.1 – Структурна схема бажаної САУ

w>CP

 

j

 

Малюнок 6.2 –ЛАХ іЛФХ синтезованою САУ

Малюнок 6.3 – Перехідний процес синтезованою системи

За малюнком 6.2, визначаємо:

Запас стійкості за фазою: = 149°;

Запас стійкості за амплітудою: h ,т.кЛФХ –180.

За малюнком 6.3, визначаємо:

Часперерегулирования:tp = 1,7 з;

Коефіцієнтперерегулирования: ;

Кількість коливань: М = 1.

Точність регулювання визначається помилкою системи.

>Передаточная функція помилки:

де:g(t) – одиничний вхідний сигнал,

>С0 – коефіцієнт помилки по вхідному впливу,

С1 – коефіцієнт помилки за швидкістю,

>С2 – коефіцієнт помилки прискорення.

Оскільки система маєастатизмом першого порядку з початковим нахилом –20дБ/дек., то:

>С0 = 0; С1 =1/DV;С2/2=1/DE,

де: DV – добротність за швидкістю;

>DE – добротність прискорення.

DV =V;DE =.

За малюнком 5.2 визначаємоV іE.

>lg(V) = 2,957;V = 905;

>lg(E) = 0,36;E = 2,29;

DV = 905;DE = 2,29;

>C1 = 1/ DV = 0,0011;

>C2/2 = 1/DE = 0,437.

>(t) = 0.


7 СИНТЕЗАНАЛОГОВОЙ СХЕМИ І РОЗРАХУНОКПАРАМЕТРОВКОРРЕКТИРУЮЩЕГОУСТРОЙСТВА

По виду передавальної функції коригувального устрою визначимо схему коригувального устрою.

Вибираємо електричну схему, передатну функцію типового коригувального устрою. Вона утримувати у собі такі електричні схеми:

1.Передаточная функція коригувального ланки [2, 474 стор.]:

 >k = 1 /R1 З; T =R2 З.

Малюнок 7.1 – Схема коригувального ланки

Отже, отримали, що:

>R1 = 10Ом;R2 = 10,96Ом; З = 0,1 Ф.

2.Передаточная функція коригувального ланки [2, 474 стор.]:

 >k = 1 /R1 З; T =R2 З.

Малюнок 7.2 – Схема коригувального ланки

Отже, отримали, що:

>R1 = 10Ом;R2 = 2,3Ом; З = 0,1 Ф.

3.Передаточная функція коригувального ланки [2, 474 стор.]:

 >k =R2 · З; T = (>R1 +R2) З.

Малюнок 7.3 – Схема коригувального ланки

Отже, отримали, що:

>R1 = 1727,8Ом;R2 = 10Ом; З = 0,1 Ф.

Реалізація передавальної функції коригувального устрою черезчетирехполюсники, має вигляд:

Малюнок 7.4 –Схемотехническая реалізація передавальної функції коригувального устрою


>R1 = 10Ом;R2 = 10,96Ом;R3 = 10Ом;R4 = 2,3Ом;R5 = 1727,8Ом;R6 = 10Ом;C1 = 0,1 Ф;C2 = 0,1 Ф;C3 = 0,1 Ф.

При корекції з допомогою інтегруючих пристроїв система менш схильна до впливу перешкод.


8ВЫВОД

У цьому

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація