Реферат

Реферат Исследование системы программного регулирования скорости вращения рабочего органа шпинделя

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 3.4.2025


 


ИНСТИТУТ ИНТЕГРАЦИИ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ

КГНУ

Кыргызско-Американский Факультет Компьютерных

Технологий и ИНТЕРНЕТ (КАФ-ИНТЕРНЕТ)






























Курсовая работа


По курсу: « Основы теории управления »

Тема: « Исследование системы програмного

      регулирования скорости вращения рабочего

     органа шпинделя »

                 









Выполнил:                                                                 студент гр. КИС-3-97

Краснов И.С.



Проверил:                                                                     преподаватель

                                                                                              Алишеров С. А.

           









Бишкек – 1999




СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................................................................................... 2

Исходные данные................................................................................................................................................................... 3

1.Структурная схема системы..................................................................................................................................... 5

2. Определение коэффициента усиления электронного усилителя по заданной точности.   7

3. Определение устойчивости системы методом Михайлова А.Б.................................................... 9

4. Коррекция системы........................................................................................................................................................ 10

4.1.   Построение ЛАЧХ корректирующего устройства........................................................................................ 10

4.1.1.    ЛАЧХ разомкнутой нескоректированной системы Lнс (w)........................................................................ 10

4.1.2.   ЛАЧХ желаемой системы Lж(w)....................................................................................................................... 11

4.1.3.   ЛАЧХ корректирующего устройства Lк(w).................................................................................................... 12

4.2.   Техническая реализация корректирующего устройства......................................................................... 13

I-Звено:...................................................................................................................................................................................... 13

II-Звено:..................................................................................................................................................................................... 14

III-Звено:................................................................................................................................................................................... 14

IV-Операционный усилитель:............................................................................................................................................. 15

4.3. Проверка правильности выбора корректирующих звеньев....................................................................... 16

5. Построение переходного процесса и определение прямых показателей     качества. 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................................................................... 18

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................................................................................ 19

ВВЕДЕНИЕ



Курс теории автоматического управления ставит своей целью ознакомить с общими принципами построения систем автоматического управления, с процессами в этих системах и методами их исследования. Принципы построения систем автоматического управления связаны с общими законами управления, значение которых выходит далеко за пределы  технических задач.

Теория автоматического управления сформировалась в самостоятельную науку, в первую очередь на основе изучения процессов управления техническими устройствами. Изучение принципов построения и исследования систем автоматического управления в курсе ОТУ проводится на основе рассмотрения управления различными техническими устройствами, и первое понятие, которое конкретизирует довольно широкое поле деятельности этого курса является автоматическое регулирование. Под автоматическим регулированием понимают поддержание на определенном уровне или изменение по закону некоторых переменных характеристик (регулируемых величин) в машинах и агрегатах без участия человека с помощью различного рода технических средств.

Рассматриваемые принципы управления имеют более широкий общий смысл и могут быть применены при изучении процессов управления в совершенно иных системах, например, в биологических, экономических, социальных и др.

Исходные данные




Задана система програмного регулирования скорости вращения рабочего органа шпинделя.
Рис. 1

                                 
На рис.1 использованы следующие обозначения:

ü  ОВ ЭМУ – обмотка возбуждения ЭМУ.

ü  ЭМУ -  электромагнитный усилитель.

ü  Д - двигатель постоянного тока

ü  ОВД – обмотка возбуждения двигателя.

ü  Р – редуктор.

ü  ТГ – тахогенератор.

ü  У – электронный усилитель.

ü  E - ошибка рассогласования.

ü  V - скорость изменения напряжения.

ü  М – момент инерции шпинделя.
           
Система регулирования работает следующим образом: с электронного усилителя У усиленный сигнал рассогласования Е поступает на обмотку возбуждения ЭМУ (ОВ ЭМУ), ток, проходящий через ОВ ЭМУ меняется,изменяя тем самым величину магнитного потока, действующего на ротор электромагнитного усилителя (ЭМУ) - увеличивая или уменьшая скорость его вращения, и в зависимости от этих изменений меняется скорость и направление вращения двигателя (Д).  Двигатель (Д), редуктор (Р), тахогенератор (ТГ) и шпиндель находятся в жесткой механической связи, поэтому изменения в скорости и в направлении вращения двигателя вызывают соответствующие изменения в скорости и в направлении вращения рабочего органа шпинделя, а также в работе тахогенератора (ТГ), который передвигает ползунок реостата в сторону изменения ошибки несогласования E.



Требуется:
1.      Составить структурную схему и вывести уравнения, которыми описываются отдельные элементы и вся система регулирования в целом. Определить коэффициент усиления усилителя из заданной точности.

2.      Определить устойчивость и качество переходных процессов в системе с помощью частотных методов.

3.      Скорректировать систему.

4.      Построить переходный процесс в системе и оценить его качество.
Дано:


Тэ1
Тэ2
Тд
Кэму
Кд
Кред
Ктг
E,%

V

0,1
0, 7
2,5
4
3
2
0,1
0,4
0,5



1.Структурная схема системы.




На основании принципиальной схемы (рис. 1) составим структурную схему (рис. 2) и рассмотрим все ее элементы для получения передаточной функции всей системы.





Рис. 2
1.1   Усилитель.
                  
                                                                           (1)


  

      где Ky – коэффицент усиления электронного усилителя.
1.2   ЭМУ



                                          (2)

                                                               

 где Кэму- коэффицент передачи ЭМУ;

       Тэ1,Тэ2 - постоянная времени ЭМУ.
1.3   Двигатель

                       

                                                                          (3)
где Кдв- коэффицент передачи двигателя постоянного тока.

                                         Тдв - постоянная времени двигателя
1.4   Редуктор




                                                                                   (4)

          

            где Кред - коэффициент передачи редуктора
1.5   Тахогенератор

                         

                         

                                                                                                     (5)
          где Ктг - коэффициент передачи тахогенератора
Пользуясь (рис. 2) и формулами (1-5) составим передаточную функцию разомкнутой системы

                                                                                (6)
                Подставив исходные значения, получим
                                                                                (7)

2. Определение коэффициента усиления электронного усилителя по заданной точности.


Установившаяся ошибка замкнутой САУ складывается из двух составляющих:
                                                                                                     (8)

 где -ошибка от задающего воздействия,

-ошибка от возмущения f(t).
Передаточная функция замкнутой системы по ошибке будет иметь вид:

пусть f(t)0, тогда

                                                                                             (9)


Для любого воздействия ошибку можно найти с помощью коэффициентов ошибок, когда




                                                                                (10)
Из 9 и 10 получаем:

                                                                                                       (11)

 

С1,С2,С3,…-коэффициенты ошибок, которые можно найти по следующим выражениям:



                                                                            

Так как мы имеем статическую систему, то
                                                                          (12)
По условию  , тогда


Подставим полученное значение в (7):

Тогда передаточная функция замкнутой системы будет:
                                         (13)

3. Определение устойчивости системы методом Михайлова А.Б.




Характеристическое уравнение системы имеет вид:


где

                                                      (14)
Заменив в (14) комплексную переменную р мнимой переменной jw, получим функцию мнимого переменного jw, в котором w может принимать любое значение от +   до - :        

                                             (15)
Так как ,а , то четные степени jw вещественны, а нечетные линейны


Разделив вещественную часть от мнимой получим:

,

где

 -вещественная часть функции А(jw)

 -мнимая часть функции А(jw)
Критерий Михайлова можно сформулировать в виде условия перемежаемости корней, т.е. если W0,W2,W4 - упорядоченные корни мнимой составляющей А(jw), а W1 и W2 - упорядоченные корни вещественной составляющей А(jw), то для устойчивости системы необходимо и достаточно выполнения неравенства:
                                                                                          (16)
Корни

W0=-4.342;

W2=0;

W4=4.342.
Корни

W1=-10.989;

W3=10.989.
Подставив  в (16):


Видим, что неравенство не верно, значит условные устойчивости не выполняется. Отсюда следует, что система неустойчива и нуждается в коррекции.

4. Коррекция системы.




Выбираем последовательную коррекцию. Коррекция системы состоит из нескольких этапов:
1.      Построение ЛАЧХ корректирующего устройства.

2.      Техническая реализация корректирующего устройства

3.      Проверка правильности выбора корректирующих звеньев.

4.1.   Построение ЛАЧХ корректирующего устройства




Чтобы построить ЛАЧХ корректирующего устройства необходимо:
1.        Построить ЛАЧХ разомкнутой нескоректированной системы Lнс (w).

2.        Построить ЛАЧХ желаемой системы Lж(w).

3.        Путем графического вычитания Lж-Lнс получить ЛАЧХ корректирующего устройства Lк(w).
 

   4.1.1.    ЛАЧХ разомкнутой нескоректированной системы Lнс (w).




               ЛАЧХ разомкнутой нескоректированной системы будет иметь вид:

            
L
нс
(w)=20 lg
/

/
         Для построения Lнс найдем опорные частоты:
            
            

            

             20lgK = 20lg249=48 дб
        
        

         4.1.2.   ЛАЧХ желаемой системы Lж(w).




         ЛАЧХ желаемой системы построим по методу Солодовникова.

         Пусть величина перерегулирования переходного процесса равна G=25%, а время        регулирования системы должно быть меньше постоянной времени двигателя, чтобы он успевал обрабатывать управляющее воздействие, т.е.

           
         По номограммам Солодовникова (рис.3) определим tp, запас по фазе  и запас по амплитуде Lзап :

               

               

         


         
       Частота среза ЛАЧХ находится из условия:
      
      ЛАЧХ желаемой системы разбивается на три участка:

ü Низкочастотный участокстроиться с наклоном –20Vдб\дек, где V – порядок астатизма системы. Т.к. в данной системе V=0, то наклон будет – 0 дб\дек.
ü Среднечастотный участокстроится с наклоном – 20дб\дек до пересечения с линиями  с некоторым запасом.
ü Высокочастотный участокстроится из расчета наименьшей разницы с Lнс (w)
     Построение ЛАЧХ желаемой системы начинают со среднечастотного участка.

     Построение ЛАЧХ показано на рис 4.
     По ЛАЧХ  Lж(w) можно найти передаточную функцию желаемой системы:
    
     
    
    


   4.1.3.   ЛАЧХ корректирующего устройства Lк(w).




        Из формул  передаточная функция корректирующего устройства будет иметь вид:
             
             где
        Для проверки запасов по фазе и амплитуде необходимо построить ЛФЧХ желаемой системы (рис.4).
       







1.1
-24.8

2.5
-47.3

10
-85.1

130
-181.1

       

        При частоте, на которой  пересекает запас по амплитуде системы                                 равен Lзап =16.5 дб, т.е. запас по амплитуде соблюдается по  сравнению с заданным (16 дб).

        Запас по фазе находится как расстояние между точками  и  на частоте среза Wс=20. Получено значение , т.е. запас по фазе также соблюдается по сравнению с заданным ( ).

     4.2.   Техническая реализация корректирующего устройства.




  
 Следующим этапом коррекции системы является реализация корректирующего     устройства, которое представляет собой  набор четырех-полюсников.

    Представим передаточную функцию корректирующего устройства в виде набора звеньев:



I-Звено:





Выберем RC-цепочку, представленную на рис. 5

своей принципиальной схемой и логарифмической

амплитудно-частотной характеристикой.


                                                                                                    Рис.5

II-Звено:





Выберем RC-цепочку, представленную на рис. 6

своей принципиальной схемой и логарифмической

амплитудно-частотной характеристикой.


                                                                                                    Рис. 6


R5
 
III-Звено:


Выберем RC-цепочку, представленную на рис. 7

своей принципиальной схемой и логарифмической

амплитудно-частотной характеристикой.


                                                                                                          

                                                                                                            Рис. 7
Т.о. коэффициент усиления корректирующего звена будет:

необходимо ввести операционный усилитель, чтобы получить Кк=0,014.

IV-Операционный усилитель:




Принципиальная схема операционного усилителя

и его краткая форма представления показана

на рис. 8.  Определим его параметры:




                                                                                                 Рис. 8
После чего схема корректирующего устройства будет иметь вид:




                                                       Рис. 9

4.3. Проверка правильности выбора корректирующих звеньев.




Проверка правильности выбора корректирующих звеньев состоит из трёх этапов:
ü  Построить ЛАЧХи всех корректирующих звеньев.

ü  Построить результирующую ЛАЧХ Lрез(w).

ü  Сравнить Lрез с ЛАЧХ корректирующего устройства Lк(w).

 


      Из рис.10 можно сделать вывод, что корректирующие звенья выбраны правильно.

5. Построение переходного процесса и определение прямых показателей     качества.



Перехолным процессом называется реакция системы на подачу ко входу единичного скачка 1(t):



Построим переходный процесс с помощью компьютерной программы и определим прямые показатели качества (рис. 11).
 К прямым показателям качества относятся:
1.      Время регулирования:

 

              при 
     Определяется точкой последнего попадания графика h(t) в пятипроцентную зону         G=0,05. Задано tp=0,4, а получено по графику (рис. 11) tp=0,35.
2.      Относительное перерегулирование

                
Определяется величиной выброса hmax относительно Lуст.

Задано G=25%, а получено G=0%.
3.      Максимальное перегулирование : Lmax=1 
4.      Время наступления Lmax :               tmax=0.2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ



Мной  рассмотрена система программного регулирования рабочим органом шпинделя.

Я построил и описал систему, отвечающую всем  качественным требованиям  варианта № 7.Были получены определенные значения и показатели, характеризующие данную систему.

В частности:

q  для заданной точности был найден коэффициент усиления всей системы.

q  по структурной схеме была получена передаточная функция разомкнутой     системы , а по последней - передаточная функция замкнутой системы Ф(Р).

q  система была проверена на устойчивость частотным методом Михайлова, и в последствии для неё было выбрано последовательное корректирующее устройство

q  для системы был построен переходной процесс, по которому я определил прямые показатели качества системы.

            Работа содержит достаточно информативные графики и рисунки, которые совместно с текстовым пояснением и формулами помогают легко разобраться в сути данного исследования.

     

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Методические указания по курсовой работе.
  2. Воронов А.А. “Основа и теория автоматического управления” Часть 1, Москва 1965г.
  3. Теория автоматического управления под редакцией А.В. Петушила, Часть 1, Москва 1968г.


1. Реферат Теоретические основы управленческого учета 2
2. Курсовая Разработка комплекта учредительно-регистрационной документации для ИЧП
3. Реферат Ценообразование на предприятии 5
4. Реферат Карьера как психологическая проблема
5. Реферат Проблема преступности несовершеннолетних
6. Биография на тему Святослав Владимирович
7. Отчет по практике Отчет по производственной практике в ООО Консолидирование ресурсов на примере салона обуви
8. Диплом Сравнительный анализ методы получения синтез-газа
9. Реферат Анализ стоимости объектов недвижимости
10. Реферат Великобритания Изменение структуры хозяйства и проблемы старых отраслей