Следящие системы

Реферат

В данной записке содержится расчёт элементов следящей системы, а так же некоторых параметров, характеризующих всю систему в целом.

В записке присутствуют необходимые для расчётов номограммы и гра-фики, которые были заимствованы из [1]; таблицы со справочными данными отдельных элементов следящей системы.

Объём расчётно-пояснительной записки листов плюс приложение, в котором изображена электрическая принципиальная схема разомкнутой сле-дящей системы.

Введение

Современные системы автоматического управления представляют собой сложные комплексы взаимодействующих технических устройств и элементов, работа которых основана на различных физических принципах. Различно так-же их конструктивное выполнение и технические характеристики.

Несмотря на многообразие отдельных систем автоматического управле-ния и входящих в них элементов, последние могут быть сведены к нескольким основным типам, различающимся по их назначению и взаимодействию в сис-теме управления.

САУ должна выполнять одновременно две задачи:

1) обеспечивать с требуемой точностью изменение выходной величины сис-темы в соответствии с поступающей извне входной величиной, играющей роль команды. При этом необходимо преодолевать инерцию объекта управления и других элементов системы.

2) при заданном значении входной величины система должна, по возможно-сти, нейтрализовать действие внешних возмущений, стремящихся откло-нить выходную величину системы от предписываемого ей в данный мо-мент значения.

Целью данной работы является создание САУ, которая бы удовлетворя-ла поставленным задачам.

Задание на курсовую работу № 34.

Jн, Нмс2 Мн, Нм Ωн max

рад/с2 εн max

рад/с2 δm,

град γ,

град Вид входного

воздействия Критерий

устойчивости

1 2 3 4 5 6 7 8

4*10-2 4 6 80 0,35 50 Плавное

воздействие Михайлова

В таблице использовались следующие обозначения:

Jн - момент инерции нагрузки

Мн - момент нагрузки

Ωн max - максимальная угловая скорость нагрузки

εн max - максимальное угловое ускорение нагрузки

δm - максимальная ошибка

γ - запас устойчивости системы по фазе

Содержание

1. Функциональная схема системы

2. Выбор и расчёт элементов системы

выбор двигателя

расчёт передаточного числа

редуктора

выбор типа усилителя

выбор датчика рассогласования

выбор и расчёт предварительного усилителя

3. Устойчивость разомкнутой системы

4. Литература

5. Приложения

Функциональная схема системы

Рассматриваемая следящая система относится к числу дистанционных систем, в которых сравнение сигналов управления и обработки производится путем суммирования электрических величин. Это повышает удобство пользо-вания системой автоматического регулирования, так как задающее устройство можно расположить в удобном для пользователя месте, а также повышает на-дежность системы потому, что электронную часть САУ можно расположить вдали от ОУ, который обычно находится в жестких условиях.

Система работает следующим образом. Входная и выходная величины САУ сравниваются в измерителе рассогласования. Сигнал ошибки усиливает-ся по напряжению в УН и по мощности в УМ, а затем подается на управляю-щую обмотку электродвигателя, который вращаясь стремиться уменьшить сигнал рассогласования. Для получения требуемой скорости вращения в схему включен редуктор.

Выбор исполнительного двигателя.

Мощность двигателя выбираем из условия обеспечения заданного ре-жима работы объекта управления.

Исходными данными для выбора двигателя служат следующие парамет-ры нагрузки: момент трения Мн, момент инерции Jн, угловая скорость Ωн и уг-ловое ускорение Сн.

Выбор двигателя начнем с ориентировочного определения необходимой мощности на его валу, для чего можно воспользоваться формулой:

Jнεн + Мн) Ωн Вт

подставив численные значения величин, получим

Ртр= (4*10-2*80+4)*6=108 Вт

Так как требуемая мощность двигателя превышает 100 Вт то выбираем двигатель постоянного тока, который обладает хорошими регулировочными и механическими характеристиками, значительным пусковым моментом. К не-достаткам двигателей постоянного тока можно отнести большой момент ста-тического трения, искрение между коллектором и щетками, генерирование ра-диопомех.

Для нашей системы возьмем двигатель постоянного тока МИ-22, кото-рый имеет следующие основные характеристики:

Напряжение

В Мощ-ность на

валу, кВт Ток якоря,

А Ско-рость вра-щения

об/мин Мощ-ность воз-буж-дения

Вт Махо-вый мо-мент, кг м2

Сопротивле-ние якоря

Ом Стати-ческий момент трения

кг см Сопро-тивле-ние обмот-ки воз-бужде-ния, Ом

110 0,12 1,4 1000 16 0,016 4,58 1,5 790

Так как электродвигатель обладает значительной мощностью, то для обеспечения заданных значений напряжения и тока обмотки управления, в ка-честве усилителя мощности выбираем электромашинный усилитель - ЭМУ.

Расчет передаточного числа редуктора.

Из условия обеспечения точности воспроизведения заданного закона движения управляющей оси определим оптимальное передаточное число ре-дуктора.

в формуле применяются следующие обозначения:

fдв - коэффициент внутреннего демпфирования двигателя;

Jдв - момент инерции двигателя с подключенным к нему редуктором.

Коэффициент демпфирования двигателя может быть найден из форму-лы:

fдв= , где

Се и См - конструктивные постоянные;

(Се - скоростной коэффициент; См - коэффициент пропорциональности между током якоря и вращающим моментом Мвр двигателя).

В системе СИ Се = См и поэтому: fдв= , где

R - суммарное сопротивление якорной обмотки двигателя Rя и выходно-го сопротивления усилителя мощности (Rдоб).

Если бы двигатель питался от источника весьма большой мощности, на-пример от сети, то сопротивление источника управляющего напряжения мож-но было бы принять равным нулю. Но так как в качестве усилителя мощности мы взяли ЭМУ, выходная мощность которого сопоставима с мощностью элек-тродвигателя, то пренебрегать этим сопротивлением нельзя.

Rдоб

В данном случае роль Rдоб выполняет выходное сопротивление усилителя. Так как добавочное сопротивление включено последовательно с якорной обмоткой двигателя, то они суммируются. С учетом этого

R = Rя+Rдоб = Rя+Rвых

Выходное сопротивление ЭМУ

Ом,

где - степень недокомпенсации ЭМУ.

R = Rя+Rвых=4,58+13,357=17,937 Ом

В зависимости от значения R двигатель обеспечивает различные значе-ния пускового момента. Если добавочное сопротивление в цепи якоря отсут-ствует, то считают, что двигатель работает на естественной характеристике.

Механическая характеристика

двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Ωдв

Ωхх

γ

Мп Мвр

Естественная характеристика отличается наибольшим углом наклона к оси скоростей и наибольшим пусковым моментом.

Если Rдоб≠0, двигатель будет работать на искусственной механической характеристике.

Конструктивная постоянная Се может быть вычислена на основе номи-нальных паспортных данных:

Определяем коэффициент внутреннего демпфирования fдв:

fдв=

Для определения оптимального передаточного числа редуктора необхо-димо найти момент инерции двигателя с подключенным к нему редуктором Jдр

Jдр= Jдв + Jр, где

Jдв - момент инерции двигателя;

Jр - момент инерции редуктора, приведенный к валу двигателя.

Для мощных двигателей: Jр=0,1 Jдв

С учетом этого: Jдр= Jдв +0,1 Jдв=1,1