Следящие системы

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

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

САУ должна выполнять одновременно две задачи:

1) обеспечивать с требуемой точностью изменение выходной величины системы 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 возможности, нейтрализовать действие внешних возмущений, стремящихся отклонить выходную величину системы от предписываемого ей в данный момент значения.

Целью данной работы является создание САУ, которая бы удовлетворяла поставленным задачам.

Задание на курсовую работу № 34.

В таблице использовались следующие обозначения:

J_н- момент инерции нагрузки

М_н- момент нагрузки

Ω_{н max}- максимальная угловая скорость нагрузки

ε_{н max}- максимальное угловое ускорение нагрузки

δ_m- 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 пользования системой автоматического регулирования, так как задающее устройство можно расположить в удобном для пользователя месте, а также повышает надежность 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 усиливается по напряжению в УН и по мощности в УМ, а затем подается на управляющую 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 режима работы объекта управления.

Исходными данными для выбора двигателя служат следующие параметры нагрузки: момент трения М_н, момент инерции J_н, угловая скорость Ω_н и угловое ускорение С_н.

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

J_нε_н + М_н) Ω_н Вт

подставив численные значения величин, получим

Р_тр=(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 недостаткам двигателей постоянного тока можно отнести большой момент статического трения, искрение между коллектором и щетками, генерирование радиопомех.

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

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

Расчет передаточного числа редуктора.

Из условия обеспечения точности воспроизведения заданного закона движения управляющей оси определим оптимальное передаточное число редуктора.

в формуле применяются следующие обозначения:

f_дв - коэффициент внутреннего демпфирования двигателя;

J_дв - момент инерции двигателя с подключенным к нему редуктором.

Коэффициент демпфирования двигателя может быть найден из формулы:

f_дв=, где

С_е и С_м - конструктивные постоянные;

(С_е - скоростной коэффициент; С_м - коэффициент пропорциональности между током якоря и вращающим моментом М_врдвигателя).

В системе СИ С_{е =} С_ми поэтому: f_дв=, где

R - суммарное сопротивление якорной обмотки двигателя R_я и выходного сопротивления усилителя мощности (R_доб).

Если бы двигатель питался от источника весьма большой мощности, например от сети, то сопротивление источника управляющего напряжения можно было бы принять равным нулю. Но так как в качестве усилителя мощности мы взяли ЭМУ, выходная мощность которого сопоставима с мощностью электродвигателя, то пренебрегать этим сопротивлением нельзя.

R_доб