43040

Системы автоматического регулирования заданным объектом

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Принципиальная схема системы автоматического регулирования напряжения генератора постоянного тока Система работает следующим образом. Для повышения динамической устойчивости системы в ней предусмотрена стабилизирующая местная обратная связь по напряжению ЭМУ осуществляемая при помощи конденсатора C и делителя напряжения Rc. При разделении системы автоматического регулирования на функциональные элементы выделим прежде всего генератор который буду рассматривать как объект регулирования ОР.

Русский

2013-11-03

315 KB

6 чел.

  1.  Принципиальная схема системы автоматического регулирования заданным объектом, ее словесное описание.

Рис.1. Принципиальная схема системы автоматического регулирования напряжения генератора постоянного тока

Система работает следующим образом. Напряжение обратной связи                 UсрUо.с   поступает на вход электронного усилителя У, питающего обмотку управления ОбУ электромашинного усилителя с поперечным полем ЭМУ, являющегося возбудителем генератора Г. Для повышения динамической устойчивости системы в ней предусмотрена стабилизирующая местная обратная связь по напряжению ЭМУ, осуществляемая при помощи конденсатора  C и делителя напряжения Rc. Величина главной обратной связи устанавливается делителем Ro.

При разделении системы автоматического регулирования на функциональные элементы выделим, прежде всего, генератор, который буду рассматривать как объект регулирования ОР. На него действует напряжение возбуждения Uвг, являющиеся регулирующим воздействием, и возмущающее воздействие – ток нагрузки Rн. Регулируемая величина Uг преобразуется в напряжение Uo.c. элементом главной обратной связи ОСгл и сравнивается с напряжением Ucp при помощи элемента сравнения ЭС, который в данном случае является электрическим соединением, поскольку в рассматриваемой системе регулирования сравниваются электрические  величины Uo.c и Ucp.

В качестве усилительного элемента принят электронный усилитель У, а ЭМУ в данном случае является исполнительным элементом ИЭ.

Стабилизирующий контур СRc  представим как элемент местной обратной связи ОСм, входной величиной которого является напряжение ЭМУ(напряжение на обмотке возбуждения генератора ОВГ), а выходной – напряжение Uo, представляющее собой сигнал местной обратной связи, подаваемый на вход усилителя и вычитаемый из основного сигнала UсрUо.с .

  1.  Функциональная схема системы автоматического управления.

При указанном выше разделении системы автоматического регулирования напряжения генератора на элементы функциональная схема будет иметь вид, изображенный на рис.2.

 

                                   Рис.2. Функциональная схема системы автоматического управления

                                                                                                                         напряжения генератора                      

  1.  Математическое описание системы.

 

  •  Разбиение системы на звенья.

                  Генератор, Усилитель, ЭМУ, Местная о.с.

  •  Получение уравнений звеньев системы и их линеаризация. Определение передаточных функций звеньев. Определение физического смысла постоянных времени и коэффициентов передачи звеньев.

1. Ток  в обмотке возбуждения, возникающий под действием напряжения возбуждения генератора , приложенного к ней, создает магнитный поток, в котором при вращении якоря в обмотках последнего индуцируется ЭДС .

        где и сопротивление и индуктивность генератора;  –  ток возбуждения;  –  напряжение на обмотке возбуждения;

–  сопротивление обмотки якоря;   –  ток нагрузки.                

     где –  угловой коэффициент характеристики холостого хода генератора в ее линейной части. 

 

   

 Получим после преобразований: , где ,

2. Сопротивление, индуктивность и число витков обмотки управления соответственно  ,  и . Сопротивление и  индуктивность поперечной цепи якоря  ЭМУ –   и . Угловой  коэффициент характеристики холостого хода ЭМУ, определяемый как отношение ЭДС якоря по продольной оси к МДС, создаваемой обмоткой управления, . ЭМУ считается скомпенсированным.

Операторные уравнения для цепи обмотки управления и поперечной цепи якоря ЭМУ:

                                                 где  –  соответственно токи в обмотке управления и в поперечной цепи якоря.

Электродвижущая сила, действующая по поперечной оси якоря, в пределах линейного участка кривой намагничивания машины пропорциональна МДС , развиваемой обмоткой управления:

.

Электродвижущая сила якоря по продольной оси пропорциональна поперечной МДС якоря , создаваемой током :

.

В выражениях (3) и (4)  –  число активных витков якоря ЭМУ;  и  –  коэффициенты пропорциональности.

Подставив значения  из формул (3) и (4) соответственно в (1) и (2), получим передаточные функции двух каскадов усиления ЭМУ:

,

 где –  передаточные коэффициенты соответствующих                                                                                                                 каскадов усиления;

–  постоянные времени цепи обмотки управления    поперечной цепи якоря ЭМУ.                                                                                                                                                                        

Таким образом, ЭМУ с поперечным полем может быть представлен в виде двух последовательных апериодических звеньев.

Исключив из выражений (5) и (6) , получим передаточную функцию ЭМУ:

или

                                          , где  –  передаточный коэффициент (коэффициент усиления по напряжению) ЭМУ.

Для определения  нет необходимости знать раздельно  и , которые обычно неизвестны, а достаточно иметь угловой  коэффициент характеристики холостого хода ЭМУ  и параметры обмотки управления.

В установившемся режиме

следовательно

откуда

       .

3.Звено имеет следующие вид:

                                                

И является пассивным дифференцирующим контуром.

  •  Составление структурной схемы системы автоматического управления.

        Разделим систему автоматического регулирования на звенья направленного действия и, принимая во внимание полученные в предыдущем пункте передаточные функции генератора, ЭМУ и пассивного дифференцирующего контура, составим структурную схему.

Будем обходить основной контур системы регулирования, начиная с электронного усилителя, в направлении передачи воздействия.

В качестве первого звена направленного действия  примем участок контура от входа электронного усилителя до поперечной цепи якоря ЭМУ. Запаздывание передачи воздействий в этом звене будет определяться отставанием изменения тока в обмотке управления ЭМУ от изменения напряжения на обмотке. За выходную величину этого звена можно принять ЭДС  в поперечной цепи якоря ЭМУ, пропорциональную току в обмотке управления. Передаточная функция первого звена , где  и  – соответственно изображения ЭДС поперечной цепи якоря ЭМУ и напряжения на входе электронного усилителя.

Вторым звеном направленного действия будем считать часть контура системы регулирования, динамические процессы в котором характеризуются изменением тока в поперечной цепи якоря ЭМУ под действием ЭДС , являющейся для данного звена входной величиной. В качестве выходной величины звена примем ЭДС  продольной цепи якоря ЭМУ. Передаточная функция второго звена

.

В качестве последнего звена направленного действия в прямой цепи системы регулирования примем звено с передаточной функцией               .

В цепи главной обратной связи, замыкающей основной контур системы автоматического регулирования, будем иметь одно безынерцинное звено – делитель напряжения  . В более общем случае передаточная функция звена главной обратной связи ,

где                                     – изображение напряжения обратной связи;

                                         – изображение регулируемой величины (напряжения генератора).

Основной контур системы регулирования оказался разделенным на четыре звена направленного действия, из которых три входят в прямую цепь и одно – в цепь обратной связи.

Остается выделить звено направленного действия в цепи местной обратной связи, образуемой стабилизирующим RC-контуром.

Входной величиной этого звена является напряжение Uв.г на обмотке возбуждения генератора, несколько отличающееся от Ed за счет падения напряжения в якоре ЭМУ, однако это отличие  может быть учтено введением соответствующего коэффициента в передаточную функцию звена местной обратной связи:

,

где  – изображение напряжения местной обратной связи, подаваемого на вход электронного усилителя.

      

Рис.4. Структурная схема системы автоматического регулирования напряжения генератора

Параметры системы:   коэффициент усиления электронного усилителя ; передаточный коэффициент ЭМУ по напряжению; передаточный коэффициент генератора по напряжению ; коэффициент обратной связи  ; постоянная времени цепи управляющей обмотки ЭМУ ; постоянная времени поперечной цепи якоря ЭМУ ; постоянная времени цепи возбуждения генератора ; сопротивления якоря генератора . Параметры стабилизирующего контура: ( и  – сопротивление обмотки возбуждения генератора и продольной цепи якоря ЭМУ);  – коэффициент, характеризующий положение движка на делителе .

На структурной схеме: передаточный коэффициент  характеризует общее усиление электронного усилителя и первого каскада ЭМУ,  – коэффициент усиления второго каскада ЭМУ (очевидно, что ), .

  1.  Получение передаточной функции системы по передаточным функциям звеньев.

  •  Определение передаточной функции разомкнутой системы.

Для определения передаточной функции разомкнутой системы необходимо преобразовать полученную многоконтурную систему. С этой целью выделим пунктиром на схеме участок прямой цепи, охваченный местной обратной связью, и заменим его эквивалентным звеном с передаточной функцией

                           

                  

Рис.5. Преобразование структурной схемы системы автоматического регулирования напряжения генератора

            Рис.6. Преобразованная структурная схема разомкнутой системы автоматического регулирования                                             напряжения генератора

Обозначив , после преобразований получим

Передаточная функция разомкнутой системы

После подстановки значения  в  и ряда преобразований получим ,

где

;

Таким образом, передаточная функция примет вид

  •  Определение передаточной функции замкнутой системы по задающему воздействию.

где Ucp(p) – напряжение сравнения, с помощью которого производится настройка системы на требуемое значение регулируемого напряжения.

  •  Определение передаточной функции замкнутой системы по возмущению.

Имея , можно получить передаточную функцию замкнутой системы для задающего воздействия

,

где F(p) – возмущающее воздействие (изменение нагрузки генератора); Gf(p) – передаточная функция возмущающего воздействия, является постоянной величиной, равной сопротивлению якоря генератора.

,

где

Таким образом, передаточная функция примет вид

.

  1.  Определение класса системы и ее статизма.

   Подставляем в передаточную функцию системы оператор

Лапласа, равный 0.

Отсюда следует, что система автоматического регулирования является статической.

  1.  Определение  устойчивости системы по критерию Михайлова.

Чтобы построить годограф Михайлова необходимо взять характеристическое уравнение замкнутой системы и прировнять его к нулю, получим: 

     0.000000256

     0.00022464

    0,020592

    0,45244

   1

Годограф Михайлова выглядит след. образом:


Г

 У

 

 ОВГ

 ОбУ

  

Uв.г

 

 Uo

 

\

                                                                                              Uo.c

    Uг

 

  ЭМУ

 

                   ОР

Регулятор

     У

  ИЭ

ОСм

ОСгл

  

                                           Uy

 

ЭС

Uг

   

      

 

 

 

 

             

                

               

                          

           

 

 

 

 

   

   

      

 

 

 

 

             

                

               

                          

           

 

 

 

 

   

W1(p)

 

 

 

                          

           

 

   

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2730. Україна в складі Російської та Австрійської імперій 128.5 KB
  Україна в складі Російської та Австрійської імперій (ХІХ ст.) Суспільно-політичний рух в Наддніпрянській Україні у ХІХ ст. Національне відродження на Західноукраїнських землях. Основні етапи національного відродження та українське ...
2731. Субъекты таможенного права 250 KB
  Субъектом права в любой отрасли права принято считать носителя определенных прав и обязанностей, которым он наделен государством для реализации своих жизненных потребностей либо возложенных на него полномочий в соответствующей сфере общественных отношений.
2732. Определение коэффициентов трения с помощью наклонного маятника 135 KB
  Определение коэффициентов трения с помощью наклонного маятника Цель работы: ознакомиться со сложным механическим движением; определить коэффициенты трения различных пар материалов. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА На шарик, выведенный из положения равновесия, ...
2733. Определение скорости полета тела с помощью баллистического крутильного маятника 261.5 KB
  Определение скорости полета тела с помощью баллистического крутильного маятника Цель работы: Научиться экспериментально определять скорости движения тел. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В основе экспериментального определения скорости полета тела с помощ...
2734. Моделирование электростатического поля 101.5 KB
  Моделирование электростатического поля Приборы и принадлежности: электролитическая кювета, набор электродов, понижающий трансформатор, цифровой вольтметр В7-38. Введение. Нередко различные физические поля описываются одинаковыми уравнениями. Решение...
2735. Определение удельного электрического сопротивления проволоки 111 KB
  Определение удельного электрического сопротивления проволоки Приборы: лабораторная установка ФПМ-01, мост постоянного тока Р-333. Цель работы: приобретение навыков проведения простейших измерений электрических величин, практическое применение законо...
2736. Реостат и делитель напряжения 158.5 KB
  Реостат и делитель напряжения Приборы и принадлежности: источник тока, два вольтметра, два миллиамперметра, реостат, нагрузочные резисторы. Введение. Реостат – устройство для регулирования тока или напряжения в электрических цепях путем изменен...
2737. Измерение электрического сопротивления одинарным мостом постоянного тока 148 KB
  Измерение электрического сопротивления одинарным мостом постоянного тока (мостом Уитстона) Приборы и принадлежности: реохорд, магазин сопротивлений, источник постоянного тока, гальванометр, два резистора с неизвестным сопротивлением. Введение. Для и...
2738. Гальванометр и его применение 206.5 KB
  Гальванометр и его применение Приборы и принадлежности: источник питания постоянного тока Б5-70, ампервольтметр М2018, реостат, лабораторная панель с гальванометром ЛМ, вольтметром М252, двумя магазинами сопротивлений. Введение. Гальванометрами назы...