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

7 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

82327. Саки. Территория их расселения. Хозяйство, общественное устройство и культура 36.53 KB
  В эпоху раннего железного века на территории Казахстана были сформированы первые племенные союзы, которые известны под именем саков. Саки это группа племен, в которую входила: даха (массагеты), саки - рауки (тиграхауда), исседоны, аримаспы и другие.
82328. Казахстан в послевоенный период (1946-1950). Социально- политическое развитие 29.84 KB
  Из войны Советский Союз вышел экономически значительно ослабленным. За время войны было разрушено 1710 населенных пунктов городского типа и 70 тысяч деревень и селений 25 млн. Последствия войны оказались нелегкими и для Казахстана. Рабочие и специалисты эвакуированные в годы войны в Казахстан вернулись на родину.
82329. Казахстан в период завоевательных подходов Чингиз хана 41.46 KB
  Чингисхан родился на берегу реки Онон в Монголии около 1155 г. (по другим источникам 1162), первоначально носил имя Темучин (Темуджин). Согласно монгольскому преданию, Темучин происходил из рода кият. Его мать была из племени конграт
82330. Освоение целинных земель в Казахстане – 1954-1956гг. Цели, результаты, последствия 30.79 KB
  В период массового освоения целинных земель много говорилось об интенсификации процесса, укреплении материально-технической базы. Но в условиях экстенсивного земледелия это зачастую не соблюдалось. В результате нарушался экологический баланс (эрозия почв, выветривание почв).
82331. Образование Казахского ханства 29.72 KB
  Вхождение отдельных казахских племен в разные государства, войны и раздоры между родами и племенами стали преградой на пути их объединения в единую народность. Преодолеть эту раздробленность, политическую разобщенность выпало на долю султанов Жаныбека и Керея
82332. Состояние жизненного уровня трудящихся в 50-е гг. События в Темиртау (1958г.) 35.21 KB
  События в Темиртау 1958г. Особенно крупный взрыв недовольства произошел летом 1959 года в городе Темиртау. Строящийся в Темиртау металлургический комбинат был объявлен ударной комсомольской стройкой и до конца 1958 года в область прибыли 132 тыс. например из двух тысяч болгар трудившихся в Казахстане свыше половины работали в Темиртау.
82333. Политика Тауке хана. «Жеты Жаргы» – свод норм обычного права казахского народа 34.49 KB
  Изменения политической структуры вызвали настоятельную необходимость переработки и правовой базы организации казахского общества. и включал в себя следующие основные разделы: земельное право; семейнобрачные отношения; военная организация; суд и судебный процесс; виды наказаний по уголовным преступлениям; введение куна выкуп; наследственное право. Первое место в нем занимает закон возмездия: за кровь мстить кровью за увечье увечьем; За воровство грабеж насилие прелюбодеяние казнить смертью; По сим постановлениям родственники...
82334. Изменение в социальной структуре и численности населения в начале 50-х-сер.60-х годов 29.09 KB
  Доля рабочих среди трудоспособного населения была невелика. По официальным данным на 1940 год доля рабочих в Казахстане было 634 тысячи колхозников 912 тысяч. Проблема нехватки рабочих рук была решена за счет приезжих которые составляли 80 от общего числа рабочих. В 1960 году численность рабочих составляла 22 млн человек колхозников 611 тысяч.
82335. Освободительная борьба казахского народа против джунгарских завоевателей (Ордабасы, Анракай, годы «великого бедствия») 33.09 KB
  Еще более усилилась агрессия джунгар после создания ими государства. Джунгарское ханство занимавшее территорию между Китаем и Казахстаном было образовано в 1640 году. В 1204 году ойраты как сами назвали себя джунгары вошли в состав государства Чингисхана.