82107

Электрогидравлический следящий привод с объемным регулированием

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В систему также может подключаться с помощью выключателя 17 датчик угловой скорости 15 вала гидромотора. Сигнал от датчика обратной связи поступает на усилитель-сумматор, который определяет ошибку регулирования (где - управляющее напряжение) и усиливает сигнал ошибки.

Русский

2015-02-25

1.16 MB

1 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Гидропневмоавтоматика и гидропневмопривод»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Теория автоматического управления»

Вариант 7.2.1c 

                                                                                Выполнил: Костенок С.В.

                                                                                               гр. 101722

                                                                                  Проверил: Автушко В.П.

Минск 2005

Содержание

  1.  Описание устройства и работы автоматической системы,

     разработка ее функциональной схемы……………………………..3

  1.  Разработка математической модели и структурной схемы

     заданной системы……………………………………………………6

  1.  Оценка устойчивости замкнутой системы…………………………8
  2.  Определение частотных характеристик системы………………….10
  3.  Построение желаемой ЛАЧХ системы и оценка качества САР….12
  4.  Коррекция САР и расчет параметров корректирующего

     устройства……………………………………………………………15

  1.  Расчет переходной характеристики скорректированной САР……18
  2.  Заключение…………………………………………………………...23
  3.  Литература……………………………………………………………24

1. Описание устройства и работы автоматической системы, разработка ее функциональной схемы

В данной курсовой работе рассматривается электрогидравлический следящий привод с объемным регулированием (рис. 1). Он имеет силовую часть, состоящую из насоса 11 и гидродвигателя 12, и управляющую часть. Последняя является электрогидравлическим следящим приводом с дроссельным регулированием и состоит из гидрораспределителя сопло-заслонка, выключающего заслонку 4, сопла 5, постоянные дроссели 6, золотникового гидрораспределителя 7, силового цилиндра 9, шток 8 которого связан рычажной передачей с регулирующим органом насоса 11. Вал гидромотора 12 через редуктор 13 соединен с регулируемым объектом 14. С валом гидромотора соединен датчик 16 обратной связи, напряжение  на выходе которого изменяется пропорционально углу поворота вала гидромотора .

В систему также может подключаться с помощью выключателя 17 датчик угловой скорости 15 вала гидромотора.

Сигнал от датчика обратной связи  поступает на усилитель-сумматор, который определяет ошибку регулирования  (где  - управляющее напряжение) и усиливает сигнал ошибки.

Таким образом, в зависимости от ошибки регулирования изменяется подача насоса, частота вращения выходного вала гидромотора и объекта регулирования.

 

Принципиальная схема электрогидравлического привода с объемным регулированием

Исходные данные:

Параметры системы

Гидропередача

Золотник-цилиндр

Нмс/рад

10-3

м3/радс

10-11

м5/Нс

10-3

м3

10-6

м3/рад

10-2

Нмс2

102

кг

103

Нс/м

10-4

м2

10-11

м5/Нс

м2

10

рад/м

10-7

м/В

В/

рад

102

0,25

1,6

5,0

1,0

12

20

1,6

2,0

15

20

1,1

8,0

5

1,7

4,0

Данные для синтеза

По частотным показателям

По временным показателям

-

10-3

В/с2

10-4

В/с

10-6

В

с

%

10-4

с2

10-3

с2

1,3

5,6

20

1,5

0,20

25

4,0

0,7

  

  •  Уравнения движения

1. Золотник-цилиндр

   

2. Гидропередача (силовая часть)

   

3. ЭГУ

   

4. Кинематическая связь штока силового цилиндра с регулируемым      органом насоса

   

5. Усилитель постоянного тока

   

6. Датчик угла поворота

   

7. Сравнивающий элемент

   

8. Датчик угловой скорости (тахогенератор)

   

  •  Постоянные времени и коэффициенты передач

                

         

Функциональная схема электрогидравлического привода подачи фрезерного станка

2. Разработка математической модели и структурной схемы

заданной системы

На основании имеющейся функциональной схемы электрогидравлического привода подачи фрезерного станка составим структурную схему:

Запишем передаточные функции звеньев:

1. Золотник-цилиндр

    - последовательное соединение апериодическое 1-го порядка с интегрирующим

2. Гидропередача (силовая часть)

    -  последовательное соединение апериодическое 1-го порядка с интегрирующим

3. ЭГУ

    - безинерционное

4. Кинематическая связь штока силового цилиндра с регулируемым      органом насоса

    - безинерционное

5. Усилитель постоянного тока

    - безинерционное

6. Датчик угла поворота

    -безинерционное

7. Сравнивающий элемент

   

8. Датчик угловой скорости (тахогенератор)

    - дифференцирующее

Найдем передаточную функцию обратной связи :

 

Рассчитаем постоянные времени и коэффициенты передачи:

3. Оценка устойчивости замкнутой системы

Устойчивость замкнутой системы определим по критерию Гурвица. Для получения характеристического уравнения найдем главную передаточную функцию замкнутой САР . Для этого запишем следующую систему уравнений для всех звеньев и узлов системы:

Т.к. , то решаем систему относительно :

Подставим в полученные выражения передаточные функции, получим передаточную функцию разомкнутой системы и главную передаточную функцию:

Преобразуем знаменатель главной передаточной функции к виду:

Т.к. исследуемая САР 4-го порядка, то запишем для нее характеристическое уравнение в общем виде:

Будем иметь следующие коэффициенты:

Для устойчивости системы 4-го порядка по критерию Гурвица необходимо и достаточно:

Тогда

Условие не выполняется, следовательно, система неустойчива.

Ввиду того, что неустойчивость параметрическая, изменим значение коэффициента  и проверим систему на устойчивость:

Условие выполняется – система устойчива.

4. Определение частотных характеристик системы

  •  Построение АЧХ и АФЧХ замкнутой САР:

Запишем выражение для главной передаточной функции подставив в него постоянные все коэффициенты:

Подставим  и перепишем предыдущее выражение в виде:

      

Расчет сведем в таблицу:

0

2

5

8

10

15

30

50

80

100

300

-

0,301

0,699

0,903

1,000

1,176

1,477

1,699

1,903

2,000

2,477

0,5883

0,5893

0,5942

0,6031

0,6106

0,6278

0,3472

0,0641

0,0177

0,0092

0,0002

0,0000

-0,0005

0,0006

0,0072

0,0165

0,0669

0,3152

0,1119

0,0216

0,0088

0,0001

0,5883

0,5893

0,5942

0,6031

0,6108

0,6314

0,4689

0,1290

0,0279

0,0127

0,0002

  •  Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой САР:

Запишем передаточную функцию :

Исходная САР является астатической 2-го порядка. Для расчета ЛФЧХ будем учитывать, что:

- апериодическое звено 1-го порядка

- интегрирующее звено

- апериодическое звено 1-го порядка

- интегрирующее звено

- безинерционное звено

- безинерционное звено

- безинерционное звено

- форсирующее звено 1-го порядка

Результаты снесем в таблицу:

0

5

10

20

40

70

100

150

200

300

400

в

0

0,699

1

1,477

1,699

2

2,301

2,398

2,477

2,602

2,699

0,0

-4,0

-8,0

-15,7

-29,3

-44,4

-54,5

-64,6

-70,4

-76,6

-79,9

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

0,0

-17,8

-32,6

-52,0

-68,7

-77,5

-81,2

-84,1

-85,6

-87,1

-87,8

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

-90

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0,0

71,3

80,4

85,2

87,6

88,7

89,1

89,4

89,6

89,7

89,8

-180,0

-201,8

-220,6

-247,7

-278,0

-301,9

-315,7

-328,7

-336,0

-343,7

-347,7

При  кривая  асимптотически приближается к

5. Построение желаемой ЛАЧХ системы и оценка качества САР

  •  Построение низкочастотной области желаемой ЛАЧХ

Определяем частоту , при которой первая асимптота пересекает ось частот:

Из точки  проводим прямую с наклоном , т.к. исходная САР является астатической 2-го порядка.

Определяем первую сопрягающую частоту , принимая, что низкочастотная асимптота имеет двукратный излом:

При частоте  на прямой с наклоном  находим точку B, а затем из нее проводим прямую с наклоном . Таким образом получена низкочастотная область желаемой ЛАЧХ.

  •  Построение среднечастотной области желаемой ЛАЧХ

Определяем частоту среза:

Принимаем ,

Через  проводим прямую с наклоном  до пересечения слева с прямой  и получаем точку пересечения C.

  •  Нахождение границы среднечастотной области ЛАЧХ

По графику рисунка 2 из методического пособия находим запасы устойчивости по фазе и амплитуде () в зависимости от :

Откладываем координаты  и проводим линии параллельные оси частот. Находим , при которой  и , при которой :

          

  •  Построение высокочастотной области желаемой ЛАЧХ

Для построения высокочастотной области желаемой ЛАЧХ и сопряжения ее со среднечастотной области нужно построить ЛАЧХ исходной САР в разомкнутом состоянии. Высокочастотная асимптота желаемой ЛАЧХ мало влияет на свойства САР. Поэтому для упрощения корректирующего устройства ее нужно совмещать с высокочастотной асимптотой ЛАЧХ исходной САР.

Для построения асимптотической ЛАЧХ исходной САР определим сопрягающие частоты:

          

Откладываем сопрягающие частоты:

При частоте  ЛАЧХ исходной САР проходит ч/з точку с ординатой . Через  и  проводим прямую с наклоном  до сопрягающей частоты , т.к. исходная САР астатическая 2-го порядка. Затем до частоты  проводим прямую с наклоном , от  до  – с наклоном , после  -- с наклоном . В результате построения получим ломаную , которая является асимптотической ЛАЧХ исходной САР. При построении высокочастотной асимптоты желаемой ЛАЧХ принимаем такой же наклон, как для ЛАЧХ исходной САР на сопрягающей частоте . Получаем ломаную , которая является асимптотической ЛАЧХ желаемой ЛАЧХ .

  •  Проверка правильности построения желаемой ЛАЧХ.

Для проверки оценим избыток фазы в точках при  и .

Избыток фазы  при частоте  определим по общей формуле:

После окончательного построения  уточняем частоту  при . Имеем:   .

Избыток фазы  на частоте  подсчитаем по приближенной формуле:

- число сопрягающих частот, которые больше частоты среза ().

- сопрягающие частоты больше частоты среза.

Имеем для нашего случая:

  •  Определение ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства.

Совмещаем  с  и вычитаем из ординат  ординаты  для всех сопрягающих частот и таким образом находим . Для уменьшения количества корректирующих устройств и их упрощения видоизменяем ЛАЧХ корректирующего устройства. В результате получим .

6. Коррекция САР и расчет параметров корректирующего устройства

Данное САР будет скорректировано, если мы последовательно включим несколько КУ в прямую цепь:

- передаточная функция безинерционного звена

- передаточная функция корректирующего устройства

, при  . Тогда .

По полученной характеристике  из табл. 9.7 (Атлас для проектирования САР Ю.И. Топчеев стр. 645, поз.49, поз. 27) находим схемы электрических КУ:

  •  Находим параметры 1 и 2-го корректирующего устройств (они равны между собой).

Данные о КУ следующие:

           

Используя график  и данные о КУ вычисляем:

Задаемся значением ;

Т.е. получим КУ со следующими параметрами:

  •  Находим параметры КУ3:

Данные для расчета КУ:

Используя график  и данные о КУ вычисляем:

Принимаем  и рассчитываем по полученным зависимостям параметры корректирующего устройства:

7. Расчет переходной характеристики скорректированной САР

Запишем передаточные функции всех звеньев:

 

 

 

   

Рассчитаем :

После подстановки и преобразований будем иметь:

  

Преобразуем числитель к виду:

Преобразуем знаменатель:

      

Представим знаменатель в стандартном виде:

Сравнивая коэффициенты, получим:

Запишем после преобразований главную передаточную функцию скорректированной САР:

Рассчитывать переходную характеристику скорректированной САР будем пользуясь методом трапециидальных вещественных частотных характеристик.

Для этого построим график ВЧХ.

Расчеты сведем в таблицу:

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

588

513

347

180

52

-36

-94

-130

-151

-159

5

5,5

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

-153

-131

-95

-60

-36

-23

-18

-16

-16

-15

10

10,5

11

11,5

12

12,5

13

13,5

14

14,5

-15

-14

-13

-12

-12

-11

-10

-9

-8

-8

15

15,5

16

16,5

17

17,5

18

18,5

19

19,5

-7

-6

-6

-5

-5

-4

-4

-3

-3

-3

По данным таблицы строим ВЧХ скорректированной САР.

После построения ВЧХ скорректируем ее трапециями (Рис. 7). При этом в окрестностях экстремумов прямолинейные участки располагаются параллельно оси частот . Вычерчиваем полученные трапеции так, чтобы основание каждой трапеции легло на ось частот .

Для каждой i-ой трапеции определяем частоты . .

Результаты снесем в таблицу:

Параметры

1

628

0.2

2.3

0.1

2

120

2.3

3.8

0.6

3

-140

5

7.25

0.7

4

-20

7.25

20

0.35

Проверка:

Определяем составляющие переходной характеристики. По табл. -ф-ий для каждой i-ой трапеции находим столбец соответствующий значению к-та . Из этого столбца для ряда значений табличного время  выписываем значение . Затем для каждой выбранной точки табличного времени  определяем действительное время , а по значению  определяем ординаты составляющей переходной характеристики, которая соответствует i-ой трапеции: .

Расчет проведем в таблицах:

0

0,3405

0,435

211,110

0

0

0,000

0,000

1

0,6276

0,870

389,112

1

0,4905

0,263

58,860

2

0,8278

1,304

513,236

2

0,8776

0,526

105,312

3

0,9371

1,739

581,002

3

1,0996

0,789

131,952

4

0,9773

2,174

605,926

4

1,1579

1,053

138,948

5

0,9814

2,609

608,468

5

1,1067

1,316

132,804

6

0,9831

3,478

609,522

6

1,0203

1,579

122,436

8

1,0085

4,348

625,270

8

0,9407

2,105

112,884

10

1,0145

5,217

628,990

10

0,9925

2,632

119,100

12

1,0118

6,522

627,316

12

1,0178

3,158

122,136

15

1,0107

8,696

626,634

15

1,0015

3,947

120,180

20

1,0082

10,870

625,084

20

0,9922

5,263

119,064

25

1,0005

15,217

620,310

25

1,0036

6,579

120,432

0

0

0,000

0,000

0

0,35

20,000

-20,000

1

0,5193

0,138

-72,702

1

0

0,000

0,000

2

0,9187

0,276

-128,618

2

0,4165

0,050

-8,330

3

0,1306

0,414

-18,284

3

0,7605

0,100

-15,210

4

1,1627

0,552

-162,778

4

0,9862

0,150

-19,724

5

1,0838

0,690

-151,732

5

1,0897

0,200

-21,794

6

0,9838

0,828

-137,732

6

1,1018

0,250

-22,036

8

0,9324

1,103

-130,536

8

1,0693

0,300

-21,386

10

1,0202

1,379

-142,828

10

1,0113

0,400

-20,226

12

1,0286

1,655

-144,004

12

1,0053

0,500

-20,106

15

0,9829

2,069

-137,606

15

0,9938

0,600

-19,876

20

1,0025

2,759

-140,350

20

0,9858

0,750

-19,716

25

0,9959

3,448

-139,426

25

1,0008

1,000

-20,016

По данным таблицы строим график составляющих  переходной характеристики (Рис. 8). Затем суммируем ординаты всех составляющих в выбранные моменты времени и определяем ординаты  переходной характеристики САР.

Определим показатели качества САР:

  1.  Перерегулирование:
    1.  Время переходного процесса:

8. Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы были разработаны функциональная схема автоматической системы, математическая модель и структурная схема. Было установлено, что система является астатической 2-го порядка. Были построены АЧХ, АФЧХ замкнутой САР и ЛАЧХ, ЛФЧХ разомкнутой САР. Была построена желаемая ЛАЧХ. При этом избыток фаз составлял  и . Были подобраны корректирующие устройства и рассчитаны все их параметры. Была построена переходная характеристика скорректированной САР методом В.В. Солодовникова по ВЧХ САР. Определены перерегулирование и время переходного процесса.

9. Литература

  1.  Автушко В.П., Артемьев П.П., Капустин В.В. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Теория систем автоматического управления». – Минск, 1989. – 38с.
  2.  Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. – Москва:Машиностроение, 1989. – 752с.


EMBED Equation.DSMT4  

-20 дБ/дек

КУ1,2

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

КУ3

0

0

20 дБ/дек

L1=7.5·10-3Гн

R2=10Ом

ДУП

ДУС

Мотор

Насос

ЗЦ

ЭГУ

УПТ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29768. Поликристаллический кремний. Применение, свойства, получение 26.53 KB
  Применение поликристаллического кремния Поликристаллический кремний весьма распространённый материал в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем. Возможность получения поликристаллического кремния с электрическим сопротивлением отличающимся на несколько порядков а также простота технологии привели к тому что он используется в технологии интегральных схем с одной стороны в качестве высокоомного материала затворов нагрузочных резисторов а с другой в качестве низкоомного материала межсоединений. Достоинства разводки на основе...
29770. Полупроводниковые соединения типа 29.44 KB
  Лазеры на основе соединений типа используются в телекоммуникационных устройствах волоконнооптических линий связи принтерах устройствах записи и считывания CD и DVD дисках. Свойства соединений типа Соединения типа образуются в результате взаимодействия элементов 3ей А подгруппы периодической системы с элементами 5ой В подгруппы за исключением висмута и таллия. Соединения типа классифицируются по элементу пятой группы т.
29771. Полупроводниковые соединения типа. Свойства соединений типа 23.32 KB
  Применение соединений типа Наиболее широкое применение соединения находят в качестве люминофоров и материалов для фоторезистов. Изготовление фоторезистов на основе соединений типа связано прежде всего с использованием сульфида кадмия селенида кадмия твёрдые растворы на основе . На основе полупроводников типа изготавливают датчики различного диапазона излучения.
29772. Диэлектрические материалы 37.85 KB
  Пассивные – это электроизоляторные и конденсаторные материалы. Пассивные неорганические диэлектрики применяемые в электронной технике можно разделить на стекловидные диэлектрики керамику монокристаллические диэлектрические материалы органические и композиционные материалы. Активные диэлектрики – это материалы свойствами которых можно управлять в широких пределах с помощью внешних воздействий.
29773. Классификация и особенности материалов электронной техники. Структура материалов. Обозначение кристаллографических плоскостей и направлений кристалла 25.27 KB
  Структура материалов. Классификация и особенности материалов электронной техники. Электрофизические свойства являются одним из основных свойств материалов определяют их применение в электронной технике.
29774. Способы представления сложных структур. Типичные кристаллические структуры материалов, применяемых в электронной технике 87.11 KB
  Структура типа алмаз. Элементарные полупроводники кремний и германий кристаллизуются в структуру типа алмаз. В структуре типа алмаз атомы образуют плотнейшую ГЦК решётку в которой половина 4 из 8ми тетраэдрических пустот заняты атомами того же сорта. Структура типа алмаз может быть представлена как две взаимно проникающие подрешётки типа ГЦК которые смещены относительно друг друга по пространственным диагоналям на её длины.
29775. Дефекты в кристаллах. Классификация дефектов. Точечные, линейные и поверхностные дефекты 30.5 KB
  Линейные дефекты К линейным дефектам кристаллической решётки относятся дислокации. Различают краевые и винтовые дислокации. Линия дислокации в этом случае – это граница экстраплоскости. Винтовую дислокацию в кристалле можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой но в отличие от краевой дислокации линия винтовой дислокации параллельна вектору сдвига.
29776. Цепь посылки вызова от ТА-57 на станцию ЦБ по структурной схеме 210.5 KB
  Кроме того оборудование комплекса позволяет образовать типовые каналы ТЧ 03 34 кГц каналы служебной связи 16; 192; 2275 кбит с прозрачные телеграфные каналы до 200 бод а также синхронные контрольные каналы 2037 и 4074 бит с. Кроме указанных выше цифровых каналов на каждой ступени образуются следующие дополнительные каналы: прозрачные телеграфные каналы ПТК; служебные телеграфные каналы СТК; синхронные контрольные каналы СКК; синхронные каналы служебной связи СКСС. Телеграфные каналы образуемые комплексом...