82108

Электрогидравлический следящий привод с машинным управлением

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В данной курсовой работе рассматривается электрогидравлический следящий привод с машинным управлением. Электрогидравлический следящий привод с машинным управлением (рисунок 1) имеет силовую часть, состоящую из регулируемого насоса 11 и гидродвигателя 12, и управляющую часть.

Русский

2015-02-25

923 KB

2 чел.

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Автотракторный факультет

Кафедра «Гидропневмоавтоматика и гидропневмопривод»

Курсовая работа

по дисциплине «Теория автоматического управления»

Тема: «Электрогидравлический следящий привод с машинным управлением»

                                   Исполнитель: студент группы 101715         

                              __________________________

                                           инициалы и фамилия

                                        ___________________________________

                                                                                         подпись, дата

                                                                  

                                              Руководитель курсовой работы

                          __________________________

                                      инициалы и фамилия

                                    ___________________________________

                                                                                      подпись, дата

Минск 2008

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…………………..9
  3.  Построение желаемой ЛАЧХ системы и оценка качества САР….14

6.  Определение ЛАЧХ корректирующего устройства и расчет его

    параметров …………………………………………………………...16

  1.  Построение структурной схемы и определение передаточной

    функции  скорректированной САР…………………………………18

  1.  Расчет переходной характеристики и оценка качества

    скорректированной САР.……………………………………………19

    Заключение…………………………………………………………...24

         Литература……………………………………………………………25

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

В данной курсовой работе рассматривается электрогидравлический следящий привод с машинным управлением. Электрогидравлический следящий привод с машинным управлением (рисунок 1) имеет силовую часть, состоящую из регулируемого насоса 11 и гидродвигателя 12, и управляющую часть. Последняя является электрогидравлическим следящим приводом с дроссельным управлением и состоит из гидрораспределителя сопло-заслонка, выключающего заслонку 4 , сопла 5, постоянные дроссели 6, золотникового гидрораспределителя 7, гидроцилиндра 9, шток 8 которого связан рычажной передачей 10 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 выла гидромотора . Сигнал от датчика обратной связи поступает на вход усилителя-сумматора 3, к выходу которого подключено корректирующее устройство (КУ) 2 и электромеханический преобразователь 1, управляющий заслонкой 4.

Рисунок 1: Принципиальная схема электрогидравлического следящего привода с машинным управлением

  1.  Электрический усилитель сумматор
  2.  Электрогидравлический усилитель (ЭГУ)
  3.  Гидравлический исполнительный мех-м (ГИМ)
  4.  Регулируемый насос
  5.  Гидродвигатель (гидромотор)
  6.  Датчик обратной связи (ДОС)

Исходные данные:

  •  Коэффициенты  

   

Нмс2

10-2

м3

10-6

м5/с

10-11

м3/с

10-3

Нмс

м2/с

м5/Нс

10-11

м2

10-4

кг

102

-

102

В

м/В

10-7

м-1

20

12

5,0

1,6

0,25

1,1

20

15

1,6

4,0

1,7

5

80

с 10-3

с2 10-4

%

с

0,7

4,0

25

0,20

  •  Уравнения движения динамических звеньев привода:

1.Гидропередача (силовая часть)

2.Гидроцилиндр, управляемый золотниковым распределителем

3.Кинематическая связь штока силового цилиндра с регулирующим органом насоса (КС)

4.ЭГУ

5.Усилитель постоянного тока

6.Датчик обратной связи

7.Сравнивающий элемент

  •  Постоянные времени и коэффициенты передач

Функциональная схема электрогидравлического следящего привода с машинным управлением

                                    

            

2. Разработка математической модели и структурной схемы

заданной системы

На основание имеющейся функциональной схемы электрогидравлического следящего привода с машинным управлением составим структурную схему:

Запишем передаточные функции звеньев:

1.Усилитель постоянного тока

    - безинерционное звено

2.Электрогидроусилитель

                                - безинерционное звено

3.Гидромотор

- последовательное соединение интегрирующего и апериодического звена 1-го порядка

4.ГИМ

- последовательное соединение интегрирующего и апериодического звена 1-го порядка

5.Датчик обратной связи

                                   - безинерционное звено

6.Кинематическая связь штока силового цилиндра с регулирующим органом насоса                                   

- безинерционное звено

Рассчитаем постоянные времени и коэффициенты передачи:

;

Передаточные функции системы:

1. Передаточная функция разомкнутой системы

2. Главная передаточная функция системы

3. Передаточная функция замкнутой САР для ошибки

3. Оценка устойчивости  системы

Устойчивость замкнутой системы определим по критерию Гурвица.

Характеристическое уравнение системы имеет вид:

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:

Так как  , то система неустойчива, структурная неустойчивость.

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:

Умножим числитель и знаменатель на комплексно-сопряженное выражение, получим

Расчет сведем в таблицу:

0

1

3

5

7

10

30

50

80

100

300

-

0

0.477

0.699

0.845

1

1.477

1.699

1.903

2

2.477

0,5882

0.5884

0.59

0.587

0.546

0.327

6,35·10-4

-8,5·10-7

-4,44·10-6

-2,22·10-6

-0,3·10-7

0

5,28·10-4

0,0143

0,066

0,171

0,306

0,024

0,0052

0,0013

6,56·10-4

0,24·10-4

0,5882

0,5884

0,59

0,59

0,573

0,448

0,024

0,0052

0,0013

06,5·10-4

0,24·10-4

Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой САР.

Для построения выражение для передаточной функции разомкнутой системы :

Для расчета ЛФЧХ будем учитывать, что:

- безинерционное звено

- безинерционное звено

- последовательное соединение интегрирующего и апериодического звена 1-го порядка

- последовательное соединение интегрирующего и апериодического звена 1-го порядка

- безинерционное звено

- безинерционное звено

Значит

Результаты снесем в таблицу:

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

0

1

2

3

4

5

6

7

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

-91,307

-102,855

-156,36

-177,534

-179,794

-180,021

-180,043

-180,045

-93,664

-122,636

-171,16

-179,15

-179,956

-180,037

-180,045

-180,046

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

-184,971

-225,491

-327,52

-356,684

-359,75

-360,057

-360,088

-360,091

При  кривая  асимптотически приближается к

Для расчета ЛАЧХ будем учитывать, что:

- безинерционное звено

- безинерционное звено

- последовательное соединение интегрирующего и апериодического звена 1-го порядка

- последовательное соединение интегрирующего и апериодического звена 1-го порядка

- безинерционное звено

- безинерционное звено

Значит

Результаты снесем в таблицу:

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

0

1

2

3

4

5

6

7

52,0412

52,0412

52,0412

52,0412

52,0412

52,0412

52,0412

52,0412

-126,021

-126,021

-126,021

-126,021

-126,021

-126,021

-126,021

-126,021

53,303

37,085

9,380

-29,865

-69,857

-109,856

-149,856

-189,856

41,758

20,285

-14,453

-54,349

-94,348

-134,348

-174,348

-214,348

38,0618

38,0618

38,0618

38,0618

38,0618

38,0618

38,0618

38,0618

4,608978

4,608978

4,608978

4,608978

4,608978

4,608978

4,608978

4,608978

67,752

26,061

-36,382

-115,523

-195,513

-275,513

-355,513

-435,513

5. Построение желаемой ЛАЧХ системы и оценка качества САР

  •  Построение низкочастотной области желаемой ЛАЧХ

Определяем добротность желаемой системы по ускорению:

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

Определяем первую сопрягающую частоту , принимая, что низкочастотная асимптота имеет однократный 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 через 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 , а после нее с наклоном . В результате построения получим ломаную , которая является асимптотической ЛАЧХ исходной САР. При построении высокочастотной асимптоты желаемой ЛАЧХ принимаем такие же наклоны как для ЛАЧХ исходной САР на тех же сопрягающих частотах. Получаем ломаную ABCDЕF, которая является асимптотической ЛАЧХ желаемой ЛАЧХ .

  •  Проверка правильности построения желаемой ЛАЧХ.

формуле:

Избыток фазы  при частоте  определим по формуле:

- порядок астатизма

Избыток фазы  на частоте  подсчитаем по приближенной формуле:


6. Определение ЛАЧХ корректирующего устройства и расчет его параметров

Для определения ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства  необходимо из ординат желаемой ЛАЧХ  вычесть ординаты ЛАЧХ  для всех сопрягающих частот.

Так как ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства имеет сложную конфигурацию, то приходится использовать два последовательно соединенных корректирующих устройства. По полученной характеристике  из таблицы 8.2 («Линейные автоматические системы» И.М.Макаров, Б.М.Менский) находим схемы электрических корректирующих устройств:

           

Из построенного графика  ЛАЧХ КУ имеем:

Задаемся значением

Получим КУ со следующими параметрами:

;  ;  ;  ;

            

Из построенного графика  ЛАЧХ КУ имеем:

Задаемся значением

Получим КУ со следующими параметрами:

;  ;  ;  ;

7. Построение структурной схемы и определение передаточной функции скорректированной САР

Структурная схема скорректированной САР имеет вид:

где передаточная функция корректирующего устройства

Главная передаточная функция системы

8. Расчет переходной характеристики и оценка качества скорректированной САР

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

Для этого построим график ВЧХ. В выражении для главной передаточной функции скорректированной САР делаем подстановку     

Расчеты сведем в таблицу:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

1,0

1,51

1,54

1,74

2,35

2,90

2,42

1,69

0,87

0,52

1,2

1,3

1,4

1,5

2,0

2,3

2,5

2,7

3,0

0,35

0,29

0,25

0,21

0,11

0,08

0,065

0,053

0,04

3,3

3,5

3,7

4,0

4,3

4,5

4,7

5,0

5,1

0,03

0,025

0,021

0,016

0,012

0,01

0,008

0,006

0,005

По данным таблицы строим ВЧХ скорректированной САР.

После построения ВЧХ скорректируем ее трапециями (рисунок 8). При этом в окрестностях экстремумов прямолинейные участки располагаются параллельно оси частот . Вычерчиваем полученные трапеции так, чтобы основание каждой трапеции легло на ось частот  (рисунок 9).

Для каждой i-ой трапеции определяем частоты . .

Результаты снесем в таблицу:

Параметры

1

2,6

0,5

1,2

0,42

2

0,7

1,25

4,125

0,3

3

-0,375

0

0,125

0

4

-0,8

0,125

0,375

0,33

Проверка:

Определяем составляющие переходной характеристики. По табл. -функций для каждой i-ой трапеции находим столбец соответствующий значению коэффициента . 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

0

0

0

0

0

0

1

0,3493

0,83

0,91

1

0,0828

0,24

0,06

2

0,6571

1,67

1,71

2

0,1648

0,48

0,12

3

0,8928

2,50

2,32

3

0,3247

0,73

0,23

4

1,0420

3,33

2,71

4

0,4016

0,97

0,28

5

1,1167

4,17

2,90

5

0,4755

1,21

0,33

6

1,1117

5,00

2,89

6

0,5462

1,45

0,38

8

1,0229

6,67

2,66

8

0,7325

1,94

0,51

10

0,9976

8,33

2,59

10

0,8385

2,42

0,59

12

0,9937

10,00

2,58

12

0,9579

2,91

0,67

15

0,9888

12,50

2,57

15

1,0351

3,64

0,72

20

1,0055

16,67

2,61

20

1,0876

4,85

0,76

25

0,9988

20,83

2,60

25

1,0648

6,06

0,75

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0,9831

8

-0,369

1

0,9114

2,67

-0,729

2

1,0146

16

-0,380

2

1,1018

5,33

-0,881

3

1,0100

24

-0,379

3

1,0113

8,00

-0,809

4

1,0018

32

-0,376

4

1,0019

10,67

-0,802

5

0,9979

40

-0,374

5

0,9857

13,33

-0,789

6

0,9975

48

-0,3741

6

0,9922

16,00

-0,794

8

0,9857

64

-0,380

8

1,0024

21,33

-0,802

10

0,9922

80

-0,379

10

0,9993

26,67

-0,799

12

1,0024

96

-0,376

12

0,9968

32,00

-0,797

15

0,9993

120

-0,374

15

1,0011

40,00

-0,801

20

1,0351

160

-0,374

20

0,9989

53,33

-0,799

25

1,0876

200

-0,3741

25

0,9848

66,67

-0,788

По данным таблицы строим график составляющих  переходной характеристики (Рисунок 10). 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:

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 . Было подобрано корректирующее устройство и рассчитаны все ее параметры. Была построена переходная характеристика скорректированной САР методом В.В. Солодовникова по ВЧХ САР. Определены перерегулирование и время переходного процесса.

Литература

  1.  Автушко В.П.: Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Теория автоматического управления». Минск, БНТУ, 2006, 52 стр.
  2.  «Линейные автоматические системы» И.М.Макаров, Б.М.Менский, учебное пособие для вузов. М., «Машиностроение», 1977, 464 стр.

ДОС

Гидромотор

EMBED Equation.DSMT4  

ГИМ

ЭГУ

УПТ

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72781. Моделирование абстрактных типов данных (АТД) для различных реализаций 820.5 KB
  Курсовая работа включает следующие разделы: Моделирование абстрактных типов данных (АТД) для различных реализаций (табличное, списковое, комбинированное и т.д.). Поиск информации в различных структурах данных с использованием типовых схем поиска. Исследование эффективности алгоритмов сортировок для различных структур и размерностей данных.
72783. Бизнес планирование, его роль и назначение. Основные разделы бизнес-плана их краткая характеристика 116.5 KB
  Бизнес-планирование является особым видом планирования. Бизнес-планы разрабатываются в случае создания нового предприятия сферы услуг; при обосновании заявок на кредиты; при выходе на новые рынки сбыта и т. п.
72785. Расчёт электродинамичных характеристик прямоугольных волноводов 144.24 KB
  Критическая длина волны с учётом диэлектрической проницаемости Критическая частота Выберем для данного типа волны в волноводе рабочую длину волны. Рабочая длина волны Рабочая частота Вычислим мощность переносимую волной заданного типа по волноводу на выбранной частоте Волновое число...
72786. Сигнализатор уровня воды на базе транзистора BS547 730.5 KB
  Сигнализаторы уровня воды позволяют автоматизировать управление и контроль в технологических процессах; т.е. снизить влияние человеческого фактора, что позволяет, с одной стороны, повысить качество продукции и оптимизировать расход сырья, а, с другой, снизить требования к квалификации и опыту персонала.
72787. Организация процесса приготовления и приготовление полуфабрикатов для сложной кулинарной продукции 274.5 KB
  При написании курсовой работы обучающийся должен иметь практический опыт: разработки ассортимента полуфабрикатов из мяса рыбы и домашней птицы для сложных блюд; расчета массы мяса рыбы и домашней птицы для полуфабрикатов; организации технологического процесса подготовки мяса рыбы и домашней...