Теория автомотического управления

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра компьютеризированных систем управления 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ 

Курсовой  проект

По дисциплине «Теория автоматического управления» 
 
 
 
 
 
 

Выполнила

Студентка группы АТ-071

Редько  Екатерина 

Проверил

Бобриков  С.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Одесса 2010 
 
 
 

АННОТАЦИЯ 

  Данная  работа является разработкой следящей системы. Система должна обеспечивать синхронное и синфазное вращение двух осей, механически не связанных между собой. Входом системы является угол поворота сельсина-датчика, а выходом - угол поворота выходного вала редуктора, механически связанного с рабочим механизмом и с ротором сельсина-приемника.

  Следящие системы рассматриваемого типа широко применяются для дистанционного управления различными механизмами, а также при построении автоматических систем управления в различных отраслях промышленности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..4
2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ...........................…...5
3. РАСЧЁТ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ………………………………...6
1. Описание функциональной схемы……………………………..6
2. Выбор исполнительного двигателя…………………………….7
3. Выбор усилителя мощности…………………………………….8

4. Составление передаточных функций элементов следящей системы……………………………………………………………9
5. Расчет последовательного непрерывного корректирующего  звена методом ЛАЧХ…………………………………………….
6. Моделирование системы с непрерывным последовательным корректирующим звеном………………………………………..
7. Определение дискретной передаточной функции корректирующего звена…………………………………………
8. Моделирование цифровой следящей системы…………………
9. Получение рекуррентного уравнения цифрового корректирующего звена…………………………………………
10. Разработка принципиальной схемы цифровой следящей системы……………………………………………………………
4. ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………..

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

     Цель  курсовой работы - получить навыки расчета  линейных систем автоматического управления с цифровым корректирующим звеном, роль которого может выполнять микропроцессор, управляющая вычислительная машина, или любое специализированное цифровое управляющее устройство.

      В соответствии с заданием необходимо разработать следящую систему, удовлетворяющую  определенным техническим условиям. Система должна обеспечивать синхронное и синфазное вращение двух осей, механически не связанных между  собой. Входом системы является угол поворота сельсина-датчика, а выходом - угол поворота выходного вала редуктора, механически связанного с рабочим  механизмом и с ротором сельсина-приемника.

      Следящие  системы рассматриваемого типа широко применяются для дистанционного управления различными механизмами, а  также при построении автоматических систем управления в различных отраслях промышленности.

      Для обеспечения заданных показателей  качества переходного процесса в  систему вводится цифровое управляющее (корректирующее) звено. Расчет корректирующего  звена проводится методом логарифмических  частотных характеристик, разработанным  для расчета непрерывных систем управления. Использование данного  метода для расчета цифрового  корректирующего звена основано на предположении о том, что при  малом периоде квантования по времени цифровая система по своим  свойствам приближается к непрерывной, а при достаточно большом числе цифровых разрядов вычислительного устройства нелинейностью, вносимой квантованием сигналов по уровню, можно пренебречь. Современный уровень развития цифровой вычислительной техники позволяет применять в управляющем вычислительном устройстве период квантования непрерывных сигналов по времени порядка 0,01-0,001с. , что обычно является вполне достаточным для обеспечения адекватности по динамическим свойствам цифровой и непрерывной систем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

• Цель курсовой работы - проектирование следящей системы, удовлетворяющей заданным техническим условиям.

• Измерительное устройство - сельсинная пара.
• Исполнительный двигатель - двигатель постоянного тока серии МИ.
• Усилитель мощности - электромашинный усилитель с поперечным полем.
• Исходные данные для проектирования системы.
• Статический момент нагрузки объекта управления, Mос = 100 Н.м.
• Момент инерции объекта управления                          Jо    = 100 кг.м².
• Максимальная угловая скорость объекта управления  wоmax= 0.2 с^-1.
• Максимальное угловое ускорение объекта управления eоmax= 0.08 с^-2
• Требования, предъявляемые к качеству процесса
• управления:

максимальное  перерегулирование                                        - smax =35 %        

время регулирования                                                             - tр =2с ;

максимальная  кинетическая ошибка                                     - xmax= 0,02 рад. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. РАСЧЕТ  СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ

3.1 Описание функциональной  схемы

      В проектируемой следящей системе  в качестве исполнительного двигателя (ИД) должен быть использован двигатель  постоянного тока серии МИ, в качестве усилителя мощности - электромашинный  усилитель с поперечным полем (ЭМУ). Для измерительного устройства (ИУ) рекомендуется использовать сельсинную пару: сельсин-датчик и сельсин-трансформатор (приемник). Так как измерительное  устройство работает на переменном токе, а усилитель мощности и исполнительный двигатель - на постоянном токе, то после  измерительного устройства должен быть применен фазовый детектор (ФД). Кроме  указанных элементов в функциональную схему входят корректирующее устройство (КУ),  усилитель напряжения (У), редуктор (Р), посредством которого исполнительный двигатель соединяется с объектом управления и ротором сельсина-трансформатора,  и объект управления (ОУ). Корректирующее устройство представлено тремя блоками: аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вычислитель (В) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

      Функциональная  схема цифровой следящей системы  приведена на рис.1. 
 

Рис.1. Функциональная схема цифровой следящей системы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Выбор исполнительного  двигателя

  Выбор двигателя начинают с расчета требуемой мощности, которая должна быть достаточной для обеспечения заданной скорости и ускорения объекта управления при заданной нагрузке.

Требуемая  мощность,  Вт:

                         

где  h_р- КПД редуктора,    h_{р  =} 0,72 .

 

По каталогу  выбираем ближайший двигатель большей  мощности  Р_{н >} Р_{тр ,} а именно МИ-11   и выписываем его паспортные данные:

      -номинальная  мощность  Рн = 120 Вт;

      - номинальная скорость вращения  nн = 3000 об/мин;

      - номинальное напряжение U = 60 В ;

       - номинальный  ток  якоря Iн = 2.87 А;

      - сопротивление цепи обмотки якоря  R_д  = 0,46 Ом;

      - момент инерции якоря  J_д  = 0,0015кг×м²;

      - КПД двигателя h_{д =} 62 % . 

Затем последовательно  определяем следующие величины:

  Номинальная  угловая скорость двигателя

w_н = pn_н/30 = p×3000/30 = 314 с^-1

  Номинальный  момент двигателя

М_н = 9,55×Р_н/n_н =9,55*120/3000 = 0,382 Н*м

  Оптимальное передаточное число редуктора:

J_р = 1×10^-4 кг.м²  -  момент инерции редуктора.

Определяем  требуемый момент на валу двигателя:

 

=1.25 
 

Выбранный двигатель  должен удовлетворять скорости в  соответствии с условием:

w_о× / w_н £a;   a = 1,2 ¸1,5

0.655<1.5

А также по моменту: М_тр× / М_н £ l , где l  = 10.

1.25/0.382=3.27<10

Условия выполнены. 
 
 

3. Выбор усилителя мощности.

 

  В качестве усилителя мощности используем ЭМУ с поперечным полем. Усилитель должен удовлетворять следующим условиям:

1. Номинальная мощность усилителя удовлетворяет неравенству

Р_ун ³ Р_н / h _д ,

где h _д  = КПД двигателя.       

                  Р_ун ³ 120/0,72 = 167 Вт

2. Номинальное  напряжение            
   U_ун ³ U_{н ,}

                  U_ун ³60 В

3. Номинальный  ток усилителя не меньше, чем  номинальный ток двигателя .

                  I_ун ³ I_{н ,}