Электрогидравлический следящий привод с машинным управлением

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 101729        

                              Будниченко Е.С.

                                           инициалы и фамилия

 

                                         ___________________________________

                                                                                          подпись, дата

 

                                                                  

                                               Руководитель курсовой работы

                           Автушко В.П.

                                       инициалы и фамилия

 

                                     ___________________________________

                                                                                       подпись, дата

 

 

 

 

2012

 

Содержание

 

 

1. Описание устройства и работы автоматической системы,

      разработка  ее функциональной схемы………………………………

2. Разработка математической модели и структурной схемы

      заданной  системы…………………………………………………….

3. Оценка устойчивости замкнутой системы………………………….
4. Определение частотных характеристик системы…………………..
5. Построение желаемой ЛАЧХ системы и оценка качества САР….

6.  Определение ЛАЧХ корректирующего устройства и расчет его

     параметров …………………………………………………………...

7. Построение структурной схемы и определение передаточной

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

8. Расчет переходной характеристики и оценка качества

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

     Заключение…………………………………………………………...

          Литература……………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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
24	17	5,2	1,1	0,22	1,5	18	25	1,1	6,0	5,5	30	65

 

с 10-3	с2 10-4	%	с
1,5	4,8	45	0,25

 

 

• 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

 

 

 

                                    

             

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика и назначение функциональных элементов:

 

При подаче управляющего напряжения U_У на сравнивающий элемент СЭ вырабатывается сигнал ошибки U_ε, который далее усиливается на корректирующем устройстве КУ. Далее усиленный сигнал U поступает на электрогидравлический усилитель ЭГУ, состоящий из электромеханического преобразователя ЭМП и гидравлического усилителя ГУ. Сигнал U преобразуется на ЭМП в сигнал h – глубину перекрытия сопла 5 заслонкой 4 (см. рис. 1). Далее сигнал h поступает на ГУ и затем на гидравлический исполнительный механизм ГИМ и преобразуется в сигнал Х – перемещение золотника. ГИМ состоит из золотникового распределителя и гидроцилиндра. Далее сигнал Х на ГИМ преобразуется в сигнал У – перемещение поршня в гидроцилиндре ГИМ. С помощью кинематической связи КС шток поршня действует на регулирующий орган насоса объёмной гидропередачи ОГП, передавая сигнал γ через КС насосу (ОГП). Далее гидромотор ОГП передаёт сигнал углового перемещения α объекту регулирования ОР. Датчик обратной связи по угловому перемещению ДУП передаёт сигнал U_oc на сравнивающий элемент СЭ.

 

Как только сигнал ошибки станет равным нулю, элементы ЭГУ (сопло-заслонка, золотниковый распределитель) займут нейтральное положение и шток вместе с поршнем и органом  регулирования насоса установятся в положении, пропорциональном сигналу управления U_У. Возвращение регулирующего органа насоса в исходное положение осуществляется снятием управляющего сигнала U_У.

 

 

Характеристика  заданной системы

 

Используя классификационные  признаки САР, даём характеристику заданной системы:

1. По принципу регулирования: по отклонению (по ошибке);
2. По числу обратных связей (все замкнутые САР): одноконтурная;
3. В зависимости от наличия дополнительных источников энергии (все замкнутые): непрямого регулирования;
4. В зависимости от требуемого закона g(t) изменение регулируемой величины y(t), т.е. от вида алгоритма регулирования САР: следящая САР;
5. В зависимости от оценки ошибки САР в установленном режиме: астатическая САР;
6. По виду сигналов: непрерывная САР;
7. В зависимости от характера математической модели (математического описания) системы: обыкновенная линейная САР.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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
	0.182	0.182	0.182	0.182	0.1825	0.183	0.188	0.192	0.1	0.03	-0,0002
	0	3,1·10-7	2,5·10-6	3,9·10-5	0,000231	0,000317	0,024	0,043	0,121	0,094	0,0038
	0.182	0,182	0,182	0,182	0,1825	0,183	0,188	0,197	0,158	0,099	0,0038