СОСТАВЛЕНИЕ  ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ  СХЕМЫ  САУ



Министерство образования и науки Российской Федерации

Костромской государственный технологический университет

Кафедра автоматики и микропроцессорной техники

 

 

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Методические указания

К выполнению курсового проекта по дисциплине

«Теория автоматического управления»

 

Составители

Л.В. Воронова, В.М. Федюкин

 

Кострома

КГТУ

2012

 

УДК 653.16

 

Анализ и синтез линейных систем автоматического управления: метод. указания / сост. Л. В. Воронова, В.М. Федюкин. Кострома: Изд-во Костром. гос. технол. ун-та, 2012. 28 с.

 

 

Методические указания к выполнению курсового проекта соответствуют учебному плану дисциплины «Теория автоматического управления». Предназначены для подготовки бакалавров по направлению 220000 «Автоматика и управление», содержит задание и теоретические пояснения к выполнению каждого этапа курсового проекта.

 

 

Рецензенты:  канд. техн. наук, доцент зав. кафедрой электротехники

                 и электромеханики КГТУ Ю.П. Приваленков;

                 кафедра автоматики и микропроцессорной

                 техники КГТУ.

 

Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГТУ.

 

ãКостромской государственный технологический университет, 2012.

ЗАДАНИЕ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ЦЕЛЬ: приобретение и закрепление практических навыков по расчету замкнутых линейных систем автоматического управления (САУ).

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

– упрощенная описательная схема САУ (по вариантам);

–  параметры элементов САУ (по вариантам);

– требования качества САУ.

 

СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

1. Исходное задание (по варианту).

2. Функциональная схема САУ, анализ структуры, определение целей управления, управляющих и возмущающих воздействий.

3. Вывод уравнений динамики и передаточных функций объекта и других элементов системы управления.

4. Вывод передаточной функции разомкнутой системы и передаточных функций замкнутой системы по управлению, по ошибке и по возмущению. При выводе полагать передаточную функцию устройства управления .

5. Обеспечение качества САУ в установившемся режиме. Исходя из заданной статической точности d £ 1% (или ошибки по скорости для астатической системы), рассчитать требуемый коэффициент усиления k1 устройства управления.

6. Анализ качества исходной САУ. При рассчитанном значении k1 построить логарифмические амплитудно-фазовые частотные характеристики (ЛАФЧХ) разомкнутой системы. Провести анализ устойчивости замкнутой системы, для устойчивой системы определить возможную длительность переходного процесса. Сделать выводы.

7. Синтез корректирующего устройства. Исходя из требований к динамике САУ, построить желаемую логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) разомкнутой системы и ЛАЧХ корректирующего звена. Определить параметры и схемную реализацию корректирующего устройства.

8. Анализ областей устойчивости скорректированной системы по одному или двум параметрам (по указанию преподавателя) методом D-разбиения.

9. Анализ качества скорректированной САУ. Построить ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой скорректированной системы и определить запас устойчивости по амплитуде и по фазе. Построить переходный процесс в системе по управляющему и возмущающему воздействиям. Определить временные показатели качества процесса регулирования.


ОПИСАНИЕ УПРОЩЕННОЙ СХЕМЫ САУ

 

       Схема отражает все варианты заданий и состоит из устройства управления УУ, силового преобразователя СП, двигателя, редуктора Ред, вентиля и бака.

 

 
 
 
 
                                  Двигатель

Uзд  УУ    СП

                                                  W ДС          a ДУг        Мн

                                                                Ред                                 Вентиль

 

                                        ДТ                                  Мдв

                    ОС4                ОС3                               ДУр    Q1       Бак

                                                                     ОС2

                                                                                      ОС1

                                                                                                      H             Q2

 

 

Рис. 1. Упрощенная функциональная схема САУ

 

Схема содержит датчики уровня жидкости в баке ДУр, угла поворота ДУг, скорости ДС и тока двигателя ДТ, из которых в конкретном варианте задания используется один или два. Устройство управления представляется состоящим из двух блоков, к которым подводятся сигналы обратной связи.

 

Рис. 2. Часть схемы, соответствующая устройству управления

 

В зависимости от варианта задания следует выбрать элементы схемы. Если задано регулирование угла поворота выходного вала редуктора, то все последующие элементы исключаются. Аналогично поступают при регулировании скорости вращения двигателя.

Вариант задания к курсовому проекту содержит две цифры Х.Х.  Первая цифра определяет структуру исследуемой системы (табл. 1), вторая числовые значения параметров (табл. 2).

 

 

Таблица 1

ЗАДАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ

 

Вариант ДУр ДУг ДС ДТ Регулируемая величина Возмущающее воздействие Lя
1.х + H Q2=kQ t;                Mн=0 0
2.х + + H DQ=Q2max - Q2min; Mн=0 0
3.х + + H Q2=kQ t;                Mн=0 0
4.х + + a DMн=Mнmax - Mнmin Табл. 2
5.х + + W Mн=kм t Табл. 2

 

ЧИСЛОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ

Таблица 2

Вариант

х.1 х.2 х.3 х.4 х.5 х.6 х.7 х.8 х.9 х.10 Примечание
k2   100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Вар. 5–10
kсп   10 20 25 50 15 30 40 60 70 75  
Rя Ом 4 2 3.5 5.5 1.5 3 4,5 5 6 2,5  
Lя Гн 0.05 0.02 0.01 0.04 0.015 0,02 0,03 0,04 0,02 0,04 ПАРАМЕТРЫ
J Кгм2 0.02 0.1 0.2 0.02 0.08 0,05 0,04 0,15 0,25 0,12  
Ce В с 0.25 0.5 1 0.9 0.7 0,3 0,4 0,6 0,7 0,8 ДВИГАТЕЛЯ
Cм Н м/А 0.25 0.5 1 0.9 0.7 0,3 0,4 0,6 0,7 0,8  
Iред   1000 2000 2000 1200 800 1200 1400 1500 1600 1000 Редуктор
KB м3/c рад 0.5 0.6 1 0.7 0.8 0,5 0,6 1 0,7 0,8 Вентиль
S м2 0.8 1 0.7 0.6 0.5 5 6 10 2 1,5 Бак
kh В/м 10 1 3 2 5 2,5 2 1,5 1,4 1,2 ДУр
ka В/рад 10 9 6 4 5 8 7 6 5 4,5 ДУг
kw В с 0.08 0.04 0.05 0.07 0.1 0,07 0,05 0,04 0,07 0,05 ДС
kI В/A 1 0.2 0.15 0.18 0.25 1 0.3 0.4 0.5 0.2 ДТ
kQ м3/c2 0.2 0.25 0.15 0.2 0.22 0.1 0.2 0.15 0.25 0.3  
kM Н м/с 0.1 0.2 0.3 0.15 0.25 0.1 0.12 0.15 0.16 0.18 ПАРАМЕТРЫ
Qmax м3/c 0.2 1 0.6 0.5 0.4 0.2 0.4 1 0.15 0.1 ВОЗМУЩАЮЩИХ
Qmin м3/c 0.1 0.5 0.3 0.25 0.2 0.1 0.2 0.5 0.05 0.05 ВОЗДЕЙСТВИЙ
Mmax Н м 0.4 3 10 15 1.5 2 4 6 8 9  
Mmin Н м 0.2 1 5 10 0.5 1 2 3 4 5  
Hзд М 0.9 10 3 5 2 4 6 7 7,5 8 ЗАДАННЫЕ
aзд Рад 0.5 1 1.5 2.5 2 1,2 1,4 1,6 1,8 2,2 ЗНАЧЕНИЯ
Wзд об/мин 800 1500 1800 1000 600 1200 1400 1600 1100 1700  РЕГУЛИРУЕ МЫХ ВЕЛИЧИН

Вариант

х.1 х.2 х.3 х.4 х.5 х.6 х.7 х.8 х.9 х.10 Примечание
tпп с 3 3.5 4 5 4.5 6 5 4 6 3 Вар.1,2,3
tпп с 0.6 0.7 0.5 0.55 0.4 0.8 0.9 0.6 0.7 0.5 Вар.4,5

СОСТАВЛЕНИЕ  ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ  СХЕМЫ  САУ

 Для анализа свойств и поведения САУ целесообразно разделить ее элементы не по конструктивным, а по их функциональным признакам, и изображать систему в виде структурной схемы.

Структурная функциональная схема САУ это графическое представление САУ в виде набора элементов, выделенных по функциональному признаку, с указанием связей между ними.

При построении структурной схемы САУ пользуются следующими обозначениями:

1)Отдельный  элемент изображается прямоугольником с указанием входного и выходного сигналов. Элемент структурной

схемы с выделенными  входом и выходом

называется звеном.

Каждый элемент отличается от других математическим описанием, что отображается внутри его соответствующей передаточной функцией W(p).

Передаточная функция   это отношение изображения выходного сигнала звена или системы к изображению входного в преобразовании Лапласа при нулевых начальных условиях:                                                                                                

 

2)Связи между элементами и внешними воздействиями показывают в виде линий со стрелками, что отражает направление прохождения сигналов в системе.

3) Информационные сигналы в системе могут складываться или вычитаться, что изображается в схеме в виде специального элемента – сумматора      X3 = X1 ± X2.

Элемент сравнения, выполняющий функцию вычисления ошибки ε = g – y, может изображаться в виде сумматора с затемненным сектором, что означает инверсный вход.

4) Информационные сигналы могут дублироваться и поступать на несколько элементов структуры    X1 = X2 = X3 

Этот элемент называется  узлом.

 

Теперь мы можем составить структурную функциональную схему исследуемой системы, выделив в ней в соответствии с заданием устройство управления W1(p), W2(p), силовой преобразователь СП Wсп(p), передаточные функции двигателя по управлению Wду(p) и возмущению Wдв(p), редуктор Wp(p), вентиль Wв(p) и бак (резервуар) с передаточными функциями по управлению Wбу(p) и возмущению Wбв(p). В цепях обратной связи показываем подключение датчиков контролируемых параметров. На рис.3 представлена обобщенная структурная схема системы, в которой отражены все 5 вариантов заданий, из которой каждый должен выбрать только свои элементы и построить структурную схему своего варианта. Схема для варианта 5 имеет особенности и будет представлена позже.

Далее каждый делает выводы о цели управления, об управляющих и возмущающих воздействиях для своего варианта.


 

 

 


                                                                                             Мн                                                                             Q2

 

Uзд    ε                                                                                 Uд                           Ω                   α                  Q1                            H

 


         _                              _

 

 

 


                                                                                                                                                                                                                                            

 

 

Рис. 3. Обобщенная структурная схема исследуемой системы


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 877; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!