Составление дифференциальных уравнений и вывод передаточных функций всех элементов. Выделение типовых динамических звеньев
Введение
Совершенствование технологии и повышение производительности труда относятся к важнейшим задачам технического прогресса. Эффективное решение этих задач возможно при внедрении систем автоматического регулирования и управления как отдельными объектами и процессами, так и производством в целом. Поэтому изучение основ автоматического регулирования и управления предусматривается в настоящее время при подготовке студентов практически всех инженерных специальностей.
В результате студент должен уметь анализировать производственный процесс с целью его автоматизации, определения управляемых и управляющих параметров, выбора отдельных элементов и устройств системы автоматического управления (САУ) объектом. Умение разделять САУ на основные функциональные элементы и составлять функциональные и структурные схемы способствует ясности представлений о физических процессах, происходящих в системе, и имеет большое значение для дальнейшего исследования и расчета систем.
Задание
Система автоматического регулирования поворотом рабочего органа робота
Конструктивная схема заданной САУ с исходными данными.
Вариант 2
САУ предназначена для управления углом поворота рабочего органа робота с требуемой точностью.
САУ поворотом рабочего органа 1 робота (например, сварочного робота) состоит из гидродвигателя 2, гидравлического усилителя 3 и электрической части. Функции гидравлического усилителя 3 выполняет четырехкромочный золотник, с плунжером которого взаимодействует шестерня 4, зацепляющаяся с шестерней 5 гидродвигателя 2. Управляющий двигатель-задатчик 6 подключен к выходу усилителя 7 и на его валу имеется резьба, с помощью которого он связан с шестерней 4. В САУ входят также преобразователь угла 8 и сравнивающее устройство 9.
|
|
|
При работе САУ на вход сравнивающего устройства 9 поступает сигнал в виде напряжения UЗ, вырабатываемый устройством управления по команде от ЭВМ. Устройство сравнения 9 вырабатывает сигнал ошибки DU = UЗ – UО, где UО - напряжение преобразователя угла 8. Сигнал ошибки через усилитель 7 вызывает вращение двигателя 6. В исходном состоянии гидроусилитель (четырехкромочный золотник) находится в нейтральном положении и гидродвигатель 2 не вращается. Поворот выходного вала двигателя 6 вызовет перемещение шестерни 4 в осевом направлении и смещение плунжера золотника 3 из нейтрального положения. Гидродвигатель 2 приходит в движение, поворачивая рабочий орган 1, шестерню 5 и входной вал преобразователя угла 8. Поворот шестерни 5 вызывает вращение шестерни 4 и перемещение ее вместе с подпружиненным плунжером золотника 3 по винту двигателя 6 в сторону восстановления равновесия. Поворот вала преобразователя угла 8 вызывает изменение напряжения UО так, что ошибка с выхода сравнивающего устройства 9 уменьшается. Таким образом, рабочий орган 1 будет поворачиваться до тех пор, пока не займет требуемого положения.
|
|
|
Значения данных приведены в таблице.
Таблица
| ТЭУ , с | КЭУ | ТЯ , с | ТМ , с | КД , 1/сВ | Z5 | Z4 | Кn, В/рад | ТГУ, с | КГУ, мм2/с | ТГД , с | КГД , 1/мм2 | Шаг винта, мм |
| 0,01 | 30 | 0,03 | 0,18 | 4,0 | 40 | 40 | 3,0 | 0,04 | 8·106 | 0,09 | 10-5 | 1,5 |
Функциональная схема САУ.
ΔU ωд ωдз ω h Q ω φ
У
U0
ω
Рис. 1 – Функциональная схема САУ
Система поворота рабочего органа состоит из следующих устройств:
У -электронный усилитель,
Д -электродвигатель постоянного тока,
ХВ - ходовой винт,
ГУ- гидроусилитель золотникового типа,
ГД – гидродвигатель,
|
|
|
Р –механический редуктор,
ПУ -преобразователь углового перемещения,
РО –рабочий орган.
Составление дифференциальных уравнений и вывод передаточных функций всех элементов. Выделение типовых динамических звеньев
Электронный усилитель
,
где ТЭУ - постоянная времени электронного усилителя, с ;
UВЫХ - выходное напряжение, В ;
UВХ - входное напряжение, В ;
КЭУ - коэффициент усиления .
-апериодическое звено.
Электродвигатель постоянного тока
,
где ТЯ- электромагнитная постоянная времени якоря, с ;
ТМ - электромеханическая постоянная двигателя, с ;
ω- угловая скорость, с-1 ;
KД - коэффициент передачи электродвигателя, 1/сВ ;
UД - напряжение якоря, В.
-колебательное звено.
Гидроусилитель золотникового типа
где ТГУ - постоянная времени гидроусилителя, с ;
Q- выходной параметр - расход рабочей жидкости, м3 ;
КГУ - коэффициент передачи, мм2/с ;
h - входное перемещение плунжера золотника, мм .
- апериодическое звено
Гидродвигатель
,
где ТГД - постоянная времени гидродвигателя, с ;
ω - выходная угловая скорость гидродвигателя, с-1 ;
KГД - коэффициент передачи гидродвигателя, 1/мм2 ;
|
|
|
Q - входной расход рабочей жидкости, м3 .
-апериодическое звено.
Преобразователь углового перемещения
гдеUВЫХ- выходное напряжение преобразователя, В ;
Кn- коэффициент передачи, В/рад ;
aВХ- входной угол поворота, рад .
- усилительное звено
Ходовой винт
Рабочий орган
т.к. 
Механический редуктор
,
где ωВЫХ - соответственно угловая скорость и угол поворота выходного звена редуктора ;
ωВХ - соответственно угловая скорость и угол поворота входного звена редуктора ;
КР - коэффициент передачи.
- усилительное звено.
Найдем коэффициент передачи из условия устойчивости внутреннего контура.
|
Рис. 2 - Внутренний контур системы
Составим матрицу и решим её.
У
Рис. 3 - Структурная схема CАУ
Дата добавления: 2018-05-30; просмотров: 355; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!