Реферат структурная схема сау

Обновлено: 02.07.2024

Произвести анализ динамических свойств системы автоматического управления, заданной структурной схемой, представленной на рисунке 1, включающей следующие этапы:

Задание на курсовую работу

2. Анализ динамических свойств заданной структурной схемы

2.1 Анализ устойчивости САУ по критерию Найквиста

2.2 Исследование устойчивости САУ по критерию Найквиста

2.2.1 Исследование устойчивости САУ по АФЧХ

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

2.2.2 Исследование устойчивости САУ по логарифмическим характеристикам

Задание на курсовую работу

— выбор и обоснование методов исследования, построение математической модели САУ;

— расчетная часть, включающая математическое моделирование САУ на ЭВМ;

— анализ устойчивости математической модели объекта управления и САУ;

Нужна помощь в написании курсовой?

— исследование устойчивости математической модели объекта управления и САУ.

Рисунок 1 Структурная схема исследуемой САУ, где, передаточные функции объекта управления (ОУ), исполнительного механизма (ИМ), датчика (Д) и корректирующего устройства (КУ):

Значения коэффициентов К1, К2, К3, К4, Т1, Т2, Т3 и Т4 приведены в таблице1.

Таблица 1. Вариант задания на курсовую работу

№	Параметры
№	К1=К4	К2	К3	Т1=Т4	Т2	Т3
10	1,0	0,2	2	0,4	0,2	0,07

Проектирование автоматики — одно из наиболее сложных и важных направлений в инженерной деятельности, поэтому знание основ автоматики, представление об уровне автоматизации в различных технологических процессах, используемых средствах автоматизации и основах проектирования являются необходимыми условиями успешной работы инженеров и технологов. Нормальное ведение любого технологического процесса характеризуется определенными значениями параметров, а экономическая и безопасная работа оборудования обеспечивается поддерживанием эксплуатационных параметров в требуемых пределах. Для целей нормальной эксплуатации оборудования, а также осуществления требуемого технологического процесса в любых тепловых установках необходимо в проектных разработках предусматривать и средства автоматизации. В настоящее время во всех отраслях народного хозяйства, включая и сельское хозяйство, все большее применение находят системы автоматического управления. Это и не удивительно, так как автоматизация технологических процессов характеризуется частичной или полной заменой человека оператора специальными техническими средствами контроля и управления. Механизация, электрификация и автоматизация технологических процессов обеспечивают сокращение доли тяжелого и малоквалифицированного физического труда в сельском хозяйстве, что ведет к повышению его производительности.

Таким образом, необходимость автоматизации технологических процессов очевидна и есть необходимость научиться рассчитывать параметры систем автоматического управления (САУ), для последующего применения своих знаний на практике.

В курсовой работе произведен анализ динамических свойств заданной структурной схемы САУ с составлением и анализом математических моделей объектов управления.

Нужна помощь в написании курсовой?

2. Анализ динамических свойств заданной структурной схемы

2.1 Анализ устойчивости САУ по критерию Найквиста

Для суждения об устойчивости САУ нет необходимости в определении точный значений корней её характеристического уравнения. Поэтому полное решение характеристического уравнения системы явно излишне и можно ограничиться применением того или иного косвенного критерия устойчивости. В частности нетрудно показать, что для устойчивости системы необходимо (но не недостаточно), чтобы все коэффициенты её характеристического уравнения имели одинаковый знак или достаточно, чтобы действительные части всех корней характеристического уравнения были отрицательными. В случае, если действительные части всех корней характеристического уравнения не отрицательны, то для определения устойчивости этого САУ необходимо исследование и по другим критериям, так как если передаточная функция по вышеназванному критерию принадлежит к неустойчивому блоку, у которых знаменатель имеет корни с положительной действительной частью, то при выполнении определенных условий замкнутая система и в этом случае может быть устойчивой.

Наиболее удобным для исследования устойчивости многих систем управления технологическими процессами является критерии устойчивости Найквиста который формируется следующим образом.

Система, устойчивая в разомкнутом состоянии, сохранит устойчивость и после её замыкания отрицательной обратной связью, если годограф КЧХ в разомкнутом состоянии W(jω) не охватывает в комплексной плоскости точку с координатами (-1;j0).

Если годограф КЧХ W(jω) при некоторой частоте называемой критической частотой ωк, проходит через точку (-1;j0), то переходный процесс в замкнутой системе представляет собой незатухающие колебания с частотой ωк , т.е. система оказывается на границе устойчивости выраженные следующим образом:

Нужна помощь в написании курсовой?

Структурная схема замкнутой линейной САУ показана на рисунке 2.

Рисунок 2 Замкнутая САУ

Здесь W(p) – передаточная функция разомкнутой САУ. Предположим, что разомкнутая система устойчива. Тогда для устойчивости замкнутой САУ необходимо и достаточно, чтобы годограф амплитудно-фазовой характеристики W(jω) разомкнутой системы (указанная характеристика получается из W(p) заменой p=jω) не охватывал точку с координатами (-1, j0). Частота, на которой |W(jω)| = 1, называется частотой среза (ωср).

Для оценки насколько далеко от границы устойчивости находится система, вводятся понятие запасов устойчивости. Запас устойчивости по амплитуде (модулю) указывает, во сколько раз необходимо изменить длину радиуса-вектора годографа АФХ, чтобы, не меняя фазового сдвига, вывести систему на границу устойчивости. Для абсолютно устойчивых систем запас устойчивости по модулю ΔК вычисляется по формуле:

где частота ω0 определяется из соотношения arg W(jω0) = — 1800.

Запас устойчивости по амплитуде ΔК вычисляется и по формуле:

где К180 — значение коэффициента передачи при фазовом сдвиге -180�.

Нужна помощь в написании курсовой?

В свою очередь, запас устойчивости по фазе указывает, на сколько необходимо увеличить по абсолютной величине аргумент АФХ, чтобы, не меняя величину модуля, вывести систему на границу устойчивости.

Запас устойчивости по фазе Δφ вычисляется по формуле:

где φК=1 — значение фазового сдвига при коэффициенте передачи К = 1;

Величина Δφ = 1800 + arg W(j;ωср) определяет запас устойчивости по фазе. Из критерия Найквиста следует, что устойчивая в разомкнутом состоянии САУ будет устойчивой и в замкнутом состоянии, если сдвиг по фазе на частоте среза не достигает — 180�. Выполнение этого условия можно проверить, построив логарифмические частотные характеристики разомкнутой САУ.

2.2 Исследование устойчивости САУ по критерию Найквиста

Исследование устойчивости по критерию Найквиста путем анализа АФЧХ при разомкнутой САУ. Для этого разрываем систему как показано на структурной схеме исследуемой САУ:

Рисунок 3 Структурная схема исследуемой САУ

Нужна помощь в написании курсовой?

Ниже представлены передаточные функции объекта управления (ОУ), исполнительного механизма (ИМ), датчика (Д) и корректирующего устройства (КУ):

Значения коэффициентов по заданию следующие:

К1 =1,0; К2 = 0,2; К3 = 2; К4 = 1,0; Т1 = 0,4; Т2 = 0,2; Т3 = 0,07; Т4 = 0,4.

Произведем расчет передаточной функции после разрыва системы:

W(р) = Wку(р) ⋅ Wим(р) ⋅Wоу(р) ⋅Wд(р);

W(р) = ⋅⋅⋅

Подставив заданные коэффициенты в функцию получим:

W(р) =

Рисунок 4 Годограф АФЧХ разомкнутой САУ на комплексной плоскости.

Нужна помощь в написании курсовой?

2.2.1 Исследование устойчивости САУ по АФЧХ

Вычисляем коэффициент передачи при фазовом сдвиге -180�, К180 = 0,0395.

Запас устойчивости по амплитуде ΔК по формуле:

ΔК = 1 — К180 = 1 — 0,0395= 0,9605; где К180 = 0,0395.

Определим запас по фазе Δφ :

запас устойчивости по фазе Δφ определяется по формуле: Δφ = 180� — φК=1 ; где φК=1 — значение фазового сдвига при коэффициенте передачи К = 1. Но так как, φК=1 в нашем случае не наблюдается, (амплитуда всегда меньше единицы), то исследуемая система устойчива при любом значении фазового сдвига (САУ устойчива на всем диапазоне частот).

2.2.2 Исследование устойчивости САУ по логарифмическим характеристикам

Рисунок 4 Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика разомкнутой САУ.

Нужна помощь в написании курсовой?

Рисунок 5 Логарифмическая фазочастотная характеристика разомкнутой САУ.

Логарифмический критерий устойчивости САУ представляет собой выражение критерия Найквиста в логарифмической форме.

Для нахождения из значения фазового сдвига 180� (рисунок 5) проводим горизонтальную линию до пересечения с ЛФЧХ, с этой точки пересечения проводим вертикальную линию до пересечения с ЛФЧХ (рисунок 4). Получаем значение коэффициента передачи при фазовом сдвиге 180�:

при этом К180� = 0,0395 (ΔК’ = 28,05862).

Запас устойчивости по амплитуде находится продолжением вертикальной линии до значения 20lgК180� = 0.

Нужна помощь в написании курсовой?

Для нахождения запаса устойчивости по фазе, пропускается горизонтальная линия по линии 20lgК180� = 0 до пересечения с ЛАЧХ и пропускается из этой точки вертикальная линия до пересечения с ЛФЧХ. При этом разница между найденным значением фазового сдвига и фазовым сдвигом равным 180� и будет запасом устойчивости по фазе.

Δφ = 180� — 0 = 180�.

где: φК — найденное значение фазового сдвига;

Так как ЛФЧХ исследуемой САУ лежит ниже линии 20lgК180� = 0, поэтому САУ будет иметь запас устойчивости по фазе при любом значении фазового сдвига от нуля до 180�.

Вывод: проанализировав ЛАЧХ и ЛФЧХ, следует что исследуемая САУ устойчива на всем диапазоне частот.

В данной курсовой работе была синтезирована и исследована с использованием современных методов и инструментов теории управления приборная следящая система. В данной расчетно-графической работе нами была найдена по заданной структурной схеме и известным выражениям для передаточных функций динамических звеньев передаточная функция замкнутой САУ.

Нужна помощь в написании курсовой?

Оборудование большинства тепловых станций эксплуатируется 15–20 и более лет, его физический ресурс исчерпан, оно морально устарело. Наилучшим решением в этой ситуации является разработка полномасштабных интегрированных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) взамен устаревших систем, а также внедрение современного технологического оборудования, позволяющего максимально использовать возможности систем управления и тем самым добиться качественно нового уровня технологии. Внедрение таких систем позволит снизить аварийность процесса, более рационально использовать оборудование и экономить энергоресурсы. А также реализовывать широкий круг экологических мероприятий и повысить общую культуру производства.

1. Актуальность темы

Магистерская работа посвящена актуальной задаче разработки системы автоматического управления водогрейной котельной. Которая поможет:

– снизить эксплуатационные затраты на процесс производства тепловой энергии в условиях районной котельной;

– повысить эффективность управления объектом;

– увеличить годовой экономический эффект;

– повысить экономию по ресурсам (газа).

2. Цель и задачи исследования

Цель работы – разработать систему автоматического регулирования соотношения давления газа в зависимости от температуры окружающей среды.

Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:

Выполнить анализ особенностей функционирования водогрейного котла КВГ–6,5
Записать математическое описание элементов САУ
Синтезировать регулятор температуры
Разработка схемотехнических решений по системе автоматического управления котлом КВГ–6,5

3. Анализ технологической схемы водогрейной котельной с типа котлами КВГ–6,5

Объектом автоматизации является котельная с котлами типа КВГ–6,5. Котельная предназначена для отопления производственных и жилых зданий, а также объектов социального и культурно–бытового назначения. Рассматриваемая районная котельная города Ясиноватая оборудована тремя водогрейными котлами КВГ–6,5 (рис.1).

Рисунок 1 – Технологическая схема водогрейной котельной

Котел – теплообменное устройство, в котором тепло от горячих продуктов горения топлива передается воде. Водогрейный котел прямоточного типа состоит из трубной системы, укомплектованной в едином транспортабельном блоке. Обобщенная технологическая схема водогрейного газового котла приведена на рис.2.

Рисунок 2 – технологическая схема водогрейного газового котла
(Анимация: 7 кадров, 0.6 сек задержка, размер 95,1 КБ, 10 повтров, программа – Easy GIF Animator 6)

К горелке котла подводятся газ и воздух. Воздух подается дутьевым вентилятором. Горючая смесь, которая образуется в горелке, воспламеняется и отдает тепло в топочную камеру. В результате процесса горения образуются газообразные продукты – дымовые газы. Их отсасывает дымосос, а затем выбрасывает в атмосферу.

Сжигание осуществляется факельным способом. При сжигании газового топлива необходимо обеспечить: хорошее предварительное перемешивание газа с воздухом, ведение процесса с малыми избытками воздуха, разделение потока смеси на отдельные струи. Подогрев газовоздушной смеси и химическая реакция горения протекают очень быстро. Основным фактором длительности горения является время, затраченное на перемешивание газа с воздухом в горелке. От быстроты и качества перемешивания газа с необходимым количеством воздуха, зависит скорость и полнота сгорания газа, длина факела топки и температура пламени. Для процесса горения дымососом создается необходимое разряжение и обеспечивается полное удаление продуктов сгорания.

Воздух должен подаваться в таком количестве, чтобы обеспечить полное сжигание топлива (1:10) и при этом выделяется углекислый газ СО 2 и пары воды Н 2 О. Если воздуха недостаточно, то кроме неполноты сжигания, т.е. экономических потерь будет загрязнение атмосферы так как при этом выделяются сажа и угарный газ СО, это не допустимо, так как СО действует на организм отравляюще, а сажа осаждаясь на поверхностях котлов приводит к перерасходу топлива и загрязнению атмосферы. Таким образом, необходимо регулировать соотношение топливо–воздух .

Для работы котла на газовом топливе применены 3 подовые горелки с прямой щелью, которые устанавливаются между секциями вертикальных топочных экранов. Горелка имеет два ряда отверстий, диаметром 1,5 мм, расположенных в шахматном порядке.

4. Анализ водогрейного котла как объект управления

Водогрейная котельная предназначена для нагрева воды, которая используется для отопления помещений. Объект управления – котлы, которые установлены последовательно. Вода подаётся насосами и проходит через них. В котлах находятся горелки, к которым подводятся газ и воздух. Воздух подается дутьевым вентилятором, а газ через газо–распределительное устройство. Горючая смесь, которая образуется в горелке, воспламеняется и отдает тепло в топочную камеру. Так вода нагревается и подаётся потребителю. Возмущающее воздействие оказывает температура наружного воздуха, относительно которой изменяется количество газа.

Выходным воздействием является нагретая вода и дымовые газы, которые отсасывает дымосос и выбрасывает в атмосферу .

Рисунок 3 – функциональная схема анализа процесса нагрева воды в котле: а) схема материальных потоков и их информационный переменных; б) структурная схема процесса САУ.

На функциональной схеме (рис.3) видно, что объект – котёл имеет входные воздействия – температуру воды (Т_в.), давления газа(Р_г.) и давление воздуха (Р_в), пройдя через котёл на выход поступает подогретая вода(Т_в.) и дымовые газы(Р_дг.), как результат горения газа и воздуха. Так же возмущающее воздействие оказывает температура наружного воздуха(Т_о.с), относительно которой и нужно регулировать давление газа.

5. Структурная схема САУ

На рисунке 4 показана структурная схема системы автоматического управления температурой воды на выходе из водогрейного котла КВГ–6,5.

Рисунок 4 – Структурная схема САУ

Объект регулирования САУ – водогрейный котёл, его выходной параметр – температура воды на выходе из котла Т_в, которая изменяется в зависимости от изменения температуры наружного воздуха, температуры обратной сетевой воды и расхода подаваемого газа FE. Количество (расход) воздуха F_в, подаваемого в топку котла определяет экономичность процесса горения и связано с расходом подаваемого газа через коэффициент соотношения газ–воздух – k_с. Возмущающими воздействиями являются изменение наружной температуры воздуха и температуры обратной сетевой воды.

Таким образом, согласно структурной схеме САУ (рис.4) необходимо получить модель элементов САУ, а также выполнить синтез алгоритма управления, который реализуются регулятором температуры воды РТ.

6. Математическое описание элементов САУ

Согласно структурной схемы САУ (рис.4), объектом управления в является водогрейный котел, выходной величиной которой является температура воды на выходе котла ТЕ(t), а входными величинами – расход газа FE(t), расход воздуха FВ(t) и температура Т(t). Отсюда можно получить структурную схему модели водогрейного котла, которая приведена на рис.5.

Рисунок 5 – Структурная схема модели водогрейного котла

Экспериментальным путем определено изменение расхода газа и температуры сетевой воды на выходе из котла КВГ–6,5 при изменении положения регулирующего клапана на 10%, что приведено на рис. 6.

Из графиков (рис. 6) видно, что при изменении положения регулирующего органа на 10% расход газа на котел изменится по экспоненте с 230 м 3 /час до 255 м 3 /час, а температура сетевой воды на выходе из котла изменится с 90ºС до 95ºС транспортным запаздыванием.

Рисунок 6 – Переходные процессы изменения расхода газа и температуры воды

Передаточная функция по каналу изменения температуры сетевой воды на выходе из водогрейного котла (согласно рисунка 6) будет иметь вид:

а время переходного процесса 180 секунд (исходя из рис.6)

подставив коэффициенты, получим:

При сжигании топлива в топочную камеру должно быть определенное количество воздуха, содержащий кислород для горения. Для сжигания 1 кг топлива необходимо подать количество воздуха с коэффициентом передачи k С , этот коэффициент индивидуален для каждого котла и вида топлива и в нашем случае k С =0,1. То есть для того чтобы процесс горения был максимально экономичным необходимо подать 1 часть топлива и 10 частей воздуха. Где:

а время переходного процесса 180 секунд (исходя из рис 6) ,подставив коэффициенты, получим:

Для передаточной функции W т (р) время переходного процесса 180 секунд ,k в – будет иметь вид:

передаточная функция W т (р)

В качестве исполнительного механизма, изменяющего расход подаваемого в котел газа, является электрический однооборотный механизм (МЭО–100) который управляет дисковым затвором. Номинальное время полного хода – 25 секунд, а k МЭО :

Передаточная функция W мэо (p) может быть описана:

В качестве исполнительного механизма, изменяющего количество (расход) подаваемого в котел воздуха, является центробежный дутьевой вентилятор ВДН–9 с асинхронным приводным электродвигателем 4А1606УЗ.

Данная передаточная функция справедлива для случая, когда потокосцепление статора есть величина постоянная [1].

Динамические свойства дутьевого вентилятора ВДН–9 с достаточной степенью точности можно описать инерционным звеном первого порядка со следующей передаточной функцией:

где k_вд – коэффициент передачи вентилятора дутьевого:

T_дв – постоянная времени дутьевого вентилятора,Т_дв=2,5с.

7. Синтез регулятора температуры

ПИД–регулятор реализует самый гибкий закон управления, который эффективен при управлении сложными объектами.

Передаточная функция пропорционально – интегрально – дифференциального закона регулирования:

Так как объект управления – водогрейный котел содержит звено запаздывания, то для выбора закона регулирования применяется метод настройки, который основан на использовании кривой переходного процесса, полученной при ступенчатом изменении задающего воздействия (рис.6).

По кривой переходного процесса получили следующие параметры:

Приведенной кривой разгона соответствуют передаточные функции следующего вида:

гдеа параметры T и определяются экспериментально – проведением касательной к переходной характеристике объекта (рис.6).

Подставив передаточную функцию объекта в передаточную функцию регулятора, идеальную для объектов с запаздыванием

и произведя приближенную замену, допустимую в области низких частот

Для объекта, имеющего инерционную часть второго порядка, наилучшим будет ПИД–регулятор. Действительно, если подставить передаточную функцию в общую формулу идеального регулятора и учесть замену, то получим:

Для наиболее рациональной аппроксимации объектов с s–образной переходной характеристикой – модели с двумя одинаковыми постоянными временипараметры ПИД–регулятора должны быть равны:

Подставив в структурную схему САУ настроечные параметры ПИД–регулятора, получили модель замкнутой САУ температурой воды на выходе водогрейного котла с ПИД–законом управления, которая в терминах пакета simulink приведена на рис. 7.

Рисунок 7 – Схема модели САУ температурой водогрейного котла с ПИД–алгоритмом управления

Для оценки качества управления в САУ с разработанным ПИД–законом управления выполнено моделирование процесса изменения температуры воды на выходе водогрейного котла при изменении возмущающего воздействия на 20ºС (в момент времени t=1500 c) и изменении задающего воздействия на 20ºС (в момент времени t=2000 c).

Выполненное моделирование с использованием данной модели показало удовлетворительное качество управления температурой воды на выходе водогрейного котла (рис.8), как по каналу задающего воздействия, так и по каналу возмущающего воздействия.

В САУ с ПИД–регулятором наблюдается отсутствие установившейся ошибки управления, как по каналу задающего воздействия, так и по каналу возмущающего воздействия (рис.8). Также улучшилось быстродействие САУ по обоим каналам управления по сравнению с САУ без регулятора.

Рисунок 8 – Изменение температуры воды на выходе котла при использовании ПИД–закона управления

Из рисунка видно, четко выраженные значения переходных характеристик. Красным цветом показана реакция системы с ПИД–регулятором. До момента времени 1500с. система работает стабильно при 70 ºС. В момент времени 1500с поступает возмущающее воздействие. После этого момента наблюдаем реакцию системы на возмущающее воздействие и температура повышается до 90 ºС.

Выводы

В данной работе выполнен теоретический синтез регулятора температуры воды на выходе водогрейного котла.

Полученное математическое описание водогрейного котла показало, что он является статическим объектом с запаздыванием. С учетом этой особенности осуществлен выбор ПИД–закон управления и определены его настроечные параметры.

Выполненное в данной работе моделирование показало удовлетворительное качество управления температурой воды на выходе водогрейного котла, как по каналу задающего воздействия, так и по каналу возмущающего воздействия.

Понятие структурной схемы и ее звеньев, основные типы соединений. Правила преобразования структурных схем линейных систем. Вычисление передаточной функции одноконтурной и многоконтурной систем. Порядок переноса и перестановки сумматоров и узлов схем.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	31.01.2011
Размер файла	204,6 K

Подобные документы

Правила использования структурных схем для моделирования САР. Правила преобразования структурных схем. Статический регулятор прямого действия. Построение динамических моделей типовых регуляторов оборотов. Оценка устойчивости разомкнутых и замкнутых САР.

контрольная работа [395,5 K], добавлен 29.01.2015

Выбор и обоснование структурной схемы передатчика. Методы построения структурных схем одно-волоконных оптических систем передачи. Окончательный выбор структурной схемы передатчика. Мероприятия по охране труда.

дипломная работа [210,0 K], добавлен 18.03.2005

Проектирование цифровых и логических схем, как основных узлов судовых управляющих и контролирующих систем. Основные компоненты структурной схемы и алгоритм функционирования цифрового регистрирующего устройства. Синтез и минимизация логических схем.

курсовая работа [31,0 K], добавлен 13.05.2009

Временная избыточность цифровых систем управления. Построение структурной схемы. Преобразование структурной схемы и определение показателей надёжности. Расчет вероятности безотказной работы системы. Программный комплекс автоматизированного расчета.

дипломная работа [3,9 M], добавлен 16.06.2015

Нахождение аналитических выражений для частотных характеристик линейных систем автоматического управления. Построение при помощи компьютерной программы частотных характеристик задания. Использование заданных вариантов параметров динамических звеньев.

курсовая работа [161,1 K], добавлен 05.04.2015

Системы автоматического регулирования (САР), их виды и элементарные звенья. Алгебраические и графические критерии устойчивости систем. Частотные характеристики динамических звеньев и САР. Оценка качества регулирования, коррекция автоматических систем.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 16.02.2013

Математическая модель САР в виде систем дифференциальных уравнений. Представление линейной математической модели САР в виде взвешенного сигнального графа и структурной схемы. Нахождение главного оператора с помощью правил преобразования структурной схемы.

В расчетных системах управления ЭП для повышения диапазона регулирования и качества динамических процессов применяют различные структуры построения регуляторов, используются различные обратные связи.

Для статического и динамического расчета САУ необходимо составить структурную схему, на которой все элементы системы нужно представить их передаточными функциями. Это двигатель, ТП, регуляторы, датчики обратных связей (рисунок 6).

Рис. 2 -Структурная схема САУ

Передаточная функция ТП вместе с системой импульсно-фазового управления, как правило апроксируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени T_mn в пределах времени 0,006-0,01 с, что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы ТП.

Передаточная функция ТП имеет вид:

(5.1)

где K_mn - коэффициент передачи ТП.

Коэффициент передачи ТП изменяется в зависимости от величины управляющего напряжения и рассчитывается с использованием

регулировочных характеристик E_d₀ = f(α).

, (5.2)

где ΔEd — относительное значение ЭДС тиристорного преобразователя, В;

ΔU_y - относительное значение напряжения, В.

Электродвигатель постоянного тока при подключении обмотки возбуждения к постоянному напряжению, работает с постоянной магнитным потоком.

Передаточная функция имеет вид:

(5.3)

Якорная цепь ДПТ описывается передаточной функцией:

(5.7)

где Е_n - ЭДС преобразователя. В;

Е_дв - ЭДС двигателя, В.

Передаточная функция механической цепи ДПТ:

(5.5)

Поведение угловой скорости вращения описывается передаточной функцией электромеханического преобразователя в соответствии с основным уравнением движения ЭП:

(5.6)

Коэффициент обратных связей рассчитывается по формулам:

Коэффициент обратной связи по скорости К_ос определяется по формуле:

(5.7)

где = 10 В — максимальное напряжение управления;

- максимальная скорость механизма, рад/с.

(5.8)

Коэффициент обратной связи по току К_от:

где К_дт - коэффициент датчика тока;

(5.10)

где К_ш - коэффициент шунта.

Выбран шунт: тип 75 ШСН-5;

Номинальный ток: I_нш = 75А;

Номинальное падение напряжения: U_нш= 0,045 В.

Коэффициент шунта К_ш определяем по формуле:

, (5.11)

Коэффициент обратной связи по напряжению К_он:

(5.12)

Выходной координатой объекта управления является угловая скорость вращения ω_о, а промежуточными: якорный ток, ЭДС двигателя, напряжение якорной обмотки, электромагнитный момент, магнитный ток.

Для обеспечения требуемых статических и динамических параметров определим структуру системы.

Поскольку необходимо регулировать скорость и требуется динамика, то система должна иметь контур скорости и контур тока. Настройку контура обычно производят так, чтобы получить технически оптимальный переходный процесс, т.е. настройка на технический оптимум.

3.1 Расчет контура тока

Регулятор тока организован по ПИ-закону управления с настройкой на модульный оптимум. Регулятор для обеспечения требуемых динамических параметров должен компенсировать электромагнитную постоянную Т_я, а также малую постоянную времени контура тока Т₀₁ (рисунок9).

$Описание: C:\Documents and Settings\Lanos\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Oct08^75.jpg$

Рис. 3- Структурная схема по току

Передаточная функция регулятора тока имеет вид:

(6.1)

где К_р_m - пропорциональная часть регулятора тока;

- постоянная времени регулятора тока.

(6.2)

(6.3)

где - малая постоянная времени токового контура.

Т_от = 2 ∙ Т_тп = 2 ∙ 0,01 = 0,02 с, (6.4)

Согласно рисункам 4 и 5 запишем уравнения соответствия

динамических параметров системы и физических параметров схемы реализации:

$Описание: C:\Documents and Settings\Lanos\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Oct08^76.jpg$

Рис. 4 -Структурная схема РТ Рис. 5- Принципиальная схема РТ

Зададимся емкостью конденсатора C_ост = 1 мкФ = 0,000001 Ф, тогда согласно уравнению 2 системы 6.5, сопротивление R_ост составит:

, (6.6)

Представив значение С_ост = 1 мкФ в уравнение 3 системы 6.5, найдем сопротивление R_зт по формуле:

(6.7)

Подставив значение R_зт в 1 - е уравнение системы 6.5, получим, что сопротивление R_т составит:

(6.8)

По расчетам принимаем тип резисторов. Выбираем резисторы серии МЛТ.

Номинальная мощность: 0,125-2 Вт;

Диапазон сопротивления: 8,2 Ом – 10 МОм;

Рабочая температура: 125С 0 ;

Допустимые отклонения: 5, 10, 20.

Датчик тока предназначен для преобразования тока якоря пропорциональное ему напряжение и включает в себя датчик и согласующее устройство. В качестве измерительного преобразователя в датчике использован шунт. В качестве элемента гальванической развязки принимаем микросхему оптоэлектронную полупроводниковую, состоящую из оптопар и транзисторных прерывателей типа К249, КН1Г. Выходное напряжение равно 3,5 В, входной ток равен 20 мА. На выходе датчика должно быть напряжение 10В.

$Описание: C:\Documents and Settings\Lanos\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Oct08^77.jpg$

Рис. 6 - Принципиальная схема датчика тока

Раздел: Промышленность, производство
Количество знаков с пробелами: 15920
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 12

Читайте также: