Система регулирования глубины рабочего оборудования мобильной машины с центробежным регулятором

Изучение схемы привода стола станка с фазовой системой числового управления. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика устройства. Анализ устойчивости разомкнутой системы. Построение графика вещественного процесса, корректирующего устройства.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

Введение

1. Описание работы и функциональная схема системы

2. Исходные данные

3. Математическая модель

4. Построение частотных характеристик

4.1 Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика

4.2 Логарифмическая фазо-частотная характеристика

5. Исследование устойчивости разомкнутой системы

5.1 Критерий устойчивости по Найквисту

5.2 По критерию Рауса

6. Построение желаемой амплитудной характеристики по показателям переходного процесса

6.1 Желаемая ЛАЧХ

6.2 Желаемая ЛФЧХ

7. Построение графика вещественного процесса

8. Построение графика переходного процесса

9. Построение корректирующего устройства

Вывод

Список литературы



Введение

Современная теория автоматического регулирования является основной частью теории управления. Система автоматического регулирования состоит из регулируемого объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект при изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием входных сигналов (управления или возмущения), изменяются регулируемые переменные. Цель же регулирования заключается в формировании таких законов, при которых выходные регулируемые переменные мало отличались бы от требуемых значений. Решение данной задачи во многих случаях осложняется наличием случайных возмущений (помех). При этом необходимо выбирать такой закон регулирования, при котором сигналы управления проходили бы через систему с малыми искажениями, а сигналы шума практически не пропускались.

Проектирование систем автоматического регулирования можно вести двумя путями: методом анализа, когда при заранее выбранной структуре системы (расчетным путем или моделированием) определяют ее параметры; методом синтеза, когда по требованиям, к системе сразу же выбирают наилучшую ее структуру и параметры.

Определение параметров системы, когда известна ее структура и требования на всю систему в целом, относится к задаче синтеза. Решение этой задачи при линейном объекте регулирования можно найти, используя, например, частотные методы, способ корневого годографа или изучая траектории корней характеристического уравнения замкнутой системы. Выбор корректирующего устройства методом синтеза в классе дробно-рациональных функций комплексного переменного можно выполнить с помощью графоаналитических методов. Эти же методы позволяют синтезировать корректирующие устройства, подавляющие автоколебательные и неустойчивые периодические режимы в нелинейных системах.

Дальнейшее развитие методы синтеза получили на основе принципов максимума и динамического программирования, когда определяется оптимальный с точки зрения заданного критерия качества закон регулирования, обеспечивающий верхний предел качества системы, к которому необходимо стремиться при ее проектировании. Однако решение этой задачи практически не всегда возможно из-за сложности математического описания физических процессов в системе, невозможности решения самой задачи оптимизации и трудностей технической реализации найденного нелинейного закона регулирования. Необходимо отметить, что реализация сложных законов регулирования возможна лишь при включении цифровой вычислительной машины в контур системы.

Формирование систем автоматического регулирования, как правило, выполняют на основе аналитических методов анализа или синтеза. На этом этапе проектирования систем регулирования на основе принятые допущений составляют математическую модель системы и выбирают предварительную ее структуру. В зависимости от типа модели (линейная или нелинейная) выбирают метод расчета для определения параметров, обеспечивающих заданные показатели устойчивости, точности и качества. После этого уточняют математическую модель и с использованием средств математического моделирования определяют динамические процессы в системе. При действии различных входных сигналов снимают частотные характеристики и сравнивают с расчетными. Затем окончательно устанавливают запасы устойчивости системы по фазе и модулю и находят основные показатели качества.

Далее, задавая на модель типовые управляющие воздействия; снимают характеристики точности. На основании математического моделирования составляют технические требования на аппаратуру системы. Из изготовленной аппаратуры собирают регулятор и передают его на полунатурное моделирование, при котором объект регулирования набирают в виде математической модели.

По полученным в результате полунатурного моделирования характеристикам принимают решение о пригодности работы регулятора с реальным объектом регулирования. Окончательный выбор параметров регулятора и его настройка выполняют в натурных условиях при опытной отработке системы регулирования.

Развитие теории автоматического регулирования на основе уравнений состояния и z-преобразований, принципа максимума и метода динамического программирования совершенствует методику проектирования систем регулирования и позволяет создавать высокоэффективные автоматические системы для самых различных отраслей народного хозяйства. Полученные таким образом системы автоматического регулирования обеспечивают высокое качество выпускаемой продукции, снижают ее себестоимость и увеличивают производительность труда.



1. Описание работы и функциональная схема системы

Рис.1 Схема привода стола станка с фазовой системой числового управления.

Объект управления - стол станка с закрепленной деталью - перемещается по направляющим с помощью силового цилиндра Ц. Инструмент производит обработку детали, которая должна двигаться с подачей, запрограммированной, например на магнитной ленте.

Система управления подачей стола работает следующим образом. С помощью магнитной головки считывания ЬГС снимается сигнал с магнитной ленты и поступает на вращающийся трансформатор ВТ и фазовый дискриминатор ФД. Ротор ВТ через шестерню входит в зацепление с рейкой стола. На выходе трансформатора формируется сигнал напряжения U по сдвигу фазы пропорциональный перемещению стока. Этот сигнал поступает на вход ФД. На выходе дискриминатора получает сигнал напряжения или тока, который является функцией разности фаз на магнитном передачи k. Увеличенный в усилителе-сумматоре постоянного тока УПТ управляющий сигнал поступает в электромеханический преобразователь ЭМП. Последний в зависимости от полярности и величины сигнала U, J осуществляет управление электрогидравлическим усилителем ГУ, который осуществляет перемещение цилиндра Ц с помощью рабочей жидкости. Для повышения динамических свойств привода в цепь управления могут вводиться КУ, которые работают от датчика скорости ДС или датчика ускорения ДУ объекта. В простых системах может вместо ВТ применяться датчик перемещения, сигнал от которого поступает непосредственно на УПТ. Объект управления непосредственно связан со штоком цилиндра Ц.

Размещено на

Размещено на

Рис.2 Структурная схема системы регулирования глубины рабочего оборудования мобильной машины с центробежным регулятором.

УПТ - усилитель-сумматор постоянного тока

ЭМП - электромеханический преобразователь

С-З - сопло-заслонка

ГУ - электрогидравлический усилитель

ВТ - вращающийся трансформатор

Ц - цилиндр



2. Исходные данные

Данные для синтеза:



3. Математическая модель

Сигнал от датчика Uoc поступает на усилитель - сумматор, который определяет ошибку регулирования

где Uo - управляющее напряжение и усиливает сигнал ошибки.

Усилители постоянного тока (УПТ) преобразовывают входной сигнал от датчика или другого элемента. УПТ выполняет функцию и сравнивающего устройства, т.е. алгебраического суммирования можно получить величину отклонения сигнала датчика U от сигнала задающего устройства Uo. Уравнение УПТ с коэффициентом усиления запишется:

Электромеханический преобразователь (ЭМП) предназначен для преобразования электрического сигнала, поступающего от усилителя в механическое перемещение регулирующего органа (сопла-заслонка, золотникового или клапанного распределителя). ЭМП относится к звену второго порядка и описывается дифференциальным уравнением:

где m - масса подвижных элементов ЭМП;

h - перемещение рабочего органа ЭМП (заслонки, якоря);

Lk и Rk - соответственно индуктивность и сопротивление обмотки электромагнитной катушки ЭМП;

C - жесткость возвратной пружины ЭМП;

- коэффициент передачи ЭМП;

Гидроусилитель «сопло-заслонка» с учетом ряда допущений.

Уравнение расхода в диагонали гидравлического мостика:

Уравнение сил, действующих на золотник:

где - расход, поступающий на перемещение золотника при смещении заслонки;

где - перепад давления на выходе «сопло-заслонки», равный переп...