Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа 1

Тема: Система автоматической стабилизации частоты вращения электропривода постоянного тока механического оборудования

Цель работы: Изучить принцип работы и устройство типового электропривода постоянного тока, исследовать его статические и динамические свойства. электропривод механизированный ток

Оборудование и приборы: Лабораторный стенд с самопишущим вольтметром.

Общие положения: В условиях механизированной металлообработки стабильность энергетических параметров режима, а также производительность во многом определяются работой электропривода. Электроприводы различных механизмов работают в условиях колебаний напряжения сети и изменения в широком диапазоне нагрузки момента сопротивления на валу двигателя. Учитывая последнее, пригодность привода будет определяться жесткостью его механической статической характеристики (рис. 1).

Рис. 1. Механические характеристики различных электродвигателей: 1 - постоянного тока с параллельным возбуждением; 2 - переменного тока трехфазного асинхронного; 3 - постоянного тока с независимым возбуждением; 4 - постоянного тока с последовательным возбуждением.

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением не применяют в приводах с регулируемой частотой вращения, с последовательным возбуждением имеет слишком мягкую характеристику. Чаще всего используют асинхронные трехфазные двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока с независимым возбуждением. Применение двигателей переменного тока требует редукторов с изменяющимся передаточным отношением (сменные шестерни, вариаторы, коробки скоростей), что снижает технико-экономические показатели оборудования. Изменение частоты вращения в двигателях постоянного тока с независимым возбуждением осуществляется изменением напряжения на якоре электродвигателя (рис. 2), но жесткость его естественной механической характеристики во многих случаях недостаточна.

Рис. 2. Регулировочные характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при регулировании изменением напряжения якоря

Механическая характеристика двигателя с независимым возбуждением выражается уравнением:

, (1)

где Ф - магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения;

Rя - сопротивление обмотки якоря;

Мс - момент сопротивления на валу двигателя;

Се, См - электромагнитная и электромеханическая постоянные двигателя.

Из уравнения следует, что характеристика тем жестче, чем меньше вычитаемое соотношение, которое определяется величиной магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. Чем больше мощность двигателя, тем больше магнитный поток обмотки, поэтому при выборе двигателя приходится завышать его мощность.

Чтобы избежать этого, применяют системы автоматической стабилизации частоты вращения. Такие системы широко используют в различном оборудовании. Применение системы автоматической стабилизации частоты вращения обеспечивает требуемую жесткость механической характеристики без завышения мощности двигателя и существенно ослабляет влияние колебаний сетевого напряжения при высокой надежности и относительно невысокой стоимости.

Принцип работы системы стабилизации, применяемой в механическом оборудовании, заключается в следующем. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением подключен к управляемому выпрямителю на тиристорах, который подает пульсирующее напряжение на якорь двигателя (рис. 3, а). Управление выпрямителем осуществляется электронным фазоимпульсным устройством ФИУ, вход которого подключен к усилителю напряжения У. Чем больше входное напряжение ФИУ, тем меньше угол отпирания тиристоров, больше среднее значение напряжения на якоре двигателя и больше частота вращения. На вход усилителя подается разность между напряжением задания Uз и частью напряжения с якоря Uя. Таким образом, на вход усилителя подается сигнал ошибки, получаемый в результате сравнения сигнала отрицательной обратной связи (Uя) с объекта регулирования (электродвигателя) и задающего воздействия (Uз). Увеличение момента сопротивления на валу электродвигателя приводит к снижению частоты вращения и сигнала обратной связи. Сигнал ошибки увеличивается, увеличивая соответственно входное напряжение ФИУ. В результате этого фазовый угол отпирания уменьшается, среднее напряжение на якоре двигателя увеличивается, и частота вращения возрастает до заданной. Такой принцип управления тиристорами называется вертикальным. Использование Uя непосредственно в качестве сигнала обратной связи возможно потому, что тиристор открыт лишь часть полупериода (рис. 3, б). В оставшуюся часть времени напряжение к якорю не прикладывается, он вращается по инерции, работая в режиме генератора, и создает ЭДС на щетках, пропорциональную своей частоте вращения. Величина этой ЭДС и используется как сигнал отрицательной обратной связи. Появление напряжения питания после открывания тиристоров вносит ошибку в этот сигнал, поэтому более точной должна быть система с использованием в качестве датчика частоты вращения тахогенератора, ЭДС которого строго соответствует частоте вращения.

В маломощных (менее 0,5 кВт) электроприводах тахогенераторы, как правило, не используются из-за трудностей их сочленения с электродвигателями и увеличения габаритов оборудования. Кроме того, управление двигателем происходит по пропорциональному закону, т.е. величина напряжения, подаваемого на якорь двигателя, пропорциональна величине ошибки.

а
б

Рис. 3. Функциональная схема системы стабилизации (а) и изменение напряжения на якоре двигателя (б)

При таком законе регулирования после устранения снижения частоты вращения, например, по причине увеличения момента сопротивления сигнал с якоря двигателя снова становится соответствующим заданной частоте, и, следовательно, величина напряжения с выпрямителя становится такой же, какой была до появления возмущения, т.е. недостаточной для поддержания требуемой частоты вращения при увеличенном в результате трения или других причин моменте сопротивления. Частота снова снизится, и система опять начнет устранять ошибку. В конце концов установится такой режим равновесия в системе, при котором переходный процесс прекратится, но частота вращения будет отличаться от заданной на величину так называемой статической ошибки. Такие системы называют статическими и ошибка в них неизбежна.

Несмотря на это, окончательная ошибка значительно меньше, чем без системы стабилизации, и не превышает 10 %, что удовлетворяет предъявляемым требованиям к электроприводам.

Принципиальная схема такой системы с незначительными упрощениями, связанными с работой других элементов управления, показана на (рис. 4) и обведена пунктирной линией. Работа схемы заключается в следующем.

Задающим элементом является потенциометр R1, сигнал с которого через резистор R3 подается на вход двухкаскадного усилителя сигнала ошибки на транзисторах VТ1 и VТ2. Сюда же через R4 подается сигнал с якоря двигателя М. Суммарный входной ток усилителя пропорционален разности сигналов, т.е. ошибке регулирования. Усилитель построен таким образом, что по мере открывания транзистора VТ1 транзистор VТ2 закрывается и наоборот. При максимальном входном сигнале в усилитель транзистор VТ2 будет максимально закрыт и выходное напряжение будет приближаться к напряжению питания (12 В). Появление сигнала обратной связи уменьшит степень открытия VТ1 и закрытия VТ2. Напряжение на выходе усилителя (R9) снизится до соответствующего заданному режиму частоты вращения. Для улучшения динамических свойств системы к выходу усилителя подключено корректирующее звено C1-R11, представляющее собой фильтр, сглаживающий скачки напряжения при резких случайных колебаниях нагрузки на двигатель.

Управляемый выпрямитель собран на тиристорах VS1 и VS2 и диодах VD6 и VD7. Система фазоимпульсного управления тиристорами работает по вертикальному принципу и состоит из генератора линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения (ГЛИН или ГПН) , порогового устройства (ПУ) и формирователя импульсов (ФИ). В ГЛИН входят мостовой выпрямитель VD9, диод VD1, транзистор VT3, резисторы R12...R15, конденсатор C2. При работе ГЛИН на вход транзистора VT3 через резистор R12 подается постоянное отпирающее напряжение, а через резистор R13 - пульсирующее запирающее Uз (рис. 5). Сопротивления R12 и R13 подобраны таким образом, что большую часть полупериода VT3 заперт (Uз > Uзvтз, рис. 5) и конденсатор С2 заряжается через резисторы R14 и R15. Напряжение на конденсаторе С2 возрастает практически линейно (Ur, рис. 5). В конце каждого полупериода, когда запирающее напряжение падает до нуля, VT3 отпирается и происходит быстрый разряд С2 через диод VD1 и открывшийся транзистор. В результате напряжение на С2 имеет форму зубьев пилы, практически линейно и совпадает по фазе с питающим напряжением Uc. К напряжению на С2 прибавляется напряжение с усилителя через R10, величиной которого можно регулировать скорость нарастания напряжения на С2, изменяя время достижения порогового значения.

Выход ГЛИН подключен к пороговому устройству, представляющему собой триггер Шмитта на транзисторах VT4 и VT5. Триггер имеет эмиттерную связь, за счет которой в отличие от рассмотренного выше усилителя ошибки каждый транзистор может находиться лишь в крайних положениях: либо полностью открыт, либо полностью закрыт. При малом входном сигнале транзистор VT5 открыт и насыщен, а VТ4 закрыт за счет падения напряжения на резисторе R13 (Uп, рис. 16). Когда входной сигнал ПУ становится больше Uпор, происходит срабатывание триггера: транзистор VT4 отпирается, а VT5 запирается.

Благодаря положительной обратной связи через резистор R18 процесс переключения происходит лавинообразно. После снижения входного напряжения до уровня ниже порогового напряжения обратного переключения (несколько ниже, чем включения) триггер возвращается в исходное состояние.

	Рис. 4. Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда с системой стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Момент срабатывания ПУ определяется, как указывалось выше, величиной напряжения с усилителя ошибки, т.е. чем больше ошибка, тем раньше произойдет срабатывание. Появление напряжения на выходе ПУ приводит к отпиранию транзистора VT6 ФИ. В результате этого управляющие электроды тиристоров VS1 и VS2 подключаются через VD2 и VD3, R24 и VT6 к анодам и происходит открывание того тиристора, на котором в данный момент времени полярность соответствует его схеме подключения. Независимо от времени открытия транзистора VT6 ток через управляющий электрод тиристоров проходит в виде импульсов, так как после отпирания тиристора прекращается (iy, рис. 16). Угол отпирания тиристора соответствует фазовому углу, при котором происходит срабатывание ПУ, а значит, является функцией управляющего напряжения Uз. Увеличение Uз приводит к увеличению скорости нарастания напряжения на С2 (правая часть рис. 16) , уменьшению фазового угла срабатывания ПУ и угла отпирания тиристоров, а следовательно, к увеличению напряжения на якоре электродвигателя и увеличению частоты вращения.

Работоспособность системы автоматической стабилизации определяется не только ее статической ошибкой (жесткостью механической характеристики), но и ее динамическими свойствами, т.е. качеством регулирования.

Динамические свойства объекта характеризуются постоянной времени Т и временем регулирования tp. Постоянная времени Т - условное время изменения регулируемой величины вследствие действия мгновенного единичного возмущения, если бы это изменение происходило с постоянной и максимальной для этого процесса скоростью.



Рис. 5. Временные диаграммы работы элементов системы стабилизации

Время регулирования tр на практике принимают равным времени, при котором регулируемая величина достигнет заданного значения с допустимой относительной ошибкой. Из теории автоматического регулирования известно, что электродвигатель является апериодическим звеном второго порядка, переходный процесс которого при анализе его как объекта регулирования представляют, пренебрегая изменением регулируемой величины на начальном участке, в виде двух звеньев: звена чистого запаздывания и последовательно подключенного апериодического звена первого порядка (рис. 6, а).

а б

Рис. 6. Переходный процесс апериодического звена второго порядка (а) и упрощенный при рассмотрении звена как объекта регулирования (б)

Графическое определение Т и tр показано на (рис. 6, б). Постоянная времени определяется как отрезок на оси времени от точки касания касательной, проведенной к кривой, до точки пересечения ее с линией установившегося значения. Обычно проводят касательные к нескольким точкам и определяют среднее значение Т. Чем меньше Т, тем быстрее работает система, тем меньше влияние возмущений на процессы металлообработки, где используется привод.

Описание лабораторного стенда: Лабораторный стенд представляет собой развернутую на лицевой панели систему автоматической стабилизации частоты вращения (САС ЧВ) с обозначением блоков, измерительными приборами и гнездами подключения электромагнитного тормоза. Включение стенда осуществляется выключателем в левой части стенда. Выше на этой же панели находится выключатель сетевого напряжения «0,9Uн - Uн - 1,1Uн». В правой части стенда расположен электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением и электромагнитный тормоз. Питание тормоза осуществляется через выключатель блока питания лабораторного стенда электромагнитных реле (с противоположной стороны) , а включение торможения обеспечивается выключателем S в верхнем правом углу. Гнезда подключения катушки магнита тормоза (К) находятся на правом торце стенда.

Электродвигатель соединен с тахогенератором, подключенным к вольтметру со шкалой, проградуированной по частоте вращения. Номинальная частота вращения обозначена на шкале красной линией.

В правой нижней части стенда находится переключатель вида обратной связи «Uя - Uг»: связь по напряжению с якоря или тахогенератора.

Электродвигатель запускается трехпозиционным переключателем в правой части стенда. Правое его положение - включение без системы стабилизации, левое - с системой. В первом случае регулирование частоты вращения осуществляется рукояткой «мотор» в левой части стенда, во втором - потенциометром в начале схемы управления. Электрическая схема стенда показана на рис. 4.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить работу схемы системы стабилизации по отдельным блокам и в целом.

2. Установить переключатель S в правое положение и включить питание магнита тормоза. Убедиться, что шкив на валу двигателя не заторможен.

3. Установить рукоятку «мотор» в крайнее левое положение и включить стенд.

4. Включить электродвигатель на работу без стабилизации и установить рукояткой «мотор» номинальные обороты.

5. Выключателем S включить торможение и определить статическую ошибку частоты вращения.

6. Изменяя напряжение сети (0,9Uн и 1,1Uн), определить ошибки при включенном тормозе.

7. Выключить двигатель и тормоз.

8. Определить ошибки частоты вращения при торможении (п. 5, 6) при значении частоты вращения, равной половине номинальной.

9. Выключить двигатель и отключить тормоз.

10. Установить рукоятку «мотор» на максимально возможное положения.

11. Включить двигатель в систему стабилизации с обратной связью по напряжению якоря (Uя) . Регулятором Uз установить номинальные обороты.

12. Выполнить для системы стабилизации п.п. 5, 6, 7, 8, 9, и определить статические ошибки при изменении Uс и при оборотах, равных половине номинальных.

13. Определить таким же образом статические ошибки регулирования при нагрузке, заменив обратную связь по напряжению с якоря двигателя связью через тахогенератор.

14. По статическим ошибкам определить относительные ошибки для каждого случая.

Содержание отчета:

1. Название работы.

2. Результаты измерений и расчетов ошибок с указанием условий измерений и режимов работы двигателя в виде сводной таблицы.

Контрольные вопросы:

Какие требования предъявляются к электроприводу механического оборудования?

Какие типы двигателей применяют в механическом оборудовании и почему?

В чем преимущества систем стабилизации?

Как определить тип системы: статическая или астатическая?

Какие недостатки имеют статические системы?

Расскажите работу отдельных блоков системы.

Опишите поведение системы при обрыве обратной связи.

Сделайте выводы по результатам измерений о преимуществах применения систем стабилизации.

Лабораторная работа 2

Тема: Элементы синтеза систем с путевым контролем

Цель работы: Синтез простейших схем систем с путевым контролем с их реализацией и демонстрацией на лабораторном стенде.

Оборудование и приборы: Лабораторный стенд с электромагнитными реле, бесконтактными логическими элементами и исполнительными механизмами.

Выполнение лабораторной работы предусматривает как наличие сведений по соответствующему разделу курса (материал уже рассмотрен на других видах занятий), так и их отсутствие. В первом случае необходимо по указанию преподавателя перейти сразу к примерам 4, 5, во втором - начать с рассмотрения общих положений.

Общие положения: Многие промышленные установки работают по жесткому циклу, внутри которого после окончания одной операции начинается следующая и так далее в неизменной последовательности. Такие системы называются однотактными системами с путевым контролем. В этих системах после окончания операции срабатывает путевой выключатель любой конструкции и таким образом осуществляется отключение одних исполнительных механизмов и подключение других. Так как система работает по циклу, то каждый элемент системы может иметь не менее двух состояний (включен и выключен) или любое четное число (тоже многократно). Если все механизмы определены и имеется словесное описание установки (алгоритма функционирования), то задачей конструктора является составление принципиальной электрической схемы, которая реализуется на электромагнитных реле или электронных бесконтактных логических элементах. В простейших случаях это может быть сделано на основании логических рассуждений, в более сложных применяют формализованные методы, используя циклограммы, графы, карты Карно и алгебру логики.

Граф - это условная запись событий (в технике включение или выключение элемента), которые находятся во взаимосвязи. События обозначают заглавными буквами (вершины графа), а связи между ними стрелками (ребра графа). Над ребрами указывают изменение входов - выходов. Стрелка, указывающая на событие, обозначенное буквой - вход, а выходящая из него - выход.

Включение обозначается символом (буквой) без каких-либо дополнений (логическая 1), выключение тоже, но с чертой сверху (логическое отрицание, т.е. 0).

Пример 1.

В промышленной установке осуществляется возвратно-поступательное движение рабочего органа (РО) с помощью электродвигателя постоянного тока, подключаемого двумя электромагнитными реле К1 и К2 с помощью двух путевых выключателей s1 и s2 (рис. 7).



Рис. 7. Электропривод с путевым контролем

Последовательность работы схемы следующая. После подключения питания срабатывает реле К1 (событие) и включается контакт k1. Вследствие этого электродвигатель M перемещает рабочий орган (РО), s2 выключается, а s1 включается: k1, s1, s2 - изменения выхода, которые являются входными переменными для следующего события, изменяющиеся в той же последовательности, как это происходит в реальном времени.

Вышесказанное в виде графа записывается следующим образом:

Далее K1 выключается и размыкается k1, затем включается K2 и замыкается k2, начинается обратное движение, при этом s1 выключается, а s2 включается. После возвращения РО в исходное положение K2 и k2 выключаются, и все начинается сначала. Полностью граф будет выглядеть следующим образом:

Построение схемы (синтез) осуществляется с помощью карт Карно, составляемых для вершин графа. Карт представляет собой прямоугольник, состоящий из квадратов, количество которых два в степени «n», где n - число рассматриваемых для данной вершины переменных (рис. 8).

а б
в г

Рис. 8. Карты Карно: а - для одной переменной; б - четырех переменных; в - двух переменных; г - трех переменных

Клетки карты кодируются циклическим кодом Грея с помощью 0 и 1, обозначающих состояние переменных. В каждой клетке происходит изменение лишь одного разряда в сравнении с соседними. В первую очередь на графе определяют начало цикла. В рассматриваемом примере нет смысла его менять, т.е. начало - это момент включения K1. После этого определяют существенные переменные для каждого события и строят для него карту Карно.

Для K1 существенными переменными, изменяющими его состояние (крайние обозначения на ребрах графа, входящих в K1), являются k2 и s1. Следовательно, имеем карту Карно из четырех квадратов (рис. 9, а).

На начале цикла K1 (первое событие на графе) включено (1), а k2 и s1 выключены (0). Исходя из этого в клетке, где k2 = 0 и s1 = 0 ставим 1 и отмечаем ее, как начало цикла (рис. 9, б).

Далее двигаемся по циклу. Изменение k2 и s1 для K1 не имеет значения, поэтому следующее - s1. s1 включается (1), переходим в нужную клетку, а K1 выключается - ставим в этой клетке 0 (рис. 9, в).

а б в
г д

Рис. 9. Построение карты Карно для реле К1: а) определение существенных переменных; б) определение начало цикла; в), г), д) заполнение карты

Дальше k2 выключается, а K1 остается выключенным (рис. 9, г). После этого s1 выключается, K1 остается выключенным (отмечаем на карте) и, наконец, k2 выключается и K1 включается (рис. 9, д).

Приходим в туже клетку, из которой начали, получив тоже значение для K1. В каждой клетке только одно значение K1 (0 или 1), т.е. противоречий нет и можно приступать к построению схемы. Для этого в карте Карно выделяют подкубы - объединения клеток со значением К1 = 1. В данном случае это одна клетка, но в общем случае может быть подкуб с числом клеток два в степени k, где k - число переменных. Это будет в том случае, если клеток со значением 1 несколько, и они являются соседними, то есть такими, в которых при переходе из одной в другую происходит изменение состояния только одной переменной. В противном случае образуется несколько подкубов. Переменные, входящие в подкуб и не изменяющие своего значения в пределах этого подкуба записываются в виде произведения значений, которые они имеют (0 или 1). Если подкубов несколько, то они образуют сумму произведений, в данном случае один подкуб. В клетке, где K1 равно 1, k2 и S1 равны 0. Таким образом, структурная формула для K1: .

Произведение двух переменных в алгебре логики есть логическая операция «И», а с отрицанием - «ИЛИ-НЕ». На схеме - это последовательное соединение двух замкнутых контактов (рис. 10).

Рис. 10. Принципиальная схема управления реле К1

Проделайте то же для K2, достройте схему и покажите преподавателю.

Пример 2.

В той же установке после выключения K1 включается устройство, проводящее технологическую операцию ТО, которая задерживает включение K2 на 3 секунды и отключается после начала обратного движения.

Граф функционирования системы:

Выдержка времени в системе управления осуществляется с помощью различных реле времени КТ, имеющих контакт kt. С учетом этого граф будет выглядеть следующим образом:

Для K1 построение схемы такое же, что и в примере 1. Для K2 три существенные переменные s2, k1, kt. Строим карту и отмечаем начало цикла.

В начале цикла (или в конце его - это одна и та же точка) K2, k1 и kt - 0, а s2 - 1 (рис. 11, а). Перемещаясь по графу, принимая, что k1 срабатывает раньше, чем kt (это решает конструктор, если нет оговорок), заполняем карту (рис. 11, б).

Рядом с клеткой, где s2 = 1, есть незаполненные (неопределенные) клетки. При объединении клеток в подкубы соблюдаются следующие правила:

Клетки карты со значением 1 должны быть включены хотя бы в один подкуб.

Подкуб должен объединять возможно большее число клеток (тогда минимально необходимое количество контактов).

Одна и та же клетка может быть включена в разные подкубы, если это способствует увеличению подкуба.

Размеры подкубов могут быть увеличены за счет включения в них клеток, которые оказались неуказанными (неопределенными).

Число подкубов должно быть минимальным.

а)
б)
в)
Рис. 11. Построение карты Карно для реле К2: а - определение начало цикла; б - заполнение карты; в - объединение подкубов

Для данного случая в отличие от примера 1 необходимо учесть еще правило 4. Тогда подкуб будет включать в себя две клетки (рис. 11, в).

Структурная формула для подключения K2: f(K2) = kt?s2.

Для ТО одна переменная - s1. Карта для нее имеет две клетки (рис. 12). Структурная формула для ТО: f(TO) = s1. Для КТ определите формулу самостоятельно.

Рис. 12. Построение карты Карно для реле ТО

Принципиальная схема системы управления показана на (рис. 13).

Рис. 13. Принципиальная схема системы управления электроприводом с технологической операцией

Пример 3

Перемещение рабочего органа в отличие от предыдущих примеров происходит при помощи пневмоцилиндра, управляемого электропневмозолотниками с электромагнитами Y1 и Y2 (рис. 14).

Рис. 14 Пневмопривод с путевым контролем

По условию работы золотника электромагниты не могут быть включены одновременно, поэтому граф функционирования будет иметь вид:

Начинаем построение с Y1. Для Y1 существенные переменные s1 и s2. Строим карту и осуществляем движение по циклу (рис. 15).

Рис. 15. Построение карты Карно для электропневмозолотника Y1

На участке перехода от s1 к противоречие - в квадрате s2 = 0 и s1 = 0 два состояния вершины при одних и тех же значениях переменных. Отмечаем этот участок на графе.

Для устранения противоречий существуют следующие правила.

К существенным переменным добавляем переменную, которая на участке противоречия изменяет свое значение нечетное число раз.

Если такой нет, то вводится элемент памяти - реле со своим контактом.

Для данного примера подходит правило 2. Вводим дополнительное реле X, которое так же, как и другие элементы, должно иметь два состояния: одно - принимать на участке противоречия (X), а противоположное - там, где это удобно, в данном случае в конце. С учетом вышесказанного переписываем граф.

Теперь для Y1 существенная переменная x. Строим карту (рис. 16) и определяем структурную формулу: f(Y1) = . Аналогично для Y2: f(Y2) = x.

Рис. 16. Построение карты Карно для электропневмозолотника Y1 с дополнительным реле X

Для нового элемента X существенные переменные s1 и s2. Строим карту и движемся по ней (рис. 17, а).

На участке s1 - осталось противоречие, но теперь имеется переменная x, изменяющаяся один раз. Применяем правило 1. Строим карту для трех переменных для X = f(s1, s2, x) и двигаемся по графу (рис. 17, б).

Согласно правилам выделения подкубов имеем два подкуба. Первый включает нижний горизонтальный ряд клеток, где s1 = 1, а второй состоит из двух вертикальных клеток со значениями s2 = 0 и x = 1. Исходя из этого, структурная формула для X: .

а	б
Рис. 17. Построение карты Карно для дополнительного реле X: а - с противоречием; б - без противоречия

Теперь все вершины определены, строим принципиальную схему. Обмотки электромагнитов Y1 и Y2 имеют в своих цепях по одному контакту, а для X путевой выключатель s1 (замыкающий) подключается параллельно к цепи из двух последовательно включенных замкнутого путевого выключателя s2 и замыкающего контакта x. Принципиальная схема устройства показана на (рис. 18).

Рис. 18. Принципиальная релейная схема управления пневмоприводом

Используя безконтактные логические элементы (см. лабораторную работу №2), преобразуем схему в безконтактную (рис. 19).



Рис. 19. Принципиальная безконтактная на логических элементах
схема управления пневмоприводом

Пример 4

Устройство имеет два пневмопривода, попеременно перемещающих рабочий орган в плоскости по двум координатам. Пневмоприводы управляются двумя электрозолотниками с электромагнитами Y1, Y2 и Y3, Y4, включение которых производится путевыми переключателями s1, s2 и s3, s4.

Граф функционирования системы управления:

Постройте принципиальную электрическую схему устройства или часть ее по указанию преподавателя. Противоречия в данном случае решаются согласно правилу 1.

Пример 5

Устройство аналогичное, как в примере 4, но с другой последовательностью движения рабочего органа и с электроприводами. Управление электроприводами осуществляется с помощью электромагнитных реле и путевых выключателей.

Граф функционирования системы управления:



Используя полученные при решении предыдущих примеров навыки, постройте принципиальную схему устройства или часть ее по указанию преподавателя. Преобразуйте полученную схему в бесконтактную.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд включает в себя лицевую панель, блок с реле времени и усилителями и манипулятор. На лицевой панели стенда в левой его половине находятся электромагнитные реле, обмотки, и контакты которых выведены на гнезда наборного поля. В нижней части этого поля находятся кнопки «Пуск», «Стоп» стенда. На правой половине лицевой панели расположены гнезда, к которым подключены выводы путевых выключателей и микросхем с логическими элементами И-НЕ, И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ. В середине панели справа находятся гнезда источников питания +27В и +5В для релейных схем и бесконтактной логики соответственно. С правой стороны стенда находится пульт с выключателем сети, кнопки проверки приводов манипулятора и установки его в исходное положение. Ниже расположен переключатель, подключающий схему управления электродвигателями (М) и схему, моделирующую управление пневмоцилиндрами (Р).

Манипулятор обеспечивает перемещение рабочего органа, обозначенного сигнальной лампой, мигающей при выполнении технологической операции (ТО). Два электродвигателя обеспечивают возвратно-поступательное перемещение и поворот рабочего органа на угол около 90. Рядом с манипулятором слева от него находится блок с реле времени и усилителями сигналов микросхем для включения исполнительных реле в бесконтактных схемах. Входы X и выходы Y усилителей, а также обмотка реле времени и его контакт подключены к гнездам с соответствующими обозначениями. Все обозначения на стенде соответствуют примерам 1-5. Исходным является положение манипулятора, при котором рабочий орган в крайнем левом и максимально удаленном положении. В этом случае будет обеспечиваться последовательность переключений путевых выключателей, соответствующая примерам лабораторной работы.

Порядок выполнения работы.

По указанию преподавателя построить несколько схем или часть их из примеров 1-5 и показать результаты преподавателю.

Ознакомиться с описанием стенда, установить манипулятор в исходное положение и собрать одну из схем по указанию преподавателя.

После проверки преподавателем собранной схемы подать нужное напряжение и продемонстрировать работу схемы.

Содержание отчета

Название работы

Исходные данные и решения заданных примеров.

Библиографический список

1. Андреев, Н. П. Основы синтеза дискретных систем управления [Текст] / Н.П. Андреев и др. - Омск : ОмПИ, 1989. - 52 с.

2. Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического регулирования [Текст] / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. - М.: Наука, 1975. - 768 с.

3. Игловский, И. Г. Справочник по слаботочным электрическим реле [Текст] / И. Г. Игловский, Г. В. Владимиров. - Л. : Энергоатомиздат, 1990. - 560 с.

4. Теория автоматического управления [Текст] / В. Н. Брюханов [и др.] ; Под ред. Ю. М. Соломенцева. - М. : Высш. шк., 2000. - 268 с. : ил.

5. Филлипс, Ч. Системы управления с обратной связью [Текст] / Ч. Филлипс, Р. Харбор. - М. : Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 616 с. : ил.

6. Черноруцкий, И. Г. Методы оптимизации в теории управления [Текст] : Учебное пособие / И. Г. Черноруцкий. - СПб. : Питер, 2004. - 256 с. : ил.

7. Шандров, Б. В. Технические средства автоматизации [Текст] / Б. В. Шандров. - М. : Издательский центр «Академия», 2007. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru

...