Статистический расчет следящей системы

Размещено на http://allbest.ru

МИНОБРНАУКИ

Санкт-петербургский электротехнический университет “ЛЭТИ”

им. Ульянова-Ленина (СПБГЭТУ)

Кафедра Систем автоматического управления

доцент каф. САУ В.Е.Кузнецов_________«___»________2014г

Студент:

Группы 0491 Несынов В.С.___________«____»________2014г

Санкт- Петербург

1. Составление функциональной схемы системы

2. Выбор исполнительного двигателя и редуктора следящей системы

3. Выбор чувствительного элемента и демодулятора

4. Выбор и расчет усилителя для следящей систем

В качестве чувствительных элементов в следящих системах могут использоваться индуктивные, индукционные, потенциометрические, фотоэлектрические, емкостные и другие датчики. В проекте предполагается использование индуктивных, индукционных и потенциометрических датчиков положения.

При проектировании системы необходимо стремиться к ограничению количества используемых источников питания, типов элементов и номиналов выбранных элементов, что, в свою очередь, влияет на рациональное построение электрической схемы. Выбор величины напряжения источников питания и номиналов элементов следует производить в соответствии с используемыми на практике шкалами стандартных напряжений и типовыми рядами номиналов элементов.

1. Составление функциональной схемы системы

Структурная схема разрабатываемой следящей системы, изображенной на рисунке1, включает в себя следующие обязательные элементы построения, выбора и расчета:

Рис.1. Структурная схема СС

2. Выбор исполнительного двигателя и редуктора следящей системы

Нагрузка на выходной оси следящей системы определяется моментом статического сопротивления и моментом инерции , а также характером изменения управляющего сигнала характеризуется его амплитудой и частотой . Полагая, что точность воспроизведения следящей системой управляющего воздействия достаточно высока, можно считать, что наибольшая скорость вращения выходной оси системы

0,693*1=0,698 [рад/с]

0,698*12=0,698 [рад/с2]

Ориентировочный выбор мощности производится по моменту сопротивления MН и угловой скорости вала нагрузки щ0max в статическом (без ускорений) режиме работы:

,

P=(1.25-2.5)*200*0.698=139.6*(1.25-2.5)=349 [Вт]

где - в Вт;

- в Нм;

щ0max - рад/с; 1,2ч2,5 - коэффициент запаса мощности, необходимой для создания ускорений.

По номинальной скорости вращения двигателя nД и максимальной угловой скорости вала нагрузки определяется передаточное отношение редуктора

В следящих системах обычно используются редукторы с цилиндрическими и коническими колесами, которые обладают высоким коэффициентом полезного действия , возьмем:

Расчет редуктора в данном курсовом проекте производится в следующем порядке. Исходя из размеров двигателя, задаемся диаметром =0,1[м] и шириной =0,01 [м] первой шестерни и по формуле определяется момент инерции :

Выбираем отношение , соответствующие передаточные числа шестерен ,, и определяем значение приведенного момента инерции редуктора :

Рис. 2.1. Установочные размеры двигателя типа МИ-32

Таблица 2.2. Технические данные двигателя типа МИ-32

Рис.2.2. Кинематическая схема редуктора.

По данным двигателя (), редуктора (, и ), нагрузки ( и ) и вычисленному ускорению вала нагрузки вычислим эквивалентный момент на валу двигателя:

Условием работоспособности выбранного двигателя является соотношение:

Передаточная функция двигателей, как отношение угла поворота вала к напряжению питания , в общем виде описывается интегрирующим и колебательным звеньями

где - коэффициент передачи двигателя; - электромеханическая постоянная двигателя; - электромагнитная постоянная двигателя.

Величина электромагнитной постоянной времени обычно в несколько раз меньше электромеханической постоянной, поэтому часто пользуются упрощенной передаточной функцией

Для вывода передаточной функции двигателя постоянного тока :

1) определим постоянную

где - номинальное напряжение двигателя;

- номинальный ток якоря двигателя;

- сопротивление обмотки якоря двигателя;

- номинальная скорость вращения;

2) определиv постоянную

3) определим коэффициент передачи двигателя

4)определим постоянную времени

3. Выбор чувствительного элемента и демодулятора

С помощью чувствительного элемента в следящей системе осуществляется сопоставление выходной величины с входной , в результате чего формируется ошибка замкнутой системы, которая затем преобразуется в электрический сигнал. Часто управляющее воздействие задается в виде угла поворота входной оси. Чувствительный элемент в этом случае состоит из датчика и приемника углового перемещения, в качестве которых широкое применение нашли потенциометры и вращающиеся трансформаторы.

Вращающиеся трансформаторы:

Рис.3.1 СКВТ в режиме дистанционной передачи

Рис. 3.2 Схема включения синусно-косинусных вращающихся трансформаторов как датчика и приемника в следящей системе.

Коэффициент передачи чувствительного элемента в этом случае:

где - угол рассогласования СКВТ в градусах, - коэффициент трансформации СКВТ.

Согласование ВТ приемника с последующими элементами системы может осуществляться с помощью операционного усилителя, имеющего большое входное сопротивление.

Схема включения линейных ВТ, приведенная на рис. 3.3, образуется особым включением синусно-косинусных ВТ. Коэффициент передачи чувствительного элемента в этом случае равен

где - ЭДС в режиме работы ЛВТ определяется

Основные технические данные вращающихся трансформаторов приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2

Расчет тиристорного преобразователя начинается с выбора симисторов и диодов выпрямительных мостов.

Максимальное значение напряжения Uм приложенного к симистору зависит от амплитудного значения напряжения питающей сети с учетом возможного его повышения на 10% () и максимального значения перенапряжения ():

UМ=2,3*220=506 [B]

Рис.4.1 Функциональная схема ТП

IМ=2.5*4.2=10.5 [A]

Зная величины и по справочнику выбирают необходимый симистор из условия, чтобы постоянный ток в открытом состоянии превосходил , а постоянное напряжение в закрытом состоянии превосходило : > , > .

Для надежного открытия симистора его система управления должна обеспечивать отпирающий постоянный ток управления , протекающий через управляющий электрод, не менее значения тока включения .

Диоды выпрямительного моста выбираются аналогичным образом по прямому току и обратному напряжению , чтобы выполнялось условие > , > .

При формировании пилообразного напряжения ГПН частота “пилы” равна удвоенной частоте сети ГПН = 2 с. Напряжение, интегрируемое интегралом ГПН, определяется выражением

где = - 15 В, t = 1/2 С.

Напряжение управления UУ, поступающее с выхода регулятора тока UPT, обычно ограниченно и составляет несколько вольт, что обусловлено максимально допустимым током в якоре электродвигателя.

Напряжение управления UУ по амплитуде не должно превышать высоту пилы, которая на практике составляет 4 … 5 В.

Выбрав напряжение UГПН ( t ) = 4…5[В], при t = 1/2с, находим значение R11 и С2 интегратора.

Рис.4.2 Принципиальная схема ТП

Для реализации «логики» ЛПУ рекомендуется использовать микросхемы серии К511 - так называемой высокопороговой логики, напряжение питания которых составляет +15 [В], что хорошо сочетается с остальными аналоговыми микросхемами.

Микросхемы серии К511ЛА1

Корпус прямоугольный металлостеклянный 201.14-7. Выводы общий - 7, Uип-14. Напряжение источника питания: + 15 [B]±10 %.

Таблица 4.1 Параметры К511ЛА1

1) U1вых микросхемы К511ЛА3 измеряется при Iвых = -0,05 мА.

2) При U0вх = 6,0 В.

3) При U1вх = 4,5 В.

Рис. 4.3 Цоколевка К155ЛА1

Рис.4.4 ЛПУ.

Состояния RS-триггера (DD4, DD5 из рис. 4.3):

- включающее комплект “Вперед” ;

- включающее комплект “Назад”

Рис.4.5 Принципиальная схема СИФУ одного канала управления ТП.