Сельсины - часть системы автоматического регулирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описание системы

Главной частью системы автоматического регулирования являются сельсины.

Система выполнена в виде системы слежения.

В системе автоматического регулирования заглубления рабочего органа скрепера реализована трансформаторная схема включения сельсинов.

Т.е. угол поворота задающей оси определяет положение ротора сельсина-датчика, а угол поворота управляемой оси - положение ротора сельсина-приемника. При согласованном положении роторов выходной сигнал Uвых=0. При рассогласовании в однофазной обмотке сельсина-приемника формируется э.д.с. Трансформаторная схема включения сельсинов выявляет сигнал рассогласования (ошибки) и формирует его в виде напряжения. В данной схеме сигнал ошибки есть напряжение в однофазной обмотке сельсина-приемника.

Элемент сравнения выполняет логическую операцию вычитания двух величин и формирует сигнал ошибки.

После того как сигнал ошибки сформировался, он идет на усилитель, где усиливается и идет на исполнительный механизм. Усилитель состоит из двух каскадов усиления. Первый каскад усиления - электронный усилитель, второй - электромашинный.

Также в системе автоматического регулирования присутствует мнимая (условная) связь, т.е. мы контролируем не причину (само заглубление), а следствие (пробуксовку ведомого и ведущего колес). Так как при увеличении заглубления отвала сила сопротивления на отвале увеличивается это приводит к пробуксовке ведущих колес относительно ведомых. Эта пробуксовка улавливается сельсинами и преобразуется в сигнал ошибки, который, пройдя через усилитель, усиливается и поступает к исполнительному механизму, а исполнительный механизм уменьшает заглубление отвала.

2. Выбор элементов САР и согласование их параметров

Системы автоматического регулирования могут работать в двух основных режимах: установившемся и неустановившемся. Установившейся режим при постоянных внешних воздействиях называется статическим режимом работы системы автоматического регулирования.

Состояние любого элемента системы характеризуется совокупностью соответствующих входных и выходных величин - обобщенных координат. Для характеристики состояния элемента выбирают одну обобщенную координату на входе и одну - на выходе. Зависимость хвых = f(хвх) в установившемся режиме есть статическая характеристика элемента. Поведение системы в установившемся режиме определяется поведением каждого элемента системы.

2.1 Выбор двигателя

Мощность двигателя Р, кВт:

(1)

где F - усилие заглубления рабочего органа машины, кН (F = 4,5 кН);

v - скорость заглубления рабочего органа, м/с (v = 0,16 м/с);

- к.п.д. привода ( = 0,7).

кВт.

Выбираем двигатель МИ - 42 со следующими характеристиками:

Напряжение U, В 110

Мощность на валу Р, кВт 1,1

Частота вращения n, об/мин 1000

Сила тока якоря Iz, А 12,6

Сопротивление якоря Rя, Ом 0,75

Сопротивление обмотки возбуждения Rо.в. , Ом 178

Коэффициент преобразования двигателя Кдв, :

(2)

где nх - число оборотов двигателя на холостом ходу, об/мин:

(3)

об/мин;

.

2.2 Выбор датчиков

Число оборотов сельсинов в синхронно-синфазной звязи не должна превышать 400 - 425 об/мин.

Сельсины выбираем по [1].

Выбран сельсин БС-155 со следующими характеристиками:

Первичное напряжение, В 110

Вторичное напряжение, В 955

Частота, Гц 400 (500)

Потребляемая мощность, Вт 4

Потребляемая сила тока, А 0,15

Коэффициент преобразования сельсина Кс, В.град-1

 (4)

где U(30) - напряжение на выходе сельсина, соответствующее углу

рассогласования, равному 30 градусов, В (принято U(30) = 50 В [1]).

2.3 Выбор усилителя

Электромашинный усилитель подбирается из условия:

(5)

Принят электромашинный усилитель ЭМУ-25 со следующими характеристиками:

Напряжение на выходе Uэму, В 115

Мощность на выходе Р, кВт 1,2

Сила тока на выходе I, А 10,4

Омическое сопротивление обмотки управления ЭМУ Ry, Ом 985

Номинальная сила тока в обмотке управления ЭМУ Iy, mА 22

Коэффициент преобразования ЭМУ Кэму:

(6)

где Uдв - напряжение на якорных зажимах исполнительного двигателя, В

(Uдв = Uэму = 115 В);

Iу - сила тока в обмотке управления ЭМУ, А (Iу = 2210-3 A);

Rу - сопротивление обмотки управления ЭМУ, Ом (Rу = 985 Ом).

.

В статической системе коэффициент преобразования системы К в установившемся режиме:

(7)

где Д - статизм системы, % (Д = 7,0 %).

.

Коэффициент преобразования фазо-чувствительного усилителя:

(8)

где Кэс - коэффициент преобразования элемента сравнения (Кэс = 1);

Кред - коэффициент преобразования редуктора:

(9)

где - частота вращения колеса скрепера, об/мин:

(10)

где vмаш - рабочая скорость машины, км/ч (принята vмаш = 5км/ч);

D - диаметр колеса скрепера, м (принят D = 1,2м);

об/мин;

;

Кмс - коэффициент преобразования мнимой связи (Кмс = 1).

Принимаем два каскада по 8,09 каждый.

3. Определение передаточных функций элементов и всей системы

Изменение управляющих и возмущающих воздействий являются причиной возникновения в САР переходных (динамических) процессов. При анализе процессов в системе автоматического регулирования дается оценка трем характеристикам САР: устойчивости системы, качеству процессов регулирования и точности регулирования.

Оценка параметров, характеризующих поведение системы, наиболее простым способом производится по переходной кривой - графическому отображению процессов регулирования системы.

Для упрощения математического описания систему разбивают на элементарные звенья направленного действия. Описание системы можно получить как совокупность дифференциальных уравнений отдельных звеньев, дополненных уравнениями связи между звеньями, т.е. в виде системы дифференциальных уравнений.

Передаточная функция сельсина:

(11)

.

Аналогично [1].

Передаточная функция двигателя:

(12)

где Tм - электромеханическая постоянная времени двигателя, с (Tм = 0,1 с [1]).

.

Передаточная функция ЭМУ:

(13)

где Тэму - сумма постоянных времени цепи обмотки управления и поперечной цепи якоря ЭМУ, с (Тэму = 0,03 с).

.

Передаточная функция прямого тракта:

(14)

или

(15)

Характеристический многочлен имеет вид:

(16)

Характеристическое уравнение имеет вид:

(17)

.

скрепер двигатель заглубление датчик

4. Оценка устойчивости системы

Из коэффициентов стоящих перед s составляем матрицу.

По Критерию Рауса-Гурвича САР будет устойчивой, если выполняются два условия:

все коэффициенты характеристического уравнения положительны;

все главные диагональные миноры составленной из коэффициентов характеристического уравнения матрицы положительны.

Данная система автоматического регулирования устойчива, так как два условия из критерия Рауса-Гурвича выполняются.

5. Оценка качества системы

Для построения переходной функции заменим s на Ящ. После замены получим:

(18)

Преобразуем полученную функцию, т.е. сгруппируем отдельно мнимую часть, отдельно вещественную часть. После группировки получим:

(19)

Так как мнимая часть нам не нужна, то ее мы откинем. Вещественная частотная характеристика имеет слндующий вид:

(20)

Переходная функция примет вид:

(21)

Решение интеграла (21) и построение графика переходной функции производилось на персональном компьютере в программе “Mathcad 2000 Professional”.

Качество переходного процесса определяется рядом параметров:

точность регулирования;

время переходного процесса;

перерегулирование;

колебательность системы.

Точность регулирования оценивается ошибкой регулируемого параметра в установившемся режиме, значение которой определяется по установившемуся отклонению регулируемого параметра относительно заданного и выражается в процентах.

Время переходного процесса определяется интервалом от момента воздействия на систему до момента достижения регулируемым параметром установившегося отклонения, равного либо ошибки в установившемся режиме, либо заданной технологическими условиями величине ошибки, либо 5% относительно заданной величины.

Перерегулирование оценивается наибольшим отклонением регулируемого параметра относительно заданного значения во время переходного процесса. Оценивается в процентах относительно заданного значения.

Колебательность системы определяется числом колебаний регулируемого параметра за время переходного процесса. Оценивается целым числом.

Время переходного процесса данной системы t пп = 13с.

Перерегулирование = 18%.

Колебательность n = 2.

Список литературы

1. Расчет систем автоматического регулирования строительных и дорожных машин. Методические указания. Новосибирск, 1995. 48 с.

2. СТП НИИЖТ 01.01-2000. Курсовой и дипломный проект. Требования к оформлению. Новосибирск, 1993. 44с.

Размещено на Allbest.ru