Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Мая 2013 в 09:34, курсовая работа
С применением микропроцессоров в станках возрастает число программируемых координат. Это приводит к увеличению скоростей рабочих подач и перемещений. В связи с этим повышаются и требования к показателям привода - быстродействию, точности, надежности. Без решения этих вопросов невозможно реализовать возрастающие возможности управления механизмами с применением микропроцессорной техники. Для снижения потерь мощности и нагрева, увеличению надежности и упрощения обслуживания гидравлические приводы были заменены электрическими.
Введение-------------------------------------------------------------------------------3
Основная часть----------------------------------------------------------------------4
2.1 Описание функциональной схемы---------------------------------------------4
2.2 Расчет параметров структурной схемы---------------------------------------5
2.3 Расчет параметров регулятора тока электропривода--------------------- 8
2.4 Расчет параметров регулятора скорости привода-------------------------14
2.5 Расчет параметров контура регулятора положение электропривода-20
2.6 Моделирование САУ---------------------------------------------------------------24
Таблица переходных процессов--------------------------------------------------29
Заключение-----------------------------------------------------------------------------31
Список литературы------------------------------------------------------------------32
Rя 0,52
Sм(о) = ––––––––––––––––– = ––––––––––––––––––––––––– = 0,464
Тм *(Кф)2 * (1+Кр2) 0,047*(0,668)2*(1+52,
Ем = Sм(о) * Мс = 0,464*7,006 = 3,258
Мс = Рном/Wном = 1100/157 = 7,006 (кВт)
Для определения коэффициента передачи П-регулятора скорости построим ЛАЧХ
Рис.6
Рис. 6 ЛАЧХ контура скорости с П-регулятором.
П 2З*Т1W2
φ3 (Wср) = П - ––– - arctg –––––––––– ;
2 1-Т12 Wс2
180 2*0,707*0,003*423
φ3 (Wср) = 180 - –––– - arctg –––––––––––––––––––––––––– = 2,185
2 1-(0,003)2141,142
\
Расчет параметров схемы П-регулятора.
Ro = 100 кОм
Ro
R1 = ––––– =3191,523
Кф*Тм*Кт 0,668*0,047*6
коэффициент передачи – Крс = ––––––––––– = ––––––––––––––––––––– = 31,333
Определим параметры пропорционально - интегрально регулятора скорости.
ПИ-регулятор скорости обеспечивает астатизм системы под действием момента нагрузки Мн. Передаточная функция ПИ-регулятора скорости имеет следующий вид:
При оптимальной настройке ПИ-регулятора скорости, его параметры определяются:
постоянная времени – Трс = 8Тп =8*1,667*10-3 = 13,36*10-3
Рассчитанные запасы устойчивости по фазе для контура регулирования скорости с ПИ - и П-регулятарами (соответственно листы 14 и 16) укладываются в необходимые пределы устойчивости от 30о до 60о.
Для определения коэффициента передачи ПИ-регулятора скорости построим ЛАЧХ.
Рис.7 ЛАЧХ контура скорости с ПИ – регулятором.
φ3 = arctg Tрс Wср - arctg ––––––––––– ;
1-Т12 W2с2
2*0,707*0,001*149,7
φ3 = arctg 13,36*10-3*149,701 - arctg ––––––––––––––––––––––– = 39,9
1-(0,001)2*149,7012
φ3 = arctg Tрс Wср - arctg ––––––––––– ;
1-Т12 W2с2
2*0,707*0,001*149,7
φ3 = arctg 13,36*10-3*149,701 - arctg ––––––––––––––––––––––– = 39,9
1-(0,001)2*149,7012
С = 1мкФ; Ro = Tрс = 13,36*10 Ом
Ro 0,013
R1 = ––––– = –––––––––– = 0,0004 Ом
Крс 31,333
R1 = R2 = 0,0004 Ом
Рис 8. «Структурная схема контура регулятора положения».
2.5. Расчет параметров контура регулятора положения электропривода.
Для построения ЛАЧХ и
анализа качества работы контура
положения, необходимо преобразовать
двухконтурную структурную
Kc*Kф*p Кс*К*р*р+Кдп*Wрп
Wос (P) = ––––––––––– + Ксп = ––––––––––––––––––– ;
Wрп Wp
Определим коэффициент передачи редуктора:
Wном 157
Кр = –––––– = ––––––––– = 0,872
П 180
Коэффициент передачи датчика положения Кдп и передаточную функцию положения W(p) определим исходя из требований к точности и качества регулирования. В качестве регулятора положения применяется микропроцессорное УЧПУ, регулирования положения.
Определим оптимальное значение коэффициентов, для пропорциональных регуляторов положения исходя из заданной точности отработки углового положения.
Статическая ошибка пропорционального регулятора от действующего возмущающего момента Мс по формуле:
Eφ = 0,1
Кт*Мс 6*7,006
Крп = ––––––––––– = –––––––––––––––––– = 20,084
Eφ*Крс*Кф 0,1*31,33*0,668
Так как система содержит интегрирующее звено по угловому положению, то ошибка от действия входного сигнала равна нулю в установившемся режиме, но при перемещении с постоянной скоростью Wзад ошибку можно определить по формуле:
Eφ = 16*Тп*Wзад, где Wзад = 180 (рад/сек.)Eφ = 16*1,67*10-3 *180 = 4,8
При оптимальной настройке проп
Кс*Кр 0,064*0,872
Кдп = –––––––– = –––––––––––––––––– = 0,21
При такой
настройке пропорционального
tp = 16,6 Tn ; tp =16,6*1,67*10-3 = 0,028 (c.) и перерегулирования G = 6,3%
Для того чтобы система была астатической к действию возмущения и заданной скорости необходимо применить пропорционально-интегральный регулятор со следующей передаточной функцией:
Wрп(Р) = –––––––– , где Трп = 16 Тп
Трп Р
Передаточная функция
разомкнутой системы при
(Трп Р+1) 1
Wраз (Р) = ––––––––– * ––––––––––––– ;
Трп Р 8Тпр(4 Тпр+1)
Расчет частот среза для
1 1
Wс1 = ––––––– = –––––––––––––– = 34,4 (рад/с);
16 Тп 16*1,67*10-3
1 1
Wс2 = ––––––– = ––––––––––––– = 74,8 (рад/с);
8 Тп 8*1,67*10-3
1 1
Wс3 = ––––––– = ––––––––––––– = 149,7 (рад/с);
4 Тп 4*1,67*10-3
В соответствующей
ЛАЧХ контура ПИ-регулятора
Рис. 10 «ЛАЧХ контура положения с ПИ – регулятором»
2.6. Моделирование
САУ электроприводом и
Структурная схема моделирования САУ электроприводом содержит восемь операционных усилителей: 2-интегрирующих, 2-аппериодических, 1-инвертор и 3-пропорционально-интегральных регуляторов. Для расчетов параметров схемы моделирования необходимо вначале определить масштаб времени и масштабы всех исследуемых величин. Масштаб времени определяется исходя из максимального времени наблюдения переходного процесса на осциллографе tm = (1÷2) c и максимального времени регулирования по углу положения tр = 13,6 Тп, а масштаб по времени:
Масштаб остальных величин определяется по формуле:
10 10
масштаб тока – mх = ––––– = ––––––– = 0,435;
Imax 23
10 10
масштаб скорости – mх = –––––– = –––––––– = 0,064;
wном 157
10 10
масштаб по φ – mх = ––––– = –––––– = 1.
φ 10
Um – максимальное напряжение апериодического усилителя.
Расчет переходных
процессов в САУ при
регуляторов.
Переходной процесс по току якоря двигателя:
_ tpTn tp tp
iя = iяном [1-е 2Tp (cos –––– + sin ––––)];
2Tп 2Tп
при tp = 4,1 Tп = 4,1*1,67*10-3 = 6,8*10-3 (с) и G = 4,3%
iя = 10[1-е-2,05 (cos 2,05+ sin 2,05)] = 9,0 (A);
Переходной процесс по скорости двигателя при подаче на вход ступенчатого сигнала определяется:
_ tp 2 _ tр 3tp
W = Wном [1 – e 2тп - ––– *е 4Тп *sin(–––––)] ;
при tp = 7 Tп = 7*1,67*10-3 = 0,012 (с) и G = 8%.
W = 157 [1-e -3,5- 1,155* е-1,75 * sin3,031] = 150,625
Переходной процесс в контуре положения:
- tp tp tp tp tp
φ = φуст {1-е 4тп [(1- –––) * cos (–––––) + (2 + ––––) * sin ( ––––)]};
4Tп 4Tп 4Tп 4Tп
при tp = 13,6* Tп = 13,6*1,67*10-3 = 0,023 (с) и G = 6,2%
φ = 10 {1-e -3,4 [(1- 3,4)*cos 3,4 +(2+ 3,4)*sin 3,4]} = 10,069.
При этом выходное напряжение
не должно превышать 10В,
mx вых
К|i = Кi ––––––;
mx вх
w 150,625
К|с = Кс ––––– = 0,064 * ––––––– = 0,061
wном 157
φ 10,069
К|п = Кп –––– = 22 * ––––––– = 22,152
φуст 10
iя 9,01
К|т = Кт ––––– = 6 * ––––––– = 5,406
iном 10
Ki – исходный коэффициент передачи по структурной схеме;
mx вых – масштаб выходной величины операционного усилителя;
Постоянные времени операционных усилителей пересчитывают с учетом выбора масштаба времени:
Т|i = Ti * mt ; Mt = tm/tp = 1,5/Kдп* Тп = 188,623; Тpт = Тpт * mt = 0,04*188,623 = 7,545;
Тp|п = Тpп*mt = 0,0267*188,623 = 5,036; Тp|с = Тpс*mt = 13,36*10-3 *1 88,623 = 2,509;
Расчет величин элементов схем ПИ-регуляторов для контуров положения, и тока соответственно:
Рис.12 ПИ-регулятор.
1.Ro = Tрп/C = 0,026/0,1*10-3 =266,7 Ом.
R1 = Ro/Kрп = R2 =266,7/20,47 = 13,029 кОм.
2. Ro=Tpc/C=13,336*10-3/0,1*10-3=
R1=Ro/Kpc=R2 =133,36/6,78= 19,67 Ом.
3. Rо = Тpт/C =0,027/0,1= 270 кОм.
R1 = Rо/Kpт = R2 =270*10-3 /1,251=0,26 Ом.
Расчет величин элементов апериодических регуляторов для четвертого и пятого звеньев:
Рис.13 Апериодический регулятор.
1. R1 = Rо/Kп =65*10-3 /11 = 5,9 кОм
Rо = С/Тп =0,1*10-6 /1,67*10-3 = 65 кОм
2. R1 = Rо/Kя =3,704*10-3 /71,94 = 0,051 кОм
Rо = С/Тя =0,1*10-6 /0,027 = 3,704 кОм
Расчет параметров
интегрирующих регуляторов
1. R1 = Тм/C =0,042/0,1*10-6 = 420 кОм.
где с = 0,1 мкФ =0,1*10-6 Ф.
Рис.14 Интегрирующий регулятор.
Рис 12. «Функциональная схема электропривода постоянного тока»
tp |
iя |
w |
φ |
Tп |
|||
2Tп |
|||
3Tп |
|||
4Tп |
|||
5Tп |
|||
6Tп |
|||
7Tп |
|||
8Tп |
|||
9Tп |
|||
10Tп |
|||
11Tп |
|||
12Tп |
|||
13,6Tп |