9

Размещено на http://www.allbest.ru/

9

Оглавление

• Задание на курсовую работу
• 1. Анализ исходных данных, разработка функциональной схемы САР
• 2. Анализ процесса резания как объекта управления
• 3. Разработка структурной схемы САР
• 4. Анализ устойчивости нескорректированной САР
• 5. Синтез САР с заданными показателями качества
• 6. Анализ качества САР
• Заключение
• Список литературы

Задание на курсовую работу

Оптимальная температура в зоне резания обеспечивает минимум интенсивности изнашивания режущего инструмента. При точении жаропрочного сплава ХН77ТЮР резцом ВК6М с параметрами заточки мм; ; ; оптимальная температура составляет C. Температура в зоне резания для данной пары «инструмент-деталь» определяется выражением:

, (1).

Колебание напряжения в сети может вызывать отклонение расчетных значений скорости вращения шпинделя и скорости вращения двигателя механизма подачи на () заданного расчетного значения, в результате чего температура в зоне резания может отклоняться от расчетной. Кроме того, изменение величины припуска в пределах так же может вызывать отклонение температуры в зоне резания. Для поддержания температуры в зоне резания на уровне с заданной точностью изменяем V, регулируя скорость вращения двигателя шпинделя , при неизменном задании , однако при этом величина S колеблется из-за напряжения сети на () заданного.

Произвести синтез САР температуры резания с запасами устойчивости по фазе , по модулю дБ, обеспечивающей заданную точность поддержания температуры, при 0заданных величинах возмущений.

1. Анализ исходных данных, разработка функциональной схемы САР

Схема взаимодействия электропривода и процесса резания приведена на рис. 1.

Рис. 1 Схема системы автоматического регулирования (САР) выходной координаты

САР регулирует выходную координату процесса резания с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР., управляющая координата ПР обозначена - , возмущающее воздействие - . ПУ - передаточное устройство, это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процесса резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени . Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возбуждение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

ПЭ - преобразователь электрической энергии, преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь электрической энергии является линейным звеном. Выходное напряжение U равно номинальному значению при напряжении управления 10 В. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени и .

УС - усилитель, является безынерционным звеном, усиливает напряжение, поступающее от корректирующего устройства

КУ - корректирующее устройство, корректирует динамические свойства САР. Статический коэффициент передачи КУ равен 1.

БЗ - блок задания. Блоком задания задается напряжение , его величина определяет величину задания выходной координаты САР. БЗ содержит в себе источник стабилизированного напряжения и резистор R3. В.

ДУ - измерительная система выходной координаты процесса резания. С точки зрения динамики представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени . При номинальном значении выходной координаты выдаёт напряжение В.

С - сумматор на базе операционного усилителя и на резисторах R1, R2, R3. Является безынерционным звеном с коэффициентом передачи равным 1. Суммирование осуществляется по алгоритму .

Таблица 1 Исходные данные

Режим резания	Условие резания	Допуск на температуру резания
V, м/мин	Sz, мм/зуб	tn=tn max, мм	tn=tn min, мм
45	0,11	1,7	1,3	Sz= Sz з, Szз=const	±0,5°С

Двигатель(Д): 2ПН180LУХЛ4, P=10 кВт, U=220 В, Rя=1,168 Ом,

Lя=5,6 мГн, J_ном=0,229 кг·м², n_ном=1000 об/мин, КПД=82,5 %,

Преобразователь энергии (ПЭ): Т₁= 0,142 с., Т₂=0,341с.

Датчик (ДУ): Т_ду=0,0 с.

Передаточное устройство (ПУ): Т_пу=0,0 с.

Составим функциональную схему САР на основании рис. 1.

Рис. 2. Функциональная схема САР.

2. Анализ процесса резания как объекта управления

Анализ процесса резания как объекта управления осуществляется в несколько этапов.

1)Определение состава выходных координат ОУ.

В качестве выходной координаты можно принять температуру в зоне резания, параметры стружки, силу резания, износ инструмента, уровень шероховатости обработанной поверхности и т.др.

2)Выбор выходной координаты, количественно характеризующей ход ПР.

В соответствии с заданием в качестве выходной координаты примем температуру в зоне резания.

3)Выполнение математического описания ОУ.

Уравнение , определяет связь между выходной координатой и воздействиями , , .

4)Определение состава управляющих координат.

На ОУ оказывают влияние скорость резания V, глубина резания t_n, подача S.

5)Выбор управляющей координаты, оказывающей самое эффективное воздействие на выходную координату.

В качестве выходной координаты выберем линейную скорость резания V.

6)Определение состава возмущений.

Возмущениями являются: Изменение величины припуска t_n в пределах от t_{n min} до t_{n max} вызывает отклонение температуры в зоне резания. Величина S т.к. она колеблется из-за напряжения сети на () от S заданного.

Рис. 3

7)Определение диапазона изменения возмущений.

t_n изменяется в пределах от 1,3 до 1,7 мм, т.е. Дt_n=0,4 мм. S колеблется на () от S заданного, S+10%=0,121мм/зуб, S-15%=0,0935мм/зуб, ДS=0,0275мм/зуб

8)Определение отклонения выходной координаты при совместном действии возмущений.

Температура в зоне резания изменяется в следующих пределах:

,,

,,

9)Определение заданной точности регулирования выходной координаты.

По заданию точность регулирования и Д_з=±0,5,°С

3. Разработка структурной схемы САР

Структурную схему составим на основании функциональной схемы и схемы на рис. 1. Структурная схема неизменяемой части САР будет включать в себя все элементы САР, кроме корректирующих устройств.

Найдем передаточные функции для элементов схемы.

Преобразователь энергии (ПЭ). С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени c. и c.

Его передаточная функция имеет вид:

, где ,

.

Передаточное устройство (ПУ). ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени , тогда:

, где и ,

.

Датчик обратной связи (ДУ). Является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени , тогда:

, где и ,

.

Процесс резания (ПР).

Описывается уравнением , .

мм

Составление структурной схемы

Рис. 4 Не линеаризованная структурная схема ОУ.

Не линеаризованная структурная схема объекта управления содержит несколько нелинейных элементов: 1ФП, 2ФП, 3ФП (ФП -функциональный преобразователь), а также 1БУ, 2БУ (БУ -блок умножения), так как теория линейных САР работает только с линейными звеньями, то структурная схема процесса резания должна быть линеаризована, то есть необходимо линеаризовать все нелинейные блоки.

Линеаризация функциональных преобразователей.

Рис. 5 Линеаризация функционального преобразователя 3.

ДV=10, ДV^0,384=0,369м/мин.

Рис. 6.Линеаризация функционального преобразователя 1.

Дt_п=0,5 мм, Дt_п^0.098=0,02 мм.



Рис. 7 Линеаризация функционального преобразователя 2.

ДS=0,15мм/зуб; ДS^0.132=0,12 мм/зуб; .

Линеаризуем блок умножения 1.

Рис. 8 Схема не линеаризованного блока умножения 1.

;

;

;

Рис. 9 Линеаризованный блок умножения 1.

Блок умножения 2 линеаризуется аналогично. Таким образом, линеаризованная схема блока процесса резания будет иметь вид:

Рис. 10 Линеаризованная структурная схема блока процесса резания.

Двигатель (Д).

Имеем два уравнения для описания физических процессов двигателя.

Уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа

И по закону равновесия моментов на валу двигателя

Рис. 11 Структурная схема цепи якоря машины постоянного тока.

А, рад/с ,

В·с/рад ,

Н·м ,

Н·м/А ,

Усилитель (УС).

Усилитель является безынерционным звеном. Найдем его передаточную функцию.

;

Из задания Дз=0,5,°С.

Найдем

,

где сумма возмущений

Т.к.

, то

Структурная схема САР выглядит следующим образом:

Рис.12 Структурная схема САР.

4. Анализ устойчивости нескорректированной САР

Построим ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы.

Рис.13 ЛАХ и ЛФХ нескорректированной системы

По графикам ЛАХ и ЛФХ видно, что нескорректированная система является неустойчивой, так как ЛФХ пересекает раньше, чем ЛАХ пересекает ось 0 дБ (логарифмический критерий устойчивости). Необходим синтез САР.

5. Синтез САР с заданными показателями качества

Для обеспечения устойчивости САР следует ввести в систему корректирующее устройство. В данном случае в качестве корректирующего устройства введем в систему интегро-дифференцирующее звено. Его передаточная функция:

Рис. 14 ЛАХ и ЛФХ нескорректированной системы и ЖЛАХ

Выберем параметры корректирующего устройства. Для этого следует на графике построить асимптотическую ЛАХ нескорректированной системы и на этом же графике построить так называемую желаемую ЛАХ (ЖЛАХ). Если вычесть из графика ЛАХ график ЖЛАХ, то получим график корректирующего устройства Таким образом можно определить частоты среза корректирующего устройства щ_с, а исходя из этих данных найти значения T.

Частоты среза асимптотической ЛАХ нескорректированной системы:

; ;

, ,

где

Частоты среза асимптотической ЖЛАХ:

,;, ,, , ,

Значит, передаточная функция КУ будет выглядеть так:

Схема корректирующего звена имеет следующий вид:

Рис. 15



Рис. 16 ЛАХ и ЛФХ скорректированной системы

САР является устойчивой, т.к. ЛАХ пересекает ось 0 дБ раньше, чем ЛФХ проходит через -180°. Из графиков видно, что система имеет запасы устойчивости по модулю ?L=15,5 дБ, по фазе ?=56°, что удовлетворяет требованиям задания.

6. Анализ качества САР

Разомкнутая САР:

Переходный процесс выходной координаты при изменении управляющего воздействия на 50 секунде:

Рис. 17 Переходный процесс выходной координаты при изменении управляющего воздействия.

Переходный процесс выходной координаты при изменении возмущения:

Рис. 18 Переходный процесс выходной координаты при изменении возмущения.

Переходный процесс устойчивый, система со временем стабилизируется, но установившееся значение выходной координаты не удовлетворяет требуемому значению Дз=0,5,°С. Статическая ошибка выходной координаты составляет

Рис. 19 Переходный процесс выходной координаты при изменении возмущения.

Замкнутая САР:

Переходный процесс выходной координаты при изменении управляющего воздействия:

Рис. 20 Переходный процесс выходной координаты при изменении управляющего воздействия

Переходной процесс выходной координаты при изменении возмущения:

Рис. 21 Переходный процесс выходной координаты при изменении возмущения

Время переходного процесса с

Установившееся значение выходной координаты после окончания переходного процесса y_уст =720 °С

Максимальное значение выходной координаты y_max=855 °С

Перерегулирование

Статическая ошибка выходной координаты составляет

°С

Заключение

В этой курсовой работе была спроектирована система автоматического регулирования температурой в области резания. Качество системы соответствует требующимся: по заданию , при максимальном возмущении, действующим на систему, статическая ошибка выходной координаты составляет 0,4°C; По заданию запасы устойчивости , запасы устойчивости спроектированной системы: по модулю , по фазе . Из графиков переходных процессов замкнутой системы видно, что она достигает установившееся значение в 720°С, время переходного процесса t_пп=0,8 с, перерегулирование у=18,75%.

автоматический резание управление качество

Список литературы

1. «Теория систем автоматического управления» Бесекерский В.А., Попов Е.П. - М.: Профессия, 2003. - 752с.

2. «Теория линейных систем автоматического регулирования и управления» Попов Е.П. -М.: Наука, 1978. - 256с.

3. «Справочник по электрическим машинам» Копылов И.П., Клоков Б.К., Т.1. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

Размещено на Allbest.ru