МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Автоматика и телемеханика"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по курсу "Теория автоматического управления"

"Система автоматического управления положением объекта (статический и динамический расчет системы по заданным характеристикам объекта и показателям качества управления)"

Пенза, 2007

Задание на курсовую работу

Спроектировать систему автоматического управления положением объекта со следующими параметрами:

Таблица 1- Параметры системы автоматического управления

№	Jн, кгм2	Мн, Нм	н, рад/с	Н, рад/с2	П, град.	g0, град.	tпmax, c	?, %	Критерий устойчивости	Вид входного воздействия
42	5•10-2	3	8	20	1	14	1,0	45	D-разбиение	ступенчатое

В задании перечислены следующие параметры:

- J_н - момент инерции нагрузки;

- М_н - статический момент нагрузки;

- _н - угловая скорость нагрузки;

- _Н - угловое ускорение нагрузки;

- _П - ошибка покоя системы;

- g₀ - ступенчатое управляющее воздействие;

- t_пmax - максимальное время переходного процесса;

- ? - величина перерегулирования.

Реферат

Пояснительная записка содержит 28 листов, 9 рисунков, 13 таблиц, 1 приложение.

СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, ЭЛЕМЕНТ РАССОГЛАСОВАНИЯ, УСТАНОВИВШИЙСЯ РЕЖИМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ, КРИТЕРИЙ УСТОЙЧИВОСТИ, ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Целью курсовой работы является расчет следящей системы по заданным параметрам и разработка ее электрической принципиальной схемы.

В ходе выполнения курсовой работы был проведен расчет параметров следящей системы, на основании которых были выбраны составляющие ее элементы, обеспечивающие отработку заданных в ТЗ параметров с требуемой точностью.

Содержание

Введение

1. Статический расчет системы

1.1 Составление функциональной схемы системы

1.2 Выбор основных элементов системы

1.2.1 Выбор исполнительного электродвигателя

1.2.2 Выбор элемента сравнения

1.2.3 Определение коэффициента передачи разомкнутой системы

1.2.4 Выбор схемы и расчет предварительного усилителя и усилителя мощности

2. Динамический расчет системы

2.1 Определение передаточных функций и частотных характеристик. Проверка устойчивости системы

2.2 Построение желаемой ЛАХ следящей системы при ступенчатом входном воздействии

2.3 Определение ЛАХ и выбор схемы корректирующего устройства следящей системы

3. Описание электрической схемы

Список использованных источников

Введение

Современная система автоматического управления представляет собой сложные комплексы взаимодействующих технических устройств и элементов, работа которых основана на различных физических принципах. Их широкое развитие связано с их огромным практическим значением. Они используются для управления движением летательных аппаратов, технологическими процессами и производством. Без таких систем не могут обойтись современные заводы, энергосистемы и другие производства.

Система автоматического управления должна одновременно решать две задачи: обеспечивать с требуемой точностью изменение выходной величины в соответствии с поступающей извне входной величиной и по возможности нейтрализовать действие внешних возмущений.

В данном курсовом проекте разрабатывается следящая система автоматического управления положением объекта.

Разработка следящей системы является сложной задачей. Весь процесс проектирования можно разбить на ряд крупных этапов:

1. Выбор основных элементов системы.

2. Динамический расчет системы и проверка основных показателей качества.

3. Разработка полной принципиальной схемы.

1. Статический расчет системы

1.1 Составление функциональной схемы системы

Так как систему автоматического управления положением объекта можно отнести к классу следящих систем, то выбираем схему представленную на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема системы

В систему входят следующие элементы: объект управления ОУ с моментом инерции J_н и статическим моментом М_н; понижающий редуктор Р, предназначенный для согласования исполнительного электродвигателя и объекта управления, с коэффициентом передачи k_Р; исполнительный электродвигатель ЭД с коэффициентом передачи k_ДВ; усилитель сигнала рассогласования, состоящий из усилителя напряжения с коэффициентом передачи k_Н и усилителя мощности с коэффициентом передачи k_М. Произведение этих двух коэффициентов передачи даст коэффициент усиления усилителя k_У. В качестве измерителя рассогласования можно использовать сельсины в трансформаторном режиме или вращающиеся трансформаторы с коэффициентом передачи k_С.

1.2 Выбор основных элементов системы

1.2.1 Выбор исполнительного электродвигателя

Примем КПД редуктора = 0,9, тогда необходимая мощность двигателя определится следующим образом:

Вт

Выбираем двигатель постоянного тока с независимым возбуждением 2ПН90МГУХЛ4, технические данные которого приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические параметры двигателя 2ПН90МГУХЛ4

Мощность, Вт	130
Напряжение, В	220
Частота вращения, об/мин	750
КПД, %	47,5
Сопротивление обмотки якоря, Ом	34
Индуктивность цепи якоря, Гн	0,694
Момент инерции, кг·м2	0,004

Момент инерции двигателя совместно с редуктором возьмем равным:

.

Определим номинальный ток якоря:

А.

Пусковой ток якоря связан с его номинальным током соотношением:

А.

Определим сопротивление якорной цепи:

Ом.

Добавочное сопротивление цепи якоря электромашинного усилителя определяется следующим образом:

Ом.

Передаточное число редуктора:

Примем передаточное число редуктора равным 7.

Определим номинальную частоту вращения двигателя:

рад/с.

Подсчитаем коэффициенты С_Е = С_М:

.

Определим номинальный вращающий момент двигателя:



Для проверки двигателя по вращающему моменту определим M_вpmin:

Так как условие выполняется, то по моменту двигатель проходит.

Проверка по максимальной частоте вращения дает:

,

что меньше допустимого значения 1,2_НОМ, которое составляет 94,248 .

При отработке двигателем ступенчатого воздействия его необходимо проверять дополнительно на возможность развивать требуемое ускорение:

рад/с²,

что больше величины ускорения, заданного в ТЗ 20 рад/с².

Следовательно, двигатель соответствует всем предъявляемым требованиям.

Определим параметры двигателя, необходимые для составления его передаточной функции.

Коэффициент передачи:

.

Коэффициент внутреннего демпфирования:

.

Электромеханическая постоянная времени с учетом нагрузки:

с.

Электромагнитная постоянная времени:

с.

Так как электромагнитная постоянная времени намного меньше электромеханической постоянной времени, то первой можно пренебречь.

Передаточная функция двигателя:

,

1.2.2 Выбор элемента сравнения

В следящих системах повышенной точности, предназначенных для отработки угла поворота, в качестве элементов сравнения применяются схемы на вращающихся трансформаторах (ВТ).

На рисунке 2 изображена каскадная схема включения ВТ, у которой коэффициент передачи не зависит от угла поворота ротора относительно статора.

Рисунок 2 - Схема включения вращающихся трансформаторов

Напряжение возбуждения подается на одну из статорных обмоток ВТ-Д, его вторая статорная обмотка закорочена с целью достижения первичного симметрирования. Роторные обмотки ВТ-Д соединены со статорными обмотками ВТ-П. Выходное напряжение снимается с роторной обмотки, замкнутой на сопротивление нагрузки . Ко второй роторной обмотке подключено сопротивление , чем достигается вторичное симметрирование схемы ВТ-П. Напряжение при малых углах рассогласования подсчитывается по формуле

,

откуда определяется коэффициент передачи

 В / рад,

где и - коэффициенты трансформации ВТ-Д и ВТ-П.

При выборе ВТ для схемы элемента сравнения надо иметь в виду, что входное сопротивление ВТ-П должно быть возможно больше выходного сопротивления ВТ-Д при одинаковом напряжении возбуждения.

Основным критерием при выборе элемента сравнения является его максимальная статическая погрешность. Общая погрешность элемента сравнения подсчитывается по формуле:

,

где ?_Д - статическая ошибка ВТ-датчика;

?_П - статическая ошибка ВТ-приемника.

Общая погрешность не должна превышать 0,3…0,5 от погрешности покоя системы ??_П.

??_П=60?,

??_С ? (0.30.5)•60? или ??_С ? 18?30?.

При выборе схемы сравнения необходимо учитывать допустимую частоту вращения ВТ. Эта частота должна быть больше или равна заданной максимальной частоте вращения ?_Н.

Этому требованию удовлетворяет схема на ВТ серии БСКТ-220-1. Технические данные на ВТ приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические параметры вращающихся трансформаторов

Обозначение (тип) ВТ	Назначе-ние ВТ	Номинальное напряже-ние питания, В	Полное входное сопротив-ление холостого хода, Ом	Коэффи-циент трансформации	Асимметрия нулевых положений ротора, угл. мин	Частота враще-ния вала, об/мин	Момент статическо-го трения, 10-4Нм
БСКТ-220-1Д	ВТДП-Д	36	380	0,56	0,2кл.) 7 0,35кл.) 12 0,5кл.) 17 0,35кл.) 12 0,5кл.) 17	125	4
БСКТ-220-1П	ВТДП-П	36	1200	0,83

Общая погрешность при условии, что асимметрия нулевых положений ротора составит 12 угл. минут, будет равна:

?,

что удовлетворяет условию: 17? < 18?.

Коэффициент передачи элемента сравнения равен

k_C=U_B•k_T1•k_T2 ,

k_C=36•0,56•0,83=16,7 (В/рад).

1.2.3 Определение коэффициента передачи разомкнутой системы

Погрешность покоя системы ??_П = 1^О = 60. Погрешность ??_Л от люфта в зацеплениях редуктора примем равной 18 (0,3 ^О). Погрешность ??_С от неточности элемента сравнения 21,213 (0,354 ^О). Погрешность ??_У на входе усилителя примем равной 9 (0,15 ^О). Определим моментную погрешность:

град = 0,015 рад

Определим коэффициент передачи разомкнутой системы:

Определим коэффициент усиления усилителя:

1.2.4 Выбор схемы и расчет предварительного усилителя и усилителя мощности

По своему назначению усилители разделяются на усилители мощности (УМ) и предварительные усилители (ПУ). Нагрузкой УМ является исполнительное устройство, в данном случае - обмотка управления электродвигателем. Схема УМ определяется мощностью двигателя, поэтому в рассматриваемом случае к качестве УМ необходимо использовать электромашинный усилитель (ЭМУ). В следящих системах с электродвигателями постоянного тока обычно используются ЭМУ с поперечным полем, которые обладают малой инерционностью и имеют большой коэффициент усиления по мощности, достигающий 10000.



Рисунок 3 - Электромашинный усилитель

Выбираем ЭМУ - 3А, технические данные которого приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические данные ЭМУ - 3А

Тип усилителя	ЭМУ - 3А
Генератор - усилитель	Номинальная выходная мощность, Вт	200
	Номинальное выходное напряжение, В	115
	Номинальный выходной ток, А	1,82
	Частота вращения, об/мин	2850
	Постоянная времени цепи управления, с	0,035
	Постоянная времени короткозамкнутой цепи, с	0,03
	Число обмоток управления	2
	Коэффициент усиления по мощности, не более	600
Встроенный трёхфазный приводной двигатель	Потребляемая мощность, кВт	0,47
	Напряжение, В	220/380
	Ток, А	1,6/0,92
	КПД агрегата, %	71

После выбора ЭМУ необходимо выбрать обмотки управления. Характеристики выбранных обмоток управления представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Технические данные обмоток управления для ЭМУ - 3А

Тип обмотки	ЭМУ - 3
№обмотки	1	2
Число витков в обмотке	2600	2600
Сопротивление обмотки, Ом	1000	1000
Номинальный ток управления, мА	20	20

После выбора ЭМУ необходимо проверить следующее условие:

где I_НЭМУ - номинальный ток ЭМУ, I_Я - ток якоря двигателя. Проверим, выполняется ли это условие:

Как видно, данное условие выполняется, значит, выбранный ЭМУ подходит по требованиям к системе.

Для нахождения передаточной функции ЭМУ необходимо вычислить коэффициент передачи ЭМУ по напряжению. Он находится по формуле:

,

где m = 1,35 для усилителя выбранной мощности,

= 1,15 - коэффициент, учитывающий нагрев обмотки управления

- номинальное напряжение на выходе усилителя

- ток в обмотке управления

- активное сопротивление обмотки управления

Таким образом:

Передаточная функция ЭМУ в общем виде выглядит следующим образом:

,

где Т_ЦУ и Т_КЦ - постоянные времени обмотки цепи управления и короткозамкнутой цепи соответственно.

Таким образом, передаточная функция ЭМУ имеет следующий вид:

Перейдём к расчету предварительного усилителя. Предварительный усилитель предназначен для усиления сигнала рассогласования по напряжению. Так как ЭМУ обладает коэффициентом усиления сигнала по напряжению, коэффициент усиления ПУ будет равен:

Каскад предварительного усилителя должен обладать по возможности большим входным сопротивлением и минимальным выходным. Данным требованиям отвечает каскад на операционном усилителе, изображенный на рисунке 4.



Рисунок 4 - Схема предварительного усилителя

Коэффициент усиления усилителя определяется отношением резистора обратной связи к входному резистору. Возьмём резистор R1 равным 10 кОм. Тогда:

Величина резистора R3 - компенсационного резистора для борьбы с ошибками, обусловленными токами смещения, должна быть равна:

В качестве операционного усилителя выберем микросхему К140УД7, параметры которой представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Технические характеристики микросхемы К140УД7

Напряжение питания, В	Ток питания, мА	Коэффициент усиления, тыс.	± UВЫХ, мВ	Наименьшее сопротивление нагрузки, кОм	Частота единичного усиления, МГц
5 - 20	3	50	11	11	0,8

Параметры выбранных резисторов представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Параметры резисторов предварительного усилителя

Обозначение резистора	Расчётное значение, кОм	Номинал, кОм	Тип резистора
R1	10	10	С2 - 33Н - 0,25 - 10 кОм + 5%
R2	9,2	9,1	С2 - 33Н - 0,25 - 9,1 кОм + 5%
R3	120	120	СП5 - 16ВА - 0,25 - 120 кОм + 20%

ПУ должен обеспечить ток управления ЭМУ, равный примерно 20 мА.

Необходимо учесть, что предварительный усилитель (ПУ) не обеспечивает нужного тока для обмотки управления ЭМУ, поэтому введем усилитель на комплиментарной паре транзисторов, который увеличивает выходной ток ПУ до необходимой величины. Усилитель представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Усилитель мощности на комплиментарных транзисторах

Транзисторы необходимо выбрать исходя из того, какой ток они должны обеспечить в обмотке управления ЭМУ. Справочные данные на выбранные транзисторы приведены в таблице 8.

Таблица 8

Обозначение	Тип	Структура	UКЭ, В	PКmax, Вт	h21Э	IКmax, А	fГР, МГц
VT1	КТ814В	n-р-n	70	10	40	1.5	3
VT2	КТ815В	р-n-р	70	10	40	1.5	3

Известно, что с ВТ-приемника снимается сигнал переменного тока, а для работы исполнительного двигателя необходим постоянный ток. Для выпрямления переменного тока необходимо между предварительным усилителем и усилителем мощности на транзисторах поставить фазочувствительный выпрямитель (ФЧВ), схема которого изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема фазочувствительного выпрямителя

Выберем резисторы для ФЧВ. Зададимся R3=10 кОм. Из условия единичного усиления имеем: R3=R4=R5=10 кОм, R6=3R3=30 кОм, R2=3/4R3=7500 Ом, R1=2 кОм.

Таблица 9 - Параметры резисторов ФЧВ

Обозначение резистора	Расчётное значение, кОм	Номинал, кОм	Тип резистора
R1	2	2	С2 - 33Н - 0,125 - 2 кОм + 5%
R2	7,5	7,5	С2 - 33Н - 0,125 - 7,5кОм + 5%
R3	10	10	С2 - 33Н - 0,125 - 10 кОм + 5%
R4	10	10	С2 - 33Н - 0,125 - 10 кОм + 5%
R5	10	10	С2 - 33Н - 0,125 - 10 кОм + 5%
R6	30	30	С2 - 33Н - 0,125 - 30 кОм + 5%

Выбираем полевой транзистор VT1 - КП101Г, диод VD1 - Д2Ж.

2. Динамический расчёт системы

2.1 Определение передаточных функций и частотных характеристик. Проверка устойчивости системы

Используя результаты статического расчета, составим передаточные функции для отдельных элементов и системы в целом.

Передаточная функция двигателя постоянного тока:

,

усилительно-преобразовательного элемента:

.

Передаточные функции элемента сравнения и редуктора равны их коэффициентам передачи:

и

.

Передаточная функция разомкнутой системы:

Передаточная функция замкнутой системы:

,

где знаменатель представляет собой характеристический полином

.

По характеристическому полиному определяем, что данная система является системой 4 - го порядка.

Определим амплитудно-фазовую характеристику разомкнутой системы:

.

В полученном выражении:

- амплитудно-частотная характеристика,

- фазо-частотная характеристика.

Логарифмическая амплитудная характеристика разомкнутой системы будет иметь вид:

Таким образом, выражение для фазо-частотной характеристики:

,

для логарифмической амплитудной характеристики:

Определим частоты сопряжения:

, ,

Расчетные данные для построения фазо-частотной характеристик сведены в таблицу 10

Таблица 10 - Данные для построения ФЧХ

, 1/с	0,1	1	5	10	40	70	100	400	1000
, град	-91	-101	-142	-179	-274	-306	-321	-350	-356

Кривые L и приведены на рисунке 7.

Из их взаимного расположения следует, что система неустойчива.

Одним из критериев, по которому можно судить об устойчивости замкнутой системы, является критерий D-разбиения.

Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:

,

где

М(р)=

Является характеристическим уравнением.

Раскрывая скобки в данном уравнении, получим :

Сгруппируем слагаемые по степеням при р и произведём замену р на j, учитывая, что j²=-1

Подставляя в полученные уравнения различные значения , получим кривую D-разбиения:



Рисунок 8 - Кривая D-разбиения

Из графика, представленного на рисунке 8, видно, что область устойчивости ограничивается предельным коэффициентом усиления равным 19. Поскольку Kпред K (19<109), то можно сделать вывод, что система является неустойчивой и нуждается в коррекции.

2.2 Построение желаемой ЛАХ следящей системы при ступенчатом входном воздействии

При отработке ступенчатого управляющего воздействия длительность переходного процесса и перерегулирование не должны превышать максимально допустимых значений . Построение начинают с низкочастотной зоны, при этом для значений частоты асимптота ЛАХ имеет вид:

Так как наша система с астатизмом первого порядка, то наклон начального участка составит .

Затем строим среднечастотную зону, для чего используем номограммы В.В. Солодовникова.

Если система обеспечивает изменение регулируемой величины с максимальным ускорением , то при заданном значении находим оптимальную частоту среза:

С другой стороны, по заданному перерегулированию = 45% пользуясь номограммой, находим величину:

,

откуда получаем минимальное значение :

При t_Пmax=1 складывается ситуация, когда w_cmin>w_cопт. Это означает, что система не может отработать ступенчатое воздействие g₀ за данное время. В этом случае нужно увеличить t_Пmax. Последовательно увеличивая время, получим, что неравенство w_cопт>w_cmin будет выполняться при значении t_Пmax=2,5 с.

При этом значении времени

Частота среза должна удовлетворять неравенству:

 или .

Поэтому частоту среза выберем равной: .

Через точку проводим прямую с наклоном . Затем с помощью номограммы по заданному перерегулированию = 45% находим ординаты = 9 дБ желаемой ЛАХ на частотах . С помощью этого же графика определяем запас по фазе = 30°.

Среднечастотную зону сопрягаем с низкочастотной зоной отрезком прямой, наклон которого равен .

Желаемая ЛАХ описывается следующей формулой:

После построения желаемой ЛАХ определяем соответствующую ей фазовую характеристику:

Таблица 11 - Данные для построения желаемой ФЧХ

, 1/с	0,1	0,3	1	3	7	10	30	50	100
, град	-107	-130	-146	-132	-113	-107	-96	-93	-92

Проверяем выполняется ли в диапазоне частот условие:

,

. Таким образом, система обладает достаточно большим запасом по фазе, что благоприятно скажется на выборе корректирующего устройства.

Желаемая ЛАХ и соответствующая ей фазовая характеристика приведены на рисунке 7.

2.3 Определение ЛАХ и выбор схемы корректирующего устройства следящей системы

Перед тем, как начать расчет корректирующего устройства, необходимо выбрать, какой метод будет использоваться - последовательной или встречно-параллельной коррекции. Встречно-параллельная коррекция по сравнению с последовательной обладает целым рядом преимуществ, поэтому будем использовать метод встречно-параллельной коррекции. Обычно обратной связью охватываются элементы системы, оказывающие наибольшее влияние на ее быстродействие. Исходя из этого, охватим обратной связью исполнительный двигатель и ЭМУ.

Рассчитаем коэффициент передачи охваченных элементов:

Введем следующие обозначения для передаточных функций:

- W_ОХВ(р) - охваченных элементов;

- W_ОС(р) - цепи обратной связи;

- W_Н(р) - элементов, не охваченных обратной связью.

Тогда передаточная функция разомкнутой скорректированной системы может быть записана в виде

,

где W(p)=W_Н(p)•W_ОХВ(p) - передаточная функция нескорректированной системы.

Или

W_С(p)=W_Н(p)•W_О(p),

где - передаточная функция внутреннего замкнутого контура.

Рассмотрим важное свойство передаточной функции внутреннего контура: если в существенном интервале частот, включающем среднечастотную зону, имеет место неравенство

>>1, то

или, переходя к логарифмическим характеристикам,

L_ОС() =-L_О().

Определим ЛАХ неохваченных элементов

L_Н()=20lgk_Н=20lg27,44=28,77 дБ.

Для нахождения ЛАХ корректирующего устройства L_ОС()необходимо в первую очередь построить логарифмическую характеристику внутреннего замкнутого контура L_О():

L_О() =L_ж() L_нс().

Для ее построения достаточно опустить желаемую ЛАХ L_Ж() на 29 дБ. Тогда искомая ЛАХ обратной связи L_ОС() будет зеркальным отображением L_О().

Логарифмическая характеристика корректирующего устройства L_ОС() изображена на рисунке 7.

Как видно по графику ЛАХ корректирующего устройства, при 0 и при наклон ЛАХ составляет +20 дБ/дек. Поскольку входной величиной обратной связи является угол поворота электродвигателя, и руководствуясь ранее определённым наклоном ЛАХ, введём в состав корректирующего устройства идеальный дифференцирующий элемент, в качестве которого удобно использовать тахогенератор с логарифмической характеристикой следующего вида:

,

где k_ТГ - коэффициент передачи тахогенератора.

В интервале частот от _к1=0,3 1/с до _к2=3,3 1/с наклон ЛАХ составляет +40 дБ/дек. Для получения такого наклона последовательно с тахогенератором включим активный фильтр, построенный на операционном усилителе и представляющий собой дифференцирующее звено с передаточной функцией:

,

где k_Ф - коэффициент передачи двух активных форсирующих звеньев;

и

Схема корректирующего устройства представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Схема корректирующего устройства.

20lgk_ОХВ20lgk_ОС,

20lgk_ОХВ=20lg3,965=12 дБ

где k_ОС = k_Фk_ТГ - коэффициент передачи обратной связи (тахогенератора и двух активных форсирующих звеньев).

-12 = 20lgk_ОС

Определим коэффициент передачи обратной связи:

k_ОС = = 0,251.

Выбранный тип двигателя имеет встроенный тахогенератор типа ТС1, технические данные которого приведены в таблице 12

Таблица 12 - Технические характеристики тахогенератора ТС1

Тип тахогенератора	ТС1
Крутизна характеристики, Вс/рад	0,315
Напряжение возбуждения, В	ПМ
Сопротивление нагрузки (не менее), Ом	2000

Определим значения сопротивлений и емкостей, образующих форсирующий контур, из следующих соотношений:

,

.

Постоянные времени первого и второго форсирующего звена должны быть одинаковыми, поэтому:

R1=R3, R2=R4, C1=C2.

Пусть С1 = С2 = 10 мкФ. Тогда:

Ом,

Ом.

На основе рассчитанных значений выбираем резисторы и конденсаторы, представленные в таблице13.

Таблица 13 - Параметры элементов корректирующего контура.

Обозначение	Расчётное значение	Номинал	Тип
R1	330 кОм	330 кОм	С2 - 33Н - 0,125 - 330 кОм + 5%
R2	33 кОм	33 кОм	С2 - 33Н - 0,125 - 33 кОм + 5%
С1	10 мкФ	10 мкФ	К53 - 18 - 25В - 10 мкФ - 20%

Форсирующие звенья выполним на микросхеме К140УД7, параметры которой приведены в таблице 6.

При включении встречно-параллельного корректирующего устройства меняется коэффициент усиления охваченных звеньев системы:

,

где k_КОХВ - коэффициент усиления охваченных звеньев при подключении встречно-параллельного КУ;

k_ОС - коэффициент усиления встречно-параллельного КУ.

Следовательно, при подключении встречно-параллельного КУ коэффициент усиления охватываемых звеньев уменьшается в 2 раза, а значит, уменьшается и общий коэффициент усиления системы. Для компенсации этого ослабления увеличиваем коэффициент усиления предварительного усилителя при помощи увеличения сопротивления обратной связи. Для регулировки коэффициента усиления используем переменный резистор. Тогда, согласно рисунку 4 и таблице 7, в цепи обратной связи ПУ должен стоять резистор номиналом 240 кОм. Выбирается переменный резистор типа

СП5 - 16ВА - 0,25 - 240 кОм + 20%

Номинал резистора R₂ на рисунке 4 соответственно также изменится и будет составлять 9,6 кОм или 9,1 кОм по стандартному ряду сопротивлений.

3 Описание схемы электрической принципиальной

Управляющий сигнал в виде угла поворота поступает на ротор ВТ-датчика. ВТ-приемник вырабатывает напряжение, пропорциональное рассогласованию, т.е. ошибке между задающим и регулируемым воздействием. После этого сигнал поступает на вход предварительного усилителя, который является также и компенсационным усилителем, предназначенным для компенсации ослабления общего коэффициента усиления системы, возникающего при подключении корректирующего устройства. Затем управляющий сигнал поступает на фазочувствительный выпрямитель, который необходим для выпрямления сигнала переменного тока, снимающегося с ВТ-приемника, в сигнал постоянного тока, необходимого для работы исполнительного двигателя. Далее сигнал усиливается по мощности с помощью усилителя на транзисторах (для обеспечения тока управления ЭМУ) и электромашинного усилителя. С ЭМУ сигнал поступает непосредственно на исполнительный двигатель, который отрабатывает заданное воздействие. Двигатель связан с объектом управления через понижающий редуктор.

Для питания схемы необходимы следующие напряжения: переменное 36 В, 400 Гц для ВТ, постоянное 220 В для питания обмотки возбуждения исполнительного двигателя, постоянное 115 В для ЭМУ и постоянное напряжения 15 В для питания микросхем и транзисторов. Перечисленные напряжения обеспечивает блок питания, реализованный на трансформаторе Т1, к первичной обмотке которого подключается переменное напряжение 220 В, 400 Гц, получаемое из трёхфазного напряжения 380 В, 50 Гц.

Список использованных источников

1. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования / Бесекерский В.А., Попов Е.П. - М.: Наука, 1975.

2. Выгода Ю.В. Расчет систем управления. Учебное пособие. / Ю.А. Выгода, Б.А. Малев, Н.В. Мясникова. - Пенза: 2002.

3. Гусев В.Г. Электроника / В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. - М.: Высшая школа, 1991

4. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988.

5. Терещук Р.М. Полупроводниковые приёмно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов. - Киев: Наук. думка, 1987.