Система регулирования напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

технический университетим. А.Н.ТУПОЛЕВА

Кафедра автоматики и управления

Пояснительная записка к курсовой работе

Теория автоматического управления

«Система регулирования напряжения»

Шифр задания на курсовую работу: В-0120-101-21

Выполнил студент группы 3333______________ Шарафеев А.Ф.

(подпись)

Преподаватель:доцент____________Гаркушенко В.И.

(подпись)

Оценка: ____________

Казань 2020



ОГЛАВЛЕНИЕ

• ВЕДЕНИЕ
• 1. Исходные данные
• 1.1 Техническое задание
• 1.2 Описание работы схемы
• 1.3 Функциональная схема системы
• 1.4 Классификация схемы по принципу регулирования
• 1.5 Определение статизма (астатизма) системы по отношению к возмущению нагрузки и команде вида ,
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


ВЕДЕНИЕ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

Шифр задания: В-0120-101-21.

Схема «В»: Принципиальная схема системы регулирования напряжения. На рисунке приведена схема Б для чего???

На принципиальной схеме «Б» приняты следующие обозначения:Д - двигатель;Г- генератор; ЭМУ- электромашинный усилитель;ЭУ - электронный усилитель;ТГ - тахогенератор.Для удобства в качестве промежуточных переменных на схемах вместо фактических напряжений приняты ЭДС. выходных сигналов электронного усилителя , генератора . При этом выходное сопротивление электронного усилителя, сопротивление якоря генератора вынесено во внешнюю цепь.

Таблица 1. Исходные данные

0- двигатель отсутствует

1- № генератора

2- № электромашинного усилитель

0- тахогенератор отсутствует

Элемент системы	№ элемента	кВт	В	А	А	рад/с	кгм2	Ом	Ом	Гн
Генератор	1	660	725	915	45	-	-	0,030	8	6
ЭМУ	2	12	250	48	0,06	-	-	0,2	42	2,5

1. Кривые намагничивания всех электрических машин предполагаются линейными в пределах рабочего режима заданных систем, гистерезис отсутствует, реакции электрических машин скомпенсированы.

2. Пренебрежимо малы индуктивности обмоток якорей всех машин.

3. Параметры короткозамкнутой цепи ЭМУ равны Ом; Гн.

4. Электронный усилитель с коэффициентом усиления считается идеальным с бесконечным входным сопротивлением и выходным сопротивлением R_вых=10 Ом.

5. Параметрыуправляющей обмотки возбуждения ЭМУ и обмотки обратной связи считать одинаковыми (, , ); кОм;

Для стабилизирующего трансформатора со стальным сердечником приняты следующие параметры:

первичная обмотка - Ом, Гн;

вторичная обмотка - Ом, Гн; Ом(дополнительное сопротивление);

взаимная индукция обмоток .

6. При исследовании влияния нелинейностей на динамику замкнутой системы с найденным законом управления рассматривается нелинейный элемент типа "зона нечувствительности" с нечетно-симметричными характеристиками № 1 (рис. 2), включаемый в структурную схему системы перед электронным усилителем.

1.1 Техническое задание

2. По заданным в соответствии с таблицей 2 показателям точности и качества переходных процессов в замкнутой САУ провести синтез непрерывной последовательной коррекции, составить ее электрическую схему, определить параметры корректирующего устройства и место его включения.

Таблица 2.Требуемые показатели точности и качества

Вариант схемы	Время регулирования , с	Перерегулирование ,%	Статическая ошибка	Скоростная ошибка
	1	2	3	4
В	2	30	0,2 В	-

значение командного сигнала В

Здесь показатели качества , соответствуют переходной характеристике регулируемой координаты замкнутой системы при отработке командного сигнала в виде ступенчатого воздействия.

3. Рассмотреть возможность замены непрерывной коррекции на дискретное корректирующее устройство при малых периодах дискретности.

4. Провести анализ влияния нелинейного элемента на динамику замкнутой системы при отсутствии входного сигнала и нагрузки с использованием метода гармонической линеаризации или метода абсолютной устойчивости.

1.2 Описание работы схемы

При подаче командного сигнала на выходе ЭУ создаётся ЭДС , которая создаёт ток в обмотке возбуждения ЭМУ, а он создаёт магнитный поток, который действует на ЭМУ с короткозамкнутым витком, в результате чего магнитный поток с ЭМУ действует на генератор Г, ротор которого вращается с постоянной угловой скоростью и создаёт ЭДС , которая по цепи ДН создаёт главную обратную связь. Местная обратная связь, реализованная с помощью дифференцирующего контура предназначена для устойчивой работы ЭМУ. Таким образом достигается регулирование напряжения на нагрузке с сопротивлением .

1.3 Классификация схемы по принципу регулирования

Для систем стабилизации (схемы А, Б, В) обобщенная структурная схема системы для установившегося режима системы, т.е. без учета инерционности функциональных элементов (постоянные времени типовых звеньев равны нулю) представлена на рис. 7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/



Выражение для управляемой выходной координаты системы в установившемся режиме при постоянных значениях входного сигнала и возмущающего воздействия для разомкнутой и замкнутой системы имеют вид: нагрузка уравнение качество точность

,,

где и - коэффициенты передачи системы, - коэффициент обратной связи.

Преимущество замкнутой системы, заключается в том, что выход в меньшей степени зависит от изменения и внешнего воздействия , чем в разомкнутой системе. Более того при в замкнутой системе выход практически не зависит от коэффициента , который может быть неточно задан. В этом случае для построения точной системы необходимо использовать только точные устройства обратной связи с коэффициентом передачи .

При отсутствии возмущения желаемое значение выхода для разомкнутой и замкнутой системы может быть достигнуто заданием входного сигнала с учетом выражений;.

Тогда ошибка стабилизации заданного значения при наличии возмущения имеет вид

,

,

т.е. зависит от заранее неизвестного возмущения .

С другой стороны рассогласование для замкнутой системы определяется по формуле

2. ,

которое при должно быть равно , т.е. не равным нулю. Кроме того для простоты реализации коэффициент не должен быть слишком большим, поскольку при малых значениях на динамику системы может оказывать влияние нелинейность типа "зона нечувствительности".

Здесь также при некотором значении с увеличением коэффициента за счет второго слагаемого увеличивается значение , но при этом уменьшается ошибка стабилизации .

Таким образом, при возможности измерения и формирования входного сигнала первое слагаемое установившегося значения рассогласования является заданным, а второе зависит от точности стабилизации.

В тех случаях, когда постоянный сигнал заранее неизвестен, измеряемая ошибка рассогласования характеризует точность стабилизации системы.

1.4 Определение статизма (астатизма) системы по отношению к возмущению нагрузки и команде вида ,

Пусть имеется управляющий входной сигнал и при отсутствии нагрузки предположим, что система является астатической, т.е. в установившемся режиме рассогласование равно нулю. Тогда на выходе усилителя напряжение отсутствует и ЭМУ не создаёт ЭДС и, следовательно,и . Дальше сами

Тем самым рассогласование в установившемся режиме не равно нулю и система является статической по отношению к входному сигналу.

Затем надо доказать астатизм системы от нагрузки, подключаемой к генератору при постоянном входном сигнале.



2. РАСЧЁТ САУ В ЛИНЕЙНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ

2.1 Вывод уравнений и определение передаточных функций функциональных элементов

1.4.1 Электронный усилитель (ЭУ)

Передаточная функция электронного усилителя:

,(1)

где - коэффициент усиления электронного усилителя.

1.4.2 Электромашинный усилитель (ЭМУ)

а) С учетом принятых допущений о полной компенсации реакции якоря в цепи нагрузки ЭМУ, уравнения статики для номинального режима имеют вид

,

,

,

,

,

где и - номинальные напряжение и ток в обмотке возбуждения; и - номинальные э.д.с. и ток в короткозамкнутой цепи; , , и - номинальные э.д.с., напряжение, ток и сопротивление якорной цепи нагрузки ЭМУ соответственно; -постоянная угловая скорость вращения якоря вспомогательного двигателя.

Исключая переменные и получим

.

Отсюда найдем

.

Для ЭМУ №1 получим

б) Уравнения динамики ЭМУ в схеме соединения имеют вид

,

,

,

где ,

Отсюда с учетом преобразования Лапласа при нулевых начальных условиях найдем:



в схемеВ предусмотрена(для чего пишите??)гибкая дифференцирующая обратная связь, предназначенная для гашения возможных колебательных процессов в электромашинной системе при больших коэффициентах усиления ЭМУ. Сигнал отрицательной обратной связи снимается с зажимов выхода ЭМУ в соответствии со схемой рис.11, где - операционное сопротивление обмотки возбуждения генератора. При этом

,

где , . Учитывая, что , можно принять

.

Для Генератора и ЭМУ получим: .

1.4.3 Форсирующая цепь

Обратная связь осуществляется с помощью форсирующей - цепи с передаточной функцией согласно структурной схеме рис. 13.

Рис. 13

Передаточная функция форсирующей - цепи имеет вид

,

где , , . Поскольку , то выполняется неравенство .

По заданным численным значениям найдем

, с, с.

Поскольку постоянная времени значительно меньше постоянной времени и постоянных времени других функциональных элементов схемы, можно принять . При этом упрощенная передаточная функция форсирующей - цепи имеет вид

,

т.е. содержит производную от входного сигнала.

Тогда в соответствии со структурной схемой рис. 13 найдем зависимость с эквивалентной передаточной функцией



,

где , ; ,

.

1.4.4 Генератор постоянного тока (Г)

1. Уравнения статики для номинального режима генератора имеют вид

,

,

,

где и - номинальные напряжение и ток в обмотке возбуждения генератора, - номинальное значение э.д.с.; и - номинальные напряжение и ток в якорной обмотке генератора, - сопротивление управляющей обмотки возбуждения генератора; - сопротивление якорной обмотки генератора; - коэффициент усиления по току, зависящий от угловой скорости вращения якоря вспомогательного двигателя. В генераторах, предназначенных для усиления напряжения по мощности, .

Отсюда следует, что

,



и с учетомпаспортных значений найдем коэффициент усиления генератора

Отсюда для 3 варианта получим:

3. Уравнения динамики генератора в схеме соединения имеют вид

,

,

где , , - сопротивление якоря ЭМУ.

Отсюда с учетом преобразования Лапласа при нулевых начальных условиях получим с передаточной функцией

,

где , .



3. Для генератора с нагрузкой

напряжение на нагрузке определяется по формуле:

,

где ; - проводимость нагрузки. Отсюда следует, что напряжение является нелинейной функцией от величин , . Учитывая, что при наличии нагрузки Ом величина , с помощью разложения в ряд Тейлора можно записать

.

В установившемся номинальном режиме при отсутствии нагрузки () справедливо уравнение

.

Учитывая малость величины , отклонения , вызванные подключением нагрузки , также будут малыми. Тогда при отбрасывании слагаемого второго порядка малости будет справедливо уравнение

.



Фрагмент структурной схемы генератора с нагрузкой представлен на рис. 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Запишите численное значение коэффициента

1.4.5 Делитель напряжения (ДН)

Делитель напряжения построен на базе двух сопротивлений, с одного из которых снимается напряжение обратной связи .

Передаточная функция ДН выглядит следующим образом:



1.5 Структурная схема САУ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.6 Передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы

- передаточная функция выхода от напряжения , где

- передаточная функция разомкнутой системы внутреннего контура:

что за ПФ?

что за ПФ?

Надо записать отдельно ПФ по ошибке от команды и нагрузки



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основные

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. - С.-Петербург: изд. «Профессия», 2003.

2. Теория автоматического управления / Под ред. В.Б. Яковлева - М.: Высшая школа, 2005.

3. Теория автоматического управления. Под ред. акад. А.А. Воронова. М.: Высшая школа, 1986.

4. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М., Машиностроение, 1985.

5. Васильев Д. В., Чуич В.Г., Системы автоматического управления. М., Высшая школа,1967.

6. Сборник задач по теории автоматического регулирования / Под ред. Бессекерского В.А. - М., Наука. 1965.

7. Сабинин Ю.А. Электромашинные устройства автоматики. Л.: Энергоатомиздат. Ленинг. отд-ние, 1988.

8. Дегтярев Г.Л. и др. Методы динамического расчета САУ. Казань: КАИ, 1986.

9. Гаркушенко В.И., Земляков А.С., Файзутдинов Р.Н. Нелинейные и дискретные системы автоматического управления. Уч. пособие. Казань: КГТУ им. А.Н. Туполева, 2000.

10. МедведевВ.С., ПотемкинВ.Г. Control System Toolbox. MATLAB 5 для студентов. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. - 287с.

11. Лазарев Ю.Ф. MatLab 5.x. - К.: BHV, 2000. - 384с.

12. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. - СПб.: Питер, 2001 - 480 с.

Дополнительные

13. Методы классической и современной теории автоматического управления. Под ред. Егупова Н.Д. М.: МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2002. Т.1.

14. Никулин Е.А. Основы теории автоматического управления. Частотные методы анализа и синтеза систем. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 640с.

15. Лурье Б.Я., ЭнрайтП.Дж. Классические методы автоматического управления. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 640с.

16. Дорф Р. Современные системы управления. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832с.

17. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 616с.

18. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы - М.: Физматлит, 2003. - 288 с.

19. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы - М.: Физматлит, 2004. - 464 с.

20. Востриков А.С., Французова Г.А. Теория автоматического управления. - Высш. шк., 2006. - 365 с.

21. Воронов А.А. и др. Теория автоматического управления. Ч.1. М.,Высш. шк., 1977.

22. Основы автоматического управления. Под. ред. В.С. Пугачева. М., Наука, 1978.

23. Цыпкин Я.3. Основы теории автоматических систем. М., Наука, 1977.

24. Техническая кибернетика. Теория автоматического управления. Под. ред. В.В. Солодовникова. Кн.1. - М., Машиностроение, 1967.

25. Техническая кибернетика. Теория автоматического управления. Под. ред. В.В. Солодовникова. Кн.2. - М., Машиностроение, 1967.

26. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - М.: 1988. - 548с.

27. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. - М.: Наука.1987. - 320с.

28. Теория автоматического управления: Методические указания к курсовой работе. Под ред. И.И. Ахметгалеева. Казань: КАИ, 1979. - 61с.

29. Теория автоматического управления: Методические указания к курсовой работе. Под ред. Г.Л. Дегтярева. Казань: КАИ, 1988. - 31с.

30. Щеглов М.Ю. Электроника (часть 1): Рабочая тетрадь студента. Казань: "Отечество", 2004. - 176 с.

31. ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе.

Размещено на Allbest.ru