Синтез систем автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синтез систем автоматического управления

Введение

Совершенствование технологии и повышение производительности труда относятся к важнейшим задачам технического прогресса. Эффективное решение этих задач возможно при внедрении систем автоматического регулирования и управления как отдельными объектами и процессами, так и производством в целом.

Для осуществления автоматического управления создается система, состоящая из управляемого объекта и тесно связанного с ним управляющего устройства. Как и всякое техническое сооружение, систему управления стремятся создать как бы конструктивно жесткой, динамически "прочной". Эти чисто механические термины довольно условны и употреблены здесь в том смысле, что система должна быть способной выполнять предписанную ей программу действий, несмотря на неизбежные помехи со стороны внешней среды.

Целью курсовой работы по дисциплине "Теория управления" является закрепление теоретических знаний и овладение навыками анализа и синтеза систем автоматического управления объектами на примере металлорежущих станков и промышленных роботов. При выполнении курсовой работы приобретается опыт разработки и расчета САУ производственными процессами и отдельными объектами в машиностроении.

Система автоматического регулирования поворотом рабочего органа робота

Размещено на http://www.allbest.ru/

САУ

Предназначена для управления углом поворота рабочего органа робота с требуемой точностью.

САУ поворотом рабочего органа 1 робота (например, сварочного робота) состоит из гидродвигателя 2, гидравлического усилителя 3 и электрической части. Функции гидравлического усилителя 3 выполняет четырехкромочный золотник, с плунжером которого взаимодействует шестерня 4, зацепляющаяся с шестерней 5 гидродвигателя 2. Управляющий двигатель-задатчик 6 подключен к выходу усилителя 7 и на его валу имеется резьба, с помощью которого он связан с шестерней 4. В САУ входят также преобразователь угла 8 и сравнивающее устройство 9.

При работе САУ на вход сравнивающего устройства 9 поступает сигнал в виде напряжения UЗ, вырабатываемый устройством управления по команде от ЭВМ. Устройство сравнения 9 вырабатывает сигнал ошибки ?U = UЗ - UО, где UО - напряжение преобразователя угла 8. Сигнал ошибки через усилитель 7 вызывает вращение двигателя 6. В исходном состоянии гидроусилитель (четырех кромочный золотник) находится в нейтральном положении и гидродвигатель 2 не вращается. Поворот выходного вала двигателя 6 вызовет перемещение шестерни 4 в осевом направлении и смещение плунжера золотника 3 из нейтрального положения. Гидродвигатель 2 приходит в движение, поворачивая рабочий орган 1, шестерню 5 и входной вал преобразователя угла 8. Поворот шестерни 5 вызывает вращение шестерни 4 и перемещение ее вместе с подпружиненным плунжером золотника 3 по винту двигателя 6 в сторону восстановления равновесия. Поворот вала преобразователя угла 8 вызывает изменение напряжения UО так, что ошибка с выхода сравнивающего устройства 9 уменьшается. Таким образом, рабочий орган 1 будет поворачиваться до тех пор, пока не займет требуемого положения.

Значения данных приведены в таблице 2.

Функциональная схема и динамическая модель исследуемого объекта.

Функциональная схема.

Электронный усилитель

т.к. ТЭУ=0, то запишем уравнение в следующем виде

где ТЭУ - постоянная времени электронного усилителя, с;

UВЫХ - выходное напряжение, В;

UВХ - входное напряжение, В;

КЭУ - коэффициент усиления.

Электродвигатель постоянного тока

где ТЯ - электромагнитная постоянная времени якоря, с;

ТМ - электромеханическая постоянная двигателя, с;

w - угловая скорость, с-1;

KД - коэффициент передачи электродвигателя, 1/сВ;

UД - напряжение якоря, В.

Преобразуем это уравнение в стандартное звено СИАМа:

Гидроусилитель золотникового типа

где ТГУ - постоянная времени гидроусилителя, с;

Q - выходной параметр - расход рабочей жидкости, м 3 ;

КГУ - коэффициент передачи, мм 2/с;

h - входное перемещение плунжера золотника, мм.

Гидродвигатель

где ТГД - постоянная времени гидродвигателя, с;

w - выходная угловая скорость гидродвигателя, с-1;

KГД - коэффициент передачи гидродвигателя, 1/мм 2;

Q - входной расход рабочей жидкости, м 3 .

Преобразователь углового перемещения

где UВЫХ - выходное напряжение преобразователя, В ;

Кn - коэффициент передачи, В/рад;

ВХ - входной угол поворота, рад.

Преобразователь угла

где wВХ - входная угловая скорость

бВЫХ - выходной угол

Передача винт гайка

где tВ - шаг винта

Структурная схема исследуемого объекта, реализованная на ЭВМ.

Исследование системы на устойчивость.

Под устойчивостью понимается свойство системы возвращаться к состоянию установившегося равновесия после устранения возмущения, нарушившего указанное равновесие. Неустойчивая система не возвращается к состоянию равновесия, из которого она по тем или иным причинам вышла, а непрерывно удаляется от него или совершает около него недопустимо большие колебания. Неустойчивые системы использоваться для задач регулирования не могут. автоматический управление робот

Выполним анализ устойчивости системы по логарифмическим характеристикам. Для этого построим ЛАХ, ЛФХ разомкнутой системы.

Из графика видно, что система не устойчива, т.к. ЛАХ пересекает ось частот позже, чем ЛФХ ось -180. Для того чтобы система была устойчивой, введем в неё некоторые изменения. Добавим единичный редуктор.

Разомкнем систему и проверим ее на устойчивость.

Из графика видно, что система устойчива и запас устойчивости по амплитуде и фазе равен: ДА =252 дБ ДШ=121 грд.

Замкнем систему и построим график переходного процесса:

По переходному процессу также видно, что система устойчива.

Показатели качества системы.

Максимальное перерегулирование:

Время регулирования: tP:=1400 c.

Число колебаний NP регулируемой величины в течение времени tP: NP:=7

Собственная частота колебаний системы:

Логарифмический декремент затухания системы d0:

Максимальная скорость отработки регулируемой величины:

Литература

А.А. Воронов, В.К. Титов, Б.Н. Новогранов "Основы теории автоматического регулирования и управления".

Теория автоматического управления: Нелинейные системы, управления при случайных воздействиях: Учебник для вузов / Нетушил А.В., Балтрушевич А.И.

Методические указания к лабораторным работам по курсам "Теория управления" и "Теоретические основы автоматизации машиностроения".

Размещено на Allbest.ru