Размещено на http://allbest.ru

ОДЕСЬКИЙ ІНСТИТУТ СУХОПУТНИХ ВІЙСЬК

Кафедра електротехніки та радіоелектроніки

Контрольна робота

Вдосконалення системи електроприводу для гарматної башти

Кафедра електротехніки та радіоелектроніки

листопад 2001 р.

Зміст

Короткий опис об'єкта керування, його будови, кінематичної схеми, принципу роботи

Вибір двигуна

Розрахунок і вибір керованого перетворювача

Розрахунок статичних механічних характеристик

Розробка схеми управління позиційного електроприводу

Розрахунок і аналіз перехідних процесів

Література

1. Короткий опис об'єкта керування, його будови, кінематичної схеми, принципу роботи

Поворотна башта здійснює наведення гармати в горизонтальному напрямі шляхом його повороту на заданий кут. Кінематична схема механізму повороту наведена на мал.1.

Механізм працює в повторно-короткочасному режимі.

В цикл роботи входять слідуючи операції:

- Розгін, сталий рух, гальмування до повної зупинки при повторі в одному напрямі.

- Пауза на термін вертикального наведення гармати і здійснювання пострілу.

- Те ж, що в п.1, але при повороті в зворот ньому напрямі.

- Те ж, що в п.2.

Мал.1. - Кінематична схема механізму повороті

Позначки: Д - двигун; Г - гальмо; Р - редуктор; ВШ - ведуча шестерня; ЗВ - зубчатий венець; ВО - вісь обертання башти.

Технічні дані механізму повороту і варіанти завдань

TX/Вар	Маса башти mб, m	Маса гармати m0, m	Зовнішній радіус башти, Rб, м	Внутрішній радіус башти, rб, м	Передатне відношення механізма, i	ККД мех.-ма, r, %	Кут поворота башти, б, рад	Кутова швид. башти з, рад/с	Прискор. башти, (т), рад/с2	Термін пауз t0,с	Довжина жерла гармати, l0, м
1	8	2	1	0,7	250	78	0,3	0,4	0,2	4	2
2	7	2,5	1,2	0,9	200	80	0,4	0,5	0,25	6	2,5
3	8	3,5	1,5	1,2	160	82	0,5	0,6	0,3	8	3
4	9	3,5	1,7	1,4	140	84	0,6	0,7	0,35	10	3,5
5	10	4	2	1,7	125	86	0,7	0,8	0,4	4	4
6	6	2	2	1,7	112	88	0,8	0,9	0,45	6	2
7	7	2,5	2,2	1,8	250	78	0,32	0,4	0,2	8	2,5
8	8	3	2,5	2,1	200	80	0,42	0,5	0,25	10	3
9	9	3,5	3	2,6	160	82	0,52	0,6	0,3	4	3,5
10	10	4	3,5	3	140	84	0,68	0,7	0,35	6	4
11	6	2	2	1,7	125	86	0,72	0,8	0,4	8	2
12	7	2,5	2,2	1,8	112	88	0,82	0,9	0,45	10	2,5
13	8	3	2,5	2,1	250	78	0,35	0,4	0,2	3	3
14	9	3,5	3	2,6	200	80	0,45	0,5	0,25	5	3,5
15	10	4	3,5	3	160	82	0,55	0,6	0,3	7	4
16	6	2	2	1,7	140	84	0,65	0,7	0,35	9	2
17	7	2,5	2,2	1,8	125	86	0,75	0,8	0,4	3	2,5
18	8	3	2,5	2,1	112	88	0,85	0,9	0,45	5	3
19	9	3,5	3	2,6	250	78	0,37	0,4	0,2	7	3,5
20	10	4	3,5	3	200	80	0,47	0,5	0,25	9	4
21	6	2	2	1,7	160	82	0,57	0,6	0,3	3	2
22	7	2,5	2,2	1,8	140	84	0,67	0,7	0,35	5	2,5
23	8	3	2,5	2,1	125	86	0,77	0,8	0,4	7	3
24	9	3,5	3	2,6	112	88	0,87	0,9	0,45	9	3,5
25	10	4	3,5	3	250	78	0,9	0,95	0,5	10	4

двигун електропривід гармата

2. Вибір двигуна

2.1 Розрахунок діаграми швидкості

В перехідних процесах рух башти є рівноприскореним або рівно повільним.

Термін розгону (гальмування)

де з - завдана кутова швидкість башти, рад/с;

р(т) - завдане кутове прискорення (уповільнення) башти.

Кутове переміщення при розгоні (гальмуванні)

де 0 - початкова швидкість, рад/с

(при розгоні =0, при гальмуванні 0=з, знак “-” для процесу гальмування).

Кутове переміщення при сталому русі

де з - завданий кут повороту башти.

Термін сталого руху



В окремих випадках в діаграмі швидкості ділянка руху зі сталою швидкістю може бути відсутньою і діаграма буде трикутною. При цьому термін розгону (гальмування)

де - фактичне максимальне значення швидкості, до якої розженеться двигун

На підставі розрахованого терміну роботи механізму на кожній ділянці необхідно визначити тривалість вмикання двигуна

У висновках за результатами розрахунків потрібно відмітити загальний час руху башти і визначити для якого номінального режиму роботи (S1 чи S3) потрібно обирати електричний двигун.

2.2 Вибір двигуна

При виборі двигуна необхідно розрахувати навантажувальну діаграму у вигляді залежності моменту двигуна від часу роботи. Цю діаграму використовують як для попереднього вибору двигуна, так і для його перевірки за нагрівом і перевантаженням.

При побудови діаграми потрібно врахувати як статичний момент навантаження, що обумовлений силами тертя, так і динамічний момент під час розгону та гальмування.

Статичний момент на валу двигуна при сталому русі башти:

де Кр - коефіцієнт, що враховує тертя роликів опорного роликового кола з направляючими, (Кр = 1,3);

f - коефіцієнт тертя кочення роликів, (f = 0,7*10-3м);

Rрк - радіус роликового кола, (Rрк Rб);

dр - діаметр роликів, (dр = 0,1м);

i, - передатне відношення і ККД механізму;

G - вага башти з гарматою.

Динамічний момент при розгоні

при гальмуванні

де Iм - приведений до валу двигуна момент інерції механізму.

Момент інерції Iм визначити, прийнявши припущення про те, що башта являє собою пустий циліндр з масою mб, зовнішнім радіусом Rб і внутрішнім радіусом rб. Відтоді момент інерції башти визначається формулою

Вважаючи жерло гармати циліндром довжиною , радіусом масою , момент інерції гармати відносно вісі обертання башти можна визначити по формулі

У всіх варіантах завдання прийняти = 0,1м.

Для урахування додаткового динамічного моменту, що розвине двигун для подолання власного моменту інерції Ig, необхідно визначити динамічний момент двигуна по формулі

де К - коефіцієнт запасу, К = 1,1.

Використовуючи розраховані значення Мс і Мqинр(т), будуть створювати навантажувальну діаграму електропривода.

Приклад побудови тахограми і навантажувальної діаграми наведений на мал.2.



Мал.2. Навантажувальна діаграма

У відповідності з навантажувальною діаграмою необхідно розраховувати еквівалентний момент двигуна

де ПВ ст - стандартне значення тривалості вмикання двигуна, найближче до розрахованого значення ПВ. ПВст вибирається з ряду значень 15%, 25%, 40%, 60%, 100%.

- коефіцієнт погіршення охолодження двигуна в режимах розгону і гальмування. Вважаючи, що буде обраний самовинтелюємий двигун, прийняти = 0.63.

Вибрати двигун постійного струму з номінальним моментом:

Зі стандартним значенням тривалості вмикання ПВ ст і з номінальною швидкістю

У випадку, якщо номінальна кутова швидкість двигуна значно відрізняється від величини з * i, необхідно змінити передатне відношення редуктора і та з урахуванням цього уточнити розрахунок моментів Мqин р , Мqин т, Мс.

Враховуючи, що в розглянутому механізмі повороту момент інерції механізму, приведений до валу двигуна Ім значно більше моменту інерції ротора двигуна Іg, то після попереднього вибору двигуна можна не будувати уточнену навантажувальну діаграму електропривода, оскільки вона не буде суттєво відрізнятися від вже побудованої (мал.2). Тому можна враховувати проведений попередній розрахунок і перевірку умови Мн Мэ також і перевіркою двигуна за нагрівом.

Обраний двигун необхідно перевірити з перевантаження, використовуючи співвідношення

Мдоп Мmax,

де Мдоп - максимально припустимий момент обраного двигуна;

Мmax - максимальне значення моменту із навантажувальної діаграми.

У висновках цього розділу необхідно привести всі технічні дані обраного двигуна, що наводяться у каталозі, відмітити чи підходить обраний двигун для механізму обертання башти за нагріванням, перевантаженням, ступенем захисту від факторів навколишнього середовища, кліматичним виконанням, способом вентиляції та інші.

3. Розрахунок і вибір керованого перетворювача

При виконанні цього розділу необхідно провести аналіз літературних джерел і визначити, які типи перетворювачів застосовується у механізмах повороту різних робочих машин. Обґрунтувати вибір типу перетворювача для електроприводу механізму обертання башти.

В механізмі повороту башти доцільно використати електромеханічний перетворювач, що містить до себе генератор постійного струму, гонний двигун, а також в необхідних випадках і збуджувач.

Генератор постійного струму обирається по еквівалентному струму, що враховує як корисну складову струму навантаження, так і складову, що відбиває момент втрат у двигуні.

Момент втрат двигуна у номінальному режимі:

де Сн, Ін, Рн, н - номінальні дані двигуна і коефіцієнт ЕРС, струм, потужність, швидкість.

Rя - опір коло якоря двигуна, що містить опір обмоток якоря, додаткових полюсів, компенсаціонної обмотки і щіткового контакту, які приведені до розрахункової температури ізоляції.

Rя = Rякат*(t*КR+1),

де Rякат - опір кола якоря, що взятий з каталогу при вказаній температурі, звичайно 15 або 20оС;

t - перевищення температури двигуна понад вказаної в каталозі , що залежить від класу застосованої у двигуні ізоляції. (Можливо припустимі температури для класів ізоляції: В-130о, F-155o, H-180o);

КR = 0,004 1/оС - температурній коефіцієнт опору.

Еквівалентний струм двигуна

Вибрати генератор з номінальним струмом

Інг Іэ

Номінальні напруги генераторів согласовані з номінальними напруга ми двигунів, але обраний генератор треба перевірити по максимальній потрібній ЕРС генератора

Егн Емаx

де Егн - номінальна ЕРС генератора

Егн = Vгн + Інг Rяг

де Vгн , Інг - номінальні дані генератора: напруга, струм; Rяг - опір кола якоря генератора з урахуванням нагріву обмоток; Емаx - максимальна потрібна ЕРС генератора.



Потужність двигуна

де g, г - номінальні ККД двигуна і генератора.

Двигуном може служити двигун внутрішнього згорання, а при наявності мережі змінного трифазного струму - асинхронний двигун з короткозамкненим ротором.

У висновках цього розділу потрібно навести технічні дані обраних генераторного двигуна і відмітити чи підходить обране обладнання для застосування у електроприводі повороту башти за потужністю, ступенем захисту від факторів навколишнього середовища, кліматичним виконанням та інше.

4. Розрахунок статичних механічних характеристик двигуна

ЕРС генератора, що потрібна для забезпечення руху башти с завданою швидкістю з

Рівняння механічної характеристики двигуна

У відповідність з цими рівняннями побудувати механічну характеристику двигуна. Побудувати також механічну характеристику для випадку повороту башти із швидкістю вдвічі меншою, ніж з. Відмітити на характеристиках робочу точку, що відповідає моменту навантаження Мс.

У висновках цього розділу відмітити чи достатня жорсткість механічних характеристик двигуна для того, щоб регулювати швидкість обертання башти і який діапазон регулювання може бути забезпечений.

5. Розробка системи керування поворотом башти на заданий кут

Система будується на базі розробленого електропривода механізма поворота башти.

Система (Мал.3) містить задавач положення ЗП, що формує напругу Uзу завдання куту повороту башти. Сигнал зворотнього зв'язку за положенням Ugy формується датчиком положення ДП, який зв'язує з валом двигуна М через редуктор Р. Сигнал розсогласування (Uзу - Ugy) поступає на регулятор положення РП, що виявляє собою підсилювач з коефіцієнтом підсилення Крп. Напруга завдання Uзс швидкості двигуна поступає з виходу РП на вхід системи імпульснофазного керування СИФУ, яка формує імпульси керування тиристорами керованого випрямляча, що живить обмотку збудження LG генератора G.

Під час розробки системи керування необхідно за завданням керівника розробити електричні принципові схеми окремих елементів системи: ЗП, РП, СИФУ, УВ, ДП і зробити опис роботи цих елементів.

Далі потрібно скласти структурну схему розробленої системи і розрахувати всі її параметри. Ця схема буде основою подальшого дослідження динамічних характеристик електропривода і аналізу перехідних процесів у системи.

Спрощена структурна схема системи наведена на мал.3.

Мал.3

На ній прийняті слідуючи позначення:

Тзп - стала часу задатчика положення;

зу - сигнал завдання кута повороту башти(зумах =).

вх - вхідна напруга задатчика положення (вх = зумах).

gу - сигнал датчика положення;

Крп - коефіцієнт підсилення регулятора положення;

Кgп - коефіцієнт передавання датчика положення

(Кgп = );

Кпм - коефіцієнт передавального механізму (Кпм = 1/і);

- кутова швидкість двигуна;

б - кутова швидкість башти;

з, б - кути повороту башти завданий і фактичний;

Р - оператор Лапласа.

Електропривод уявляється спрощено аперіодичною ланкою з коефіцієнтом передавання

і сталою часу Тэп, яку можна приблизно прийняти рівною:

де Твг- електромагнітна стала часу обмотки збудження генератора, с;

Тм - електромеханічна стала часу, с ;

Lовг, Rовг - індуктивність і опір обмотки збудження генератора.



де Р- число пар полюсів генератора;

Wп- число витків обмотки одного полюса;

ап - число паралельних гілок обмотки одного полюса;

аб - число паралельних гілок в схемі з'єднання полюсів;

Кб =1,1...1,15 - коефіцієнт, що враховує розсіяння магнітного потоку полюсів;

Фп, Іп - прирощення магнітного потоку і струму обмотки одного полюса, що визначаються в результаті лінійної апроксимації кривої намагнічування або її участка.

Для визначення значення коефіцієнта Крп необхідно записати передатну функцію замкненої системи по задавальній дії. Отриману передатну ланки другого порядку уявити в стандартному вигляді.

Виразити коефіцієнт демпфірування через коефіцієнти передавання ланок і задаючись значенням = 0,7 , визначити необхідне значення Крп.

6. Розрахунок перехідних процесів

Дослідження перехідних процесів в системі проводиться на математичній моделі системи за допомогою персональної ЕОМ. Рівняння, що описують перехідні процеси в системі, можна скласти на підставі структурної схеми мал.3

Размещено на http://allbest.ru

Для вирішення диференційних рівнянь на ПЕОМ чисельним методом необхідно записати ці рівняння в прирощеннях. Наприклад, третє рівняння наведеної вище системи рівнянь записується у вигляді

Де - значення швидкості двигуна на попередньому кроці розрахунку;

- прирощення швидкості за інтервал часу t.

При вирішенні рівнянь на ЕОМ доцільно задатись кроком розрахунку за часом t = Тэп/10.

Сумарний час дослідження перехідного процесу t = 1,2Тзп. При початковому розрахунку прийняти Тзп = tp+ ty+ tт . Мова програмування при моделюванні перехідних процесів вибирається , виходячи з можливостей курсанта. В пояснювальній записці необхідно навести програму розрахунку на обраній мові і результати розрахунку у вигляді графіків залежностей від часу кутової швидкості башти б(t) і кута повороту башти б(t) .

При застосуванні для моделювання системи пакету програм MatLab, чи EWB замість програм розрахунку перехідних процесів необхідно привести структурну схему системи у вигляді, прийнятому у середовищі SimuLink і вказати у чисельному вигляді всі коефіцієнти підсилення і сталі часу окремих ланок.

Отримавши в результаті розрахунку графіки перехідних процесів, виконати їх аналіз, звернути увагу на оцінювання часу розгону та гальмування, величину пере гальмування . Відмітити співпадання або неспівпадання із завданими значеннями швидкості і кута повороту башти.

Пояснити причини неспівпадання цих величин і намітити шляхи удосконалення системи керування.

Література

1. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат , 1985.

2. Справочник по электрическим машинам / В 2 т. Под общ. Ред. И.П.Копилова, Б.К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат , 1988.

3.Теория автоматического управления: Учебник для ВУЗов. Ч. 1 / Н.А. Бабаков, Л.А.

4. Воронов, А.А. Воронова и др. - М.: Высшая школа, 1986.

Размещено на Allbest.ru