Система автоматического управления гидропривода поворота башни танка

223535

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
• 2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
• 3. ДАТЧИК ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
• 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ
• 5. ПОСТРОЕНИЕ ЖЛАЧХ
• 6. КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• ЛИТЕРАТУРА
• ВВЕДЕНИЕ
• Бурное развитие электроники и вычислительной техники привело к внедрению автоматики буквально во все области деятельности человека, в том числе и в оборонной промышленности. Автоматика и автоматизация стали главным направлением развития военной техники.
• Роль человека при этом сводится к организации работы автоматических систем средств вычислительной техники.
• Локальные системы управления - это автоматические модули, используемые для решения одной функциональной задачи, для управления одним устройством, для регулирования или сигнализации одного параметра.
• Целью данного курсового проекта является разработка локальной системы управления поворотом башни танка.
• За время серийного производства внешний облик башен различных танков практически не изменился. Корпус состоял из литых (носовая часть, подбашенная коробка и корма) и катанных (днище, борта и фальшборта) броневых деталей, соединённых друг с другом гужонами. Башня танка - литая, цилиндрическая. Её поворот осуществлялся при помощи гидравлического привода или вручную. "Матильда" - первый танк, где был установлен гидропривод поворота фирмы "Фрейзер Нэш Компани", применявшийся для вращения стрелковых башен самолётов-бомбардировщиков.
• Толщина башни - от 20 до 75 мм. Боевое отделение занимало среднюю часть танка. В башне устанавливались пушка и спаренный пулемет, приборы наблюдения и прицеливания, механизмы наводки и сиденья командира танка, наводчика и заряжающего. В корпусе в нишах, по стенкам и под поликом башни размещался боекомплект. На днище танка - гидропривод поворота башни.

• Рисунок 1 - Внешний вид башни.

Башня имеет подковообразную форму - сварная, с соединением листов в шип и вертикальными стенками, выполнявшимися из цельного гнутого листа. в передней части башни в литой маске устанавливались пушка, спаренный пулемет и прицел. при неработающем двигателе башню поворачивали вручную. башня, вследствие большого вылета пушки и тяжелой броневой маски, была неуравновешена, что делало невозможным ее поворот вручную при крене в 5°. На ее крыше устанавливалась командирская башенка с шестью, а затем с семью смотровыми приборами.

1. РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

автоматический управление гидропривод танк

Проектируемая локальная система управления предназначена для управления углом поворота башни танка.

Входным сигналом системы является электрический сигнал из системы управления, соответствующий заданному углу поворота, выходным сигналом является угол поворота башни.

Состав системы:

1. Микроконтроллерный комплект, куда входят устройство суммирования, АЦП, микроконтроллер, ЦАП.

2. Электрогидропреобразователь.

3. Объект управления (гидродвигатель c редуктором).

4. Датчик угла поворота.

Функциональная схема системы приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Функциональная схема.

Технические характеристики системы.

- ошибка слежения: 0,02 рад;

- перерегулирование: 0%;

- время регулирования: 60c;

- максимально допустимая скорость: _н = 0,8 рад/с;

- максимально допустимое ускорение: _н = 0,55 рад/c²;

Система эксплуатируется в условиях повышенной влажности (до 100%), в широком диапазоне температур (-20C…+40C).

2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Рассчитаем требуемую мощность двигателя

(1)

где M_н - требуемый вращающий момент в нагрузке, в данном случае необходим для преодоления сил трения в опорах вала, M_н=30 Нм; - КПД редуктора, =0,98; I_н - момент инерции установки, I_н = 500 Нм; _н - допустимое ускорение нагрузки, _н=0,3 рад/с².

Получим требуемую мощность двигателя P_тр = 293Вт. Выбираем двигатель, для которого P_дв P_тр.

Гидродвигатель

В качестве регулирующего органа выбран гидродвигатель ДCГ-63. ТУ 2.053.1562-81. Двигатель предназначен для осуществления вращательных движений в механизмах промышленных роботов, станков, прессов и других машин с гидравлическим приводом. Диапазон вязкости минерального масла 17-213 мм²/с при температуре -10 +600С. Номинальный перепад давления 16 МПа. Частота вращения выходного вала - 600 об/мин. Номинальный крутящий момент 20 Нм. Расход масла 6,3 л/мин. Номинальный перепад давления 16 МПа. Момент инерции вала двигателя Iдв=0.12 Нм. Номинальная мощность 1000 Вт.

Оптимальное передаточное число редуктора:

,(2)

таким образом, оптимальное передаточное число редуктора равно 70.

Сделаем проверку по скорости вращения вала нагрузки:

.(3)

.(4)

Т.к. _{тр ном.дв} , то необходимая скорость обеспечивается.

Сделаем проверку по моменту:

(5)

Следовательно выбранный двигатель с редуктором обеспечивают требуемые параметры по скорости и моменту в нагрузке.

(6)

Где Кгд - коэффициент передачи,

(7)

где Кn = 1,610⁶ - постоянная гидравлической помпы; = 860 - постоянная двигателя; K = 0,4 - коэффициент жидкостного трения; Kу = 0,67 - коэффициент, характеризующий утечки.

Постоянная времени гидродвигателя

(8)

где Сгд - коэффициент динамической жесткости гидродвигателя,

(9)

где Епр - приведенный модуль упругости стенок гидродвигателя и жидкости, Lгд - приведенная длина хода лопасти гидродвигателя.

Относительный коэффициент демпфирования колебаний

(10)

Где f - приведенный коэффициент вязкого трения, .

Передаточная функция гидродвигателя может быть представлена:

(11)

(12)

Примем

(13)

Выбор электрогидравлического преобразователя

Преобразователи с непосредственной связью электрических и гидравлических процессов (часто их называют электрофлюидными преобразователями) только начинают свой путь в технике.

Электрогидравлические преобразователи с использованием действия электростатического поля на неподвижный в исходном состоянии однофазный или двухфазный диэлектрик называют статическим электрогидравлическим преобразователем (ЭГП).

Данные электрофлюидные устройства предназначены для преобразования входного электрического сигнала в давление, возникающее в неподвижной, в исходном состоянии диэлектрической жидкости при приложении к ним электростатического поля напряженностью Е, и могут быть включены на расходную и безрасходную нагрузку. Область применения статических ЭГП являются цепи управления электрогидравлических систем автоматики.

Принцип действия статического электрогидравлического преобразователя основан на использовании механической (пондеромоторной) силы, возникающей в неподвижном в исходном состоянии, заряженном объеме жидкостного или газообразного диэлектрика при приложении к нему электрического поля. В результате под действием пондеромоторных сил диэлектрик приходит в движение и таким образом входной электрический сигнал (создающий одновременно и электрическое поле и заряд в объеме диэлектрика) непосредственно преобразуется в изменение давления или расхода жидкости. Таким образом статические ЭГП можно рассматривать как локальные микронасосы и микрокомпрессоры, работающие только при наличии входного электрического сигнала и не содержащие в своей структуре ни одной подвижной электромеханической и механической частью.

С учетом силы, действующей на свободные заряды, для объемных пондеромоторных сил в рабочих жидкостях статических преобразователей справедливо выражение:

(14)

(15)

- объёмная механическая сила, действующая на свободные заряды в диэлектрике;

(16)

- объёмная механическая сила, действующая на поляризационные заряды в диэлектрике при предположении, что - диэлектрическая проницаемость, пропорциональна плотности ;

Принцип действия статического электрофлюидного (ЭФ) преобразователя с однофазным слабополярным жидким диэлектриком представленного на рисунке 3, заключается в создании в резко неоднородном электрическом поле потока униполярных ионов между электродами «игла - проницаемая плоскость».

Рисунок 3 - Принципиальная схема статического электрогидравлического ЭФ-преобразователя.

Данный поток движется под действием механических сил в электрическом поле к другому электроду, передавая количество своего движения окружающей диэлектрической жидкости или воздуху, и создает в них давление, вызывая в свою очередь движение жидкости или газа. Конструкция преобразователей предельно проста, что позволяет реализовать их в микромодульном исполнении.

(17)

где - диаметр игольчатого электрода ( - радиус его закругления).

В свою очередь, ,где - длина игольчатого электрода. При приложении напряжения U к электродам преобразователя, в межэлектродном промежутке h образуется затопленная ЭГД струя заряженной жидкости, сосредоточенная в основном по оси игольчатого электрода. Скорость этой струи существенно превышает скорости движения близлежащих слоев жидкости, поэтому при конструировании статических ЭФ ЭГП целесообразно выбирать диаметр d отверстия в плоском электроде из условия:

(18)

т.е. чтобы он ограничивал именно эту наиболее скоростную часть профиля скоростей течений. Последнее существенно увеличивает коэффициент передачи:

, (19)

где - избыточное давление на выходе преобразователя. Толщина плоского электрода выбирается из соотношения:

. (20)

Статические характеристики таких ЭФ ЭГП характеризуются соотношением:

, (21)

где -коэффициенты, зависящие от физико-химических свойств среды;

- напряжение на электродах электрогидравлического преобразователя;

- начальное напряжение при котором образуется униполярный поток ионов;

- напряжение искрового пробоя межэлектродного промежутка;

- радиус закругления игольчатого электрода;

h - расстояние между электродами.

(22)

k_d - коэффициент, зависящий от диаметра отверстия d электрода.

При изменении в рабочих диапазонах конструктивных параметров и напряжении U, работе ЭГП на безрасходную нагрузку и использования в качестве рабочей жидкости трансформаторного масла коэффициенты и соответственно равны , .

Если в качестве входной величины ЭФ ЭГП выбран электрический ток I в жидкости, то давление р_В на выходе ЭФ ЭГП прямо пропорционально току в межэлектродном промежутке:

, (23)

где b - подвижность ионов, k₂ - коэффициент пропорциональности.

Следовательно статическая характеристика преобразователя линейна. Динамические характеристики статических ЭГП оценивают по переходным характеристикам, на основании которых при линейной идентификации преобразователей можно найти и передаточные функции.

При линеаризации статических характеристик передаточная функция статического ЭГП с однофазным диэлектриком ЭФОП-1Ф имеет вид:

(24)

где k - коэффициент передачи.

Для трансформаторного масла при расстоянии между электродами , имеем ; ; ; .

Получаем:

. (25)

. (26)

Микропроцессорная система.

В качестве МПС выбран аналоговый микроконтроллер AD, обладающий следующими характеристиками: количество аналоговый входов - 4; количество аналоговых выходов - 1; разрядность АЦП-ЦАП-12; быстродействие: 12 МОПС.

Выбор датчика угла поворота

Для выбора датчика угла поворота проведем классификацию датчиков по принципу действия представленной на рисунке 4.



Рисунок 4 - Классификация датчика угла поворота по принципу действия.

Рассмотрим каждый датчик из классификации отдельно.

Емкостной датчик угла поворота. В качестве чувствительного элемента емкостного датчика угла поворота используется дифференциальный конденсатор. Его конструкция может быть достаточно произвольной. Емкость каждого из плеч может быть достаточно малой - единицы пикофарад, но необходимо, чтобы относительное изменение емкостей было как можно большим. Электронный преобразователь емкостного датчика собран по электронной схеме. В разрабатываемой системе емкостной датчик угла поворота использовать не желательно, так как он отличается сложностью электронной схемы.

Волоконно-оптический датчик угла поворота представляет собой систему, состоящую из источника узлучения, прямо передающего волоконно-оптического канала и фотоприемника. Здесь поток излучения от источника вводится в передающий световод и на его выходе формируется расходящийся поток излучения в виде конуса, ограниченного апертурой оптических волокон. При падении потока на поверхность объекта часть его отражается и попадет в приемный световод, проходит по нему в фотоприемник, где преобразуется в электрический сигнал. Питание волоконно-оптического датчика осуществляется от источника питания.

Потенциометрический датчик угла поворота. Потенциометры прецизионные непроволочные (на основе проводящих пластмасс) предназначены для использования в качестве датчиков угла поворота или перемещения в автоматических системах управления в различных отраслях техники: авиационной, ракетно-космической, корабельной, в различных промышленных системах и т.д. потенциометрические датчики выпускаются трех типов: односекционные, двухсекционные, трехсекционные.

Таблица 1 - Представители и технические характеристики потенциометрических датчиков.

Тип	Конструкция	Функциональная характеристика	Доп.отклонения функциональной характеристики, %	Номинальное сопротивление, Ом	Угол поворота(град), рабочий ход(мм)	Размеры, мм
СП4-8-1	Односекционный	линейная	+0,2;+0,5	1000 10000 +10; +20%	340+2	30х21
СП4-8-2	Двухсекционный	линейная	+0,2;+0,5			30х28
СП4-8-3	Трехсекционный	линейная	+0,2;+0,5			20х35

Резистивный датчик угла поворота. Угловые датчики являются наиболее распространенными приборами широко используемые в машиностроении и на транспорте, строительстве и энергетике, в различных измерительных комплексах. Имеющиеся довольно высокие метрологические характеристики, при высокой эксплуатационной надежности и низкой стоимости. В настоящее время серийный выпуск четырех типов угловых резистивных датчиков, имеющих одинаковые размеры и конструкцию и позволяющие охватить диапазоны измерения углов от 2⁰ (ДУП-1А1) до 360⁰ (ДУП-1В4). Это датчики с абсолютным отсчетом. Датчики типа ДУП-1А имеют унифицированный выходной сигнал предназначенный для измерения поворота рабочих частей объекта. Он обеспечивает непрерывное преобразование измеряемого параметра в унифицированный выходной сигнал. Датчик снабжен магнитной присоской, что значительно упрощает его установку на объекте. Технические характеристики приборов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические характеристики резистивных датчиков угла поворота.

Тип прибора	ДУП-1А1	ДУП-1А2	ДУП-1А3	ДУП-1А4
Диапазон измерения	от +10 (00-20) до +100 (00-200)	от +100 (00-200) до +300 (00-600)	от +300 (00-600) до +900(00-1800)	от +900 (00-1800) до +1800 (00-3600)
Основная погрешность,+%	0,5-1	0,5-1	0,5-1	1-1,5
Диапазон рабочих температур,0С	-30…+60	-30…+60	-30…+60	-30…+60
Дополнительная температурная погрешность	0,015%/0С	0,015%/0С	0,015%/0С	0,015%/0С
Дополнительная температурная погрешность шкалы	0,08%/0С	0,08%/0С	0,08%/0С	0,03%/0С
Полоса пропускания (-3dB),Гц	50	50	50	50
Напряжение питания, В	+5…+15	+5…+15	+5…+15	+5…+15
Потребляемый ток, мА	3	3	3	6
Выходной сигнал, А	от 0…+2 до 0…+10	от 0…+2 до 0…+10	от 0…+2 до 0…+10	от 0…+2 до 0…+10
Габариты датчика,мм	Ф46х30, встроенная электроника	Ф46х30, встроенная электроника	Ф46х30, встроенная электроника	Ф46х20,отдельная плата электроника
Вес,г	62	62	62	58
Материал корпуса	алюминий	алюминий	алюминий	алюминий

Из рассмотренных выше датчиков угла поворота был выбран резистивный датчик типа ДУП-1А4, так как он обладает наиболее подходящими для разрабатываемой системы техническими характеристиками.

Вид характеристики вход (угловое перемещение) - выход (электрический сигнал) датчика показан на рисунке 5.



Рисунок 5 - Характеристика вход-выход резистивного датчика перемещения типа ДУП-1А4.

Выходной сигнал (выходной ток) линейно зависит от угла поворота. Следовательно передаточная функция датчика угла поворота будет иметь вид передаточной функции пропорционального звена:

, (27)

где k - отношение максимального выходного сигнала к максимальному углу поворота.

.

Получаем

. (28)

3. ДАТЧИК ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

В качестве датчика обратной связи был выбран резистивный датчик для измерения угла поворота башни танка. Датчик работает на основе резистивного чувствительного элемента, у которого выходная величина является электрической.

Омическое сопротивление проводника, обладающего длиной l, площадью сечения q и удельным сопротивлением материала , определяется по известной формуле . Как видно, изменение сопротивления может быть вызвано изменением удельного сопротивления, длины или площади сечения проводника. Все три возможности используют в конструкциях таких чувствительных элементов.

Простейшим способом изменения сопротивления резистора за счет изменения длины является перемещение отвода (скользящего контакта). Такие элементы выполняются с продольным или круговым перемещением. При приложении к ползунку усилия или крутящего момента его угловое перемещение преобразуется в изменение сопротивления и далее в изменение снимаемого с реостата напряжение или протекающего тока.

Основным элементом резистивного датчика является каркас и нанесенный на него резистивный элемент в виде намотки проволоки, слоя полупроводника или пленки металла. В конструкциях проволочных реостатов чаще всего применяются провода из манганина, константанта или фехраля.

Движок (щетка) выполняется либо из двух-трех проволок, изготовленных из сплавов платины с иридием или из пластины с беррилием, либо в виде пластинчатых щеток из серебра или фосфористой бронзы. В случае проволочных щеток контактное усилие должно быть около 0,003-0,005 Н, а в случае пластинчатых -0,05 - 0,1 Н. Контактная поверхность намотанного провода полируется, ширина контактной поверхности движка должна быть равна 2-3 диаметрам провода.

При работе реостатного преобразователя в условиях вибрации применяют щетки из проволок различной длины (от точки крепления до точки контактов) или из пластин с двумя тремя надрезами.

Каркас реостатного преобразователя обычно выполняется из текстолита или пластмассы, применяются также каркасы из алюминия, покрытого или изоляционным лаком, или оксидной пленкой толщиной 10мкм, обладающей достаточно хорошим изоляционными свойствами. Алюминиевый каркас, сохраняя стабильность геометрических размеров, позволяет также за счет лучшей теплопроводности повысить плотность тока в обмотке и, следовательно, увеличить чувствительность преобразователя. Формы каркасов очень разнообразные, они могут быть виде плоской или цилиндрической пластины, плоского иди цилиндрического кольца, плоского сегмента и т.д.

Характеристики датчика:

- входная величина: линейное или угловое перемещение;

-выходная величина: изменение сопротивления на чувствительном элементе и далее изменение снимаемого с реостата напряжения или протекающего тока;

- диапазон измерения: линейный до 60мм, угловой до 355⁰;

- погрешность от нелинейности характеристики: 0,1-0,3%;

-динамическая характеристики (частотный диапазон): зависят от параметров механических преобразователей включенных перед резистивным датчиком: при линейных и угловых измерениях до 5 Гц и до 1000 Гц соответственно.

Преимущества: малые погрешности нелинейности; высокое разрешение; применимость в вычислительных устройствах. К недостаткам относят истирание обмотки ползунка.

Большое значение имеет разрешающая способность чувствительного элемента, определяемая изменением сопротивления между двумя соседними витками обмотки.

Параметры резистивного датчика:

- диаметр корпуса, мм	50;
- полный угол поворота, град	355;
- число витков	1755;
- теоретическое разрешение, %	0,056;
- нелинейность, %	0,2;
- максимальное напряжение питания, В	100;
- необходимый крутящий момент, мН.с	30;
- максимальный угол поворота, град	360;
- общее сопротивление, Ом	2000;
- дискретность, витки	5;
- сопротивление одного витка, Ом	1,1;
- потребляемая мощность, Вт	5;
- максимальная сила тока, мА	100.

Зависимость выходного напряжения резистивного датчика от угла поворота башни танка определяется:

. (29)

Уравнение идеальной выходной характеристики датчика записывается в виде:

, (30)

где k - коэффициент, определяющий крутизну выходной характеристики, определяемой чувствительностью тахогенератора к изменению угла поворота.

Выходная характеристика датчика, представляющая собой зависимость напряжения на выходе от угла поворота на входе, должна максимально приближаться к прямолинейной.

Напряжение на выходе датчика, при повороте на угол 0 градусов должно быть минимальным.

Учитывая выше перечисленные условия, построим выходную характеристику датчика для разрабатываемой системы.

Если максимальное выходное напряжение для датчика ДУП-1А4 = 10В, а максимальный угол поворота башни танка , то получим идеальную характеристику датчика.

Рисунок 6 - Выходная характеристика резистивного датчика.

Выразим из уравнения (29) величину :

, (31)

. (32)

Тогда выходная характеристика датчика с учетом параметров разрабатываемой системы будет иметь вид: .

Рисунок 7 - Выходная характеристика резистивного датчика для разрабатываемой системы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ

Структурная схема системы имеет следующий вид:

Рисунок 8 - Структурная схема системы регулирования угла поворота.

Передаточные функции блоков имеют вид

, (33)

, (34)

. (35)

Передаточная функция прямой цепи

; (36)

; (37)

. (38)

Передаточная функция разомкнутой системы

; (39)

. (40)

Передаточная функция замкнутой системы

, (41)

. (42)

Корни характеристического уравнения

(43)

имеют вид -4,9^.10²; -35; -16; -0,27.

Известно, что при отрицательных вещественных частях характеристического уравнения система устойчива, следовательно, система W_z устойчива.

Годограф Найквиста для разомкнутой системы представлен на рисунке 9.



Рисунок 9 - Годограф Найквиста для нескорректированной системы.

Годограф не охватывает точку (-1;0), следовательно замкнутая система устойчива.

Передаточная функция замкнутой системы с учетом дискретности (T₀=1,2c) и фиксатором нулевого порядка имеет вид

. (44)

Нули характеристического уравнения имеют вид 0,93188; 0,7916; 0,4092; 0,0116.

Нули характеристического уравнения по модулю меньше 1, следовательно замкнутая дискретная система устойчива.

Передаточная функция разомкнутой системы с учетом дискретности и фиксатора нулевого порядка имеет вид

(45)

Проведем - преобразование, z = (1+) / (1-).

. (46)

Сделав замену =0,5T₀л, где T₀ = 1,2 с - период дискретности, получим

. (47)

По полученной передаточной функции строим ЛАЧХ системы от псевдочастоты .

Рисунок 10 - ЛАЧХ нескорректированной системы.

Переходный процесс замкнутой нескорректированной системы с учетом дискретности приведен на рисунке 11.



Рисунок 11 - Переходный процесс нескорректированной системы.

Время переходного процесса 11,6с, что не удовлетворяет техническому заданию, следовательно, требуется коррекция.

5. ПОСТРОЕНИЕ ЖЛАЧХ

Построение ЖЛАЧХ начинаем с построения запретной зоны, геометрия которой определяется положением рабочей точки.

Абсцисса рабочей точки

(48)

выраженная в псевдочастоте принимает значение

;. (49)

Ордината рабочей точки

(50)

Через эту точку проводим низкочастотную асимптоту с наклоном минус 20Бд/дек и высокочастотную с наклоном минус 40 дБ/дек.

Рисунок 12 - ЛАЧХ нескорректированной системы и желаемая ЛАЧХ.

Построение среднечастотной асимптоты ЖЛАЧХ начинают с выбора частоты среза. По номограмме Солодовникова определим частоту среза используя заданное время регулирования t_р =60с и зададим значение перерегулирования =26%

, (51)

, (52)

. (53)

Среднечастотная асимптота ЖЛАЧХ проводится через точку _cр с наклоном -20 дб/дек, который обеспечивает необходимый запас по фазе. Протяженность h среднечастотной асимптоты устанавливается исходя из необходимого запаса устойчивости. Из этих же соображений выбирается ее сопряжение с низкочастотной асимптотой.

Показатель колебательности M характеризует склонность системы к колебаниям. Чем больше М, тем меньше запас устойчивости системы.

. (54)

Границы среднечастотной асимптоты

(55)

(56)

Используя полученные данные строим желаемую характеристику, обеспечивающую необходимые показатели качества системы. Через частоту среза проводится среднечастотная асимптота с наклоном -20 дб/дек, высокочастотная часть системы мало влияет на устойчивость, поэтому ее достроим эквидистантно к высокочастотной части ЛАЧХ неизменяемой части системы.

Передаточная функция ЖЛАЧХ

. (57)

Переходный процесс замкнутой скорректированной системы показан на рисунке 14.

Рисунок 14 - Переходный процесс скорректированной системы.

Время регулирования 56 c.

Перерегулирование 0%.

Коррекция проведена успешно, система удовлетворяет техническому заданию.

6. КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Аналоговое КУ

С точки зрения требований к точности коррекция может потребоваться для увеличения порядка астатизма или коэффициента передачи системы при сохранении устойчивости и определенного качества переходного процесса.

Коррекция применяется также как средство обеспечения устойчивости, а так же повышения качества переходного процесса.

Осуществляется коррекция введением в систему корректирующих звеньев с особо подобранной передаточной функцией. Принципиально корректирующие звенья могут включаться либо последовательно с основными звеньями САУ, либо параллельно им, также существуют и комбинированные способы включения. Соответственно, по способу включения в систему корректирующие звенья делятся на последовательные и параллельные.

Передаточная функция неизменяемой части имеет вид

. (58)

Передаточная функция желаемой системы имеет вид

, (59)

тогда передаточная функция корректирующего устройства имеет вид

. (60)

Данную функцию возможно реализовать, используя усилитель и пассивный корректор, соответствующий передаточной функции

, (61)

имеющей ЛАЧХ вида, показанного на рисунке 15.



Рисунок 15 - ЛАЧХ КУ.

Передаточной функции (61) соответствует два соединенных последовательно звена

,.(62)

Так как частоты спряжения функции W_ку1 близки, то она не будет оказывать существенного влияния на работу корректора, поэтому ей можно пренебречь без ущерба для качества, таким образом передаточная функция выглядит в виде

.(63)

Для корректора, включенного в электрическую цепь, данный корректор соответствует схеме на рисунке 16.



Рисунок 16 - Схема аналогового КУ.

Рассчитаем значения параметров элементов, для этого составим систему уравнений.

(64)

Решив совместно систему уравнений (70), получим значения параметров элементов:

R₁ = 0,1 МОм, R₂ = 5,1 МОм, С₁ = 190 мкФ.

Программное корректирующее устройство

В разрабатываемой системе присутствует микропроцессор, с помощью которого можно реализовать коррекцию. В зависимости от способа включения микро-ЭВМ различают последовательную и параллельную коррекцию, в данном случае используется последовательная коррекция.

Последовательная коррекция с помощью управляющей программы служит для непосредственного преобразования сигнала рассогласования.

Для того чтобы реализовать программу коррекции необходимо представить передаточную функцию корректирующего устройства в виде разностных уравнений в реальном масштабе времени. Для этого необходимо произвести обратное z-преобразование.

Подставляя в выражение передаточной функции корректирующего устройства

(65)

Выражение

(66)

Получим

.(67)

Найдем разностное уравнение в реальном масштабе времени, то есть введя в числитель дополнительный сдвиг z^-1. В результате этого получим

, (68)

где x и y - соответственно входной и выходной сигнал, k - шаг квантования.

Блок схема для реализации функции программной коррекции представлена на рисунке 18.



Рисунок 18 - Блок - схема корректирующей программы.

Выбор корректирующего устройства

Последовательные корректирующие звенья наиболее удобны в электрических САУ, особенно постоянного тока. В этом случае последовательные корректирующие звенья осуществляются в виде пассивных четырехполюсников, передаточные функции которых можно просто и плавно изменять в очень широких пределах, ограниченных лишь достаточно свободными условиями физической реализуемости. К достоинствам последовательной коррекции можно отнести:

- ускорение переходного процесса;

снижение установившейся ошибки;

простота включения элементов коррекции;

К недостаткам можно отнести:

увеличение чувствительности к помехам

необходимость согласования сопротивления корректирующих элементов с входным и выходным сопротивлением элементов системы, к которым они подключаются.

Мощным методом коррекции стало применение программных корректирующих устройств на микропроцессорах, применение которых позволяет варьировать параметры в широких пределах и быстро их изменять без изменения технического исполнения системы. Еще одним достоинством данного способа является точное выполнение зависимостей корректирующего устройства, тогда как для аналоговых корректирующих устройств трудно добиться точности, так как трудно точно подобрать номинал элементов в соответствии с расчетным. Предпочтения отдаются программным средствам коррекции.

Поскольку в системе уже есть встроенный МП, то применение аналогового корректирующего устройства экономически нецелесообразно, поэтому выбираем программную коррекцию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данного курсового проекта была разработана система автоматического управления гидроприводом поворота башни танка, синтезированная согласно требованиям технического задания. На основе литературного поиска была подобрана элементная база и рассчитаны передаточные функции системы. В целом дискретная система устойчива, но построение переходного процесса показало малое время регулирования. С помощью желаемой логарифмической характеристики была найдена передаточная функция последовательного корректирующего устройства. В результате время регулирования системы увеличилось. Также, был применен программный способом коррекции, приводящий систему к заданным показателям качества. В результате сравнительного анализа была выбрана программная коррекция. В целом разработанная система отвечает требованиям технического задания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бесекерский В. А., Елисеев А. А., Небылов А. В. и др. Радиоавтоматика. - М.: Высшая школа, 1987. - 271 с.

2. Бушуев С.Д., Михайлов В.С. Автоматика и автоматизация производственных процессов. М.: Высшая школа, 1990. - 320с.

3. Клюев А. С. Автоматическое регулирование. - М.: Энергия, 1973. - 392 с.

4. Попов Д.Н. Динамика и регулирование Гидро и Пневмосистем. М.: Машиностроение, 1987. - 455с.

5. Солодовников В. В. Техническая кибернетика. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления. Книга 2. - М.: Машиностроение, 1975, - 687 с.

6. Староверов А.Г. Основы автоматизации производства. М.: Машиностроение, 1989. - 467с.

7. Топчеев В.К. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1989. - 755с.

8. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. М.: Энергия, 1969. - 640с.

9. http//:www.yandex.ru/matilda.

Размещено на Allbest.ru