2.1 Выбор исполнительного двигателя

Для расчёта мощности силовых машин исходным является уравнение для максимального момента на валу исполнительного двигателя [7]:

где

- передаточное число силового редуктора;

- КПД силового редуктора, примем

- приближенный коэффициент, учитывающий относительное значение момента инерции исполнительного двигателя: для электрических двигателей его нужно брать в пределах ; Для гидравлических двигателей ; Примем

Передаточное число находится из выражения

где

- число оборотов двигателя, примем

- коэффициент форсирования. Для следящего приводя с ЭМУ , а с гидроприводами . Примем

Подставляя численные значения в (2.2) получим:

Тогда

Зададим коэффициент перегрузки и рассчитаем предварительный номинальный момент исполнительного двигателя:

Предварительная номинальная мощность двигателя

По мощности из каталога двигателей выбираем двигатель постоянного тока П41 мощностью 6 кВт.

Максимальный момент на валу выбранного двигателя:

Номинальный момент выбранного двигателя:

где и его номинальные мощность (кВт) и скорость (об/мин).

Коэффициент фактической перегрузки выбранного двигателя будет следующим:

Коэффициент фактической перегрузки считаем допустимым.

Технические характеристики двигателя постоянного тока П41 [7]:

2.2 Выбор ЭМУ

Для питания двигателя используем ЭМУ, расчетная мощность которого

где

- номинальная мощность исполнительного двигателя;

- его фактический коэффициент перегрузки;

- коэффициент перегрузки ЭМУ.

Подставляя численные значения в формулу (2.3), получим:

По мощности из каталога выбираем ЭМУ поперечного поля типа ЭМУ-100 мощностью 8,5 кВт [7].

Технические характеристики ЭМУ-110

Коэффициент фактической перегрузки выбранного ЭМУ будет следующим:

Для встроенного приводного двигателя обеспечить питание от трехфазной сети переменного тока 220/380 В.

2.3 Выбор чувствительного элемента

При выборе чувствительного элемента будем руководствоваться тем, что статическая ошибка чувствительного элемента должна быть много меньше допустимой статической ошибки всего привода:

В качестве чувствительного элемента выберем бесконтактный многополюсный вращающийся трансформатор - БВТВ80-С28.

Основные технические характеристики БВТВ80-С28

Коэффициент передачи чувствительного элемента найдем как

3. Расчет следящего привода

3.1 Синтез системы управления методом ТНХУ

Структурная схема следящего привода представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 Структурная схема следящего привода

На рисунке 3.1 приняты следующие обозначения:

ЧЭ - чувствительный элемент;

У - электронный усилитель;

ЭМУ - электромашинный усилитель;

ИД - исполнительный двигатель;

Р - редуктор;

ОС - обратная связь.

Исходное характеристическое уравнение [2,3] имеет вид

Для определения коэффициентов уравнения (3.1), вычислим промежуточные постоянные.

Конструктивные постоянные исполнительного двигателя:

Определим постоянные ЭМУ:

здесь - номинальная электродвижущая сила поперечной цепи;

здесь - номинальная электродвижущая сила продольной цепи;

Примем расчета нагрузки , согласно (4.19) [1], получим

где

Пусть выходной каскад усилителя обеспечивает и . Тогда при Ом получим

Величина

Определяем

Тогда

Постоянная времени поперечной цепи

Постоянная времени продольной цепи ЭМУ-ИД:

Приведенный момент инерции, согласно [8]

тогда механическая постоянная времени [1]

и постоянная равна

По формулам из [1] определяем коэффициенты уравнения (3.1):

Для выбора типового нормированного характеристического уравнения в качестве желаемого, проведем сравнительный анализ уравнений, приведенных в таблице (1.5) [3]. Выбор уравнения будем осуществлять таким образом, чтобы исключить старший дифференциатор объекта при обеспечении заданных критериев качества. Ниже приведена сравнительная таблица уравнений.

Таблица 2.

Из уравнений, удовлетворяющих требованиям технического задания, выбираем уравнение СУ-3. Данное уравнение обладает максимальной степенью устойчивости, и обладает существенными преимуществами по показателям качества переходного процесса, а также устойчивостью к вариациям параметров. Характеристики уравнения:

Коэффициент нормирования:

Действительные корни уравнения:

Коэффициенты уравнения:

Коэффициент усиления усилителя [1]

Тогда

Зная

находим (при ) [1]

Определим крутизны демпфирующих сигналов по производным:

Проанализируем точность системы и необходимость введения инвариантных сигналов по каналу управления.

Составляющая погрешности, пропорциональная скорости,

Ошибка значительна и вводится инвариантный сигнал по скорости с крутизной

Составляющая погрешности, пропорциональная ускорению

Для сведения ошибки к нулю вводится сигнал с

Составляющая погрешности, пропорциональная третьей производной

Погрешность мала и не требует компенсации.

Статическая погрешность

т.е. менее заданной.

Уравнение движения имеет вид

Рисунок 3.2 Формирование третьей производной угла объекта

Реализацию требуемых выходов дифференциаторов, обеспечивающих и , можно произвести, если использовать, например, обратную связь по току с компенсационной обмотки с выходом на дифференцирующий трансформатор. В [8] показано, что с выхода этого дифференциатора (рисунок 3.2) снимается напряжение

При , т.е. исключая регулировку при , находим

Для обеспечения требуемой величины , выбираем настройку

Задаемся величиной и при определяем требуемую величину для получения

Оценим погрешность трансформаторного дифференциатора за счет знаменателя :

откуда , где искомая погрешность . Здесь - максимальная собственная частота процессов в системе, определяемая корнями уравнения. В данном случае , и погрешность

Первую производную от угла поворота объекта обеспечивает тахогенератор типа ТД-102. Его технические характеристики:

Выбираем резистор делителя и передаточное отношение между ТО и ИД . При находим (рисунок 3.3)

Рисунок 3.3 Формирование первой производной угла объекта

Реализация выходов дифференциаторов, обеспечивающих инвариантные сигналы и , производится при помощи схемы, изображенной на рисунке 3.4

Рисунок 3.4 Формирование инвариантных сигналов

На выходе дифференциатора, при выполнении условия ,

где

Пусть , кОм, кОм. Тогда

Требуемую величину получим при кОм; :

Таким образом, требуемые расчетом дифференциаторы обеспечены реальными элементами.

Сопоставим уровни сигналов по прямому и обратному каналам. Примем угол рассогласования равным . Тогда

Сигналы одного порядка и загрубление не требуется.

3.2 Анализ разработанной системы

привод следящий двигатель электромашинный

Передаточная функция замкнутой системы по ошибке имеет вид

откуда

График реакции системы (3.3) на единичный скачок приведен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 Реакция системы на единичный скачок

Из графика видно, что разработанная система удовлетворяет требованиям технического задания.

4. Учет влияния нелинейности

Потапов А.М. Основы расчета и проектирования линейных следящих систем. Ч. I. - Л.: ЛМИ, 1979 г.

Потапов А.М. Основы расчета и проектирования линейных следящих систем. Ч. II. - Л.: ЛМИ, 1980 г.

Потапов А.М. Синтез линейных следящих систем. - Л.: ЛМИ, 1981 г.

Потапов А.М. Расчет нелинейных следящих систем. Ч. I. - Л.: ЛМИ, 1984 г.

Потапов А.М. Расчет нелинейных следящих систем. Ч. II. - Л.: ЛМИ, 1985 г.

Потапов А.М., Пугач А.А. Чувствительность следящих систем. - Л.: ЛМИ, 1988 г.

Потапов А.М. Проектирование следящих приводов. Краткое руководство к курсовому проектированию. - Л.: ЛМИ 1978 г.

Яворский В.Н., Потапов А.М. Проектирование следящих приводов. - Л.: ЛМИ, 1973 г.

Размещено на Allbest.ru