Синтез следящей системы двухфазного асинхронного двигателя

Проектирование следящей системы двухфазного асинхронного двигателя, содержащей редуктор. Расчет передаточной функции двигателя по управляющему воздействию. Расчет ключевых параметров желаемой передаточной функции разомкнутой цепи следящей системы.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 06.06.2014
Размер файла 1,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «ЭсПП»

Секция «Промышленная электроника»

Курсовой проект

по дисциплине: «Теория автоматического регулирования в электронных цепях и электроприводе»

“Синтез следящей системы двухфазного асинхронного двигателя”

Выполнил:

студент группы ПЭ-518

Омск 2013

Раздел 1. Исходные данные для проектирования

а) Тип двигателя: АДП-363А;

б) вид задающего воздействия: g(t) = vt, причем = 25 град/с;

в) максимальная величина ошибки = 0,09 град;

г) порядок астатизма = 1;

д) время регулирования 0,23 с;

е) перерегулирование 11%;

ж) коэффициент передачи редуктора = 5,8;

з) запас устойчивости по фазе ;

и) передаточная функция желаемой типовой ЛАХ вида 2/1 (S = 2, = 1)

.

Структурная схема системы, отвечающей требованиям технического задания по быстродействию и качеству, приведена на рис. 1.

Рис. 1

Раздел 2. Краткое описание двухфазного АД, его паспортные данные

Двухфазные асинхронные двигатели широко используются в автоматических системах. Наибольшее применение как исполнительные элементы они находят в маломощных следящих системах. Практическое достоинство этих двигателей заключается в том, что они не имеют коллектора и обладают высокой надежностью.

В основном выпускаются двухфазные асинхронные двигатели двух типов: с полным немагнитным ротором из материала с хорошей электропроводностью и м ферримагнитным ротором , имеющим короткозамкнутую обмотку. Имя меньший КПД, двигатели первого типа отличаются малой инерцией ротора и лучшими регулировочными свойствами. Их мощность не превышает 100 - 200 Вт.

Принципиальная схема двухфазного асинхронного двигателя показана на рис.1.1. Обмотка управления у и обмотка возбуждения в расположены перпендикулярно друг к другу. Необходимый фазовый сдвиг между напряжениями на обмотках, равный 90о, обеспечивается с помощью конденсатора C, включенного в цепь обмотки возбуждения.

Рис. 1.1

Механические характеристики асинхронного двигателя нелинейны и зависят не только от собственных параметров, но и от параметров выходного каскада усилителя и схемы включения обмоток. Поэтому механические характеристики, используемые в расчетах, должны соответствовать реальным условиям работы двигателя.

С помощью механических характеристик можно найти управляемое напряжение при заданном статическом моменте сопротивления не валу и напряжение трогания двигателя.

Раздел 3. Функциональная схема следящей системы, состоящей из функционально необходимых элементов (элемента сравнения, усилителя мощности, двигателя и редуктора)

Рис. 2

Структурная схема этой же системы приведена на рис. 3.

Рис. 3

На рисунке:

- действующее значение напряжения, подаваемого на обмотку управления АД;

- угловая частота (скорость) вращения двигателя;

- угол поворота выходного вала редуктора;

- коэффициент передачи редуктора (передаточное число);

передаточная функция объекта управления, состоящего из двигателя и редуктора;

- коэффициент передачи двигателя;

- электромеханическая постоянная времени двигателя;

- коэффициент передачи усилителя мощности.

Раздел 4. Расчет передаточной функции двигателя по управляющему воздействию

Параметры передаточной функции двигателя определяются по формулам [1]:

,

,

Здесь: - пусковой момент двигателя;

- номинальный момент двигателя;

- номинальная угловая частота двигателя;

- номинальное напряжение управления;

- момент инерции двигателя;

- момент инерции редуктора,

- момент инерции, приведенный к валу двигателя.

В дальнейших расчетах будем полагать

.

Так, для выбранного типа двигателя АДП-363А:

= 0,083 Н*м;

= 0,0735 Н*м;

= 6000 об/мин:

= = 240 В;

= 4,83*10-6 кг*м2 .

Тогда параметры передаточной функции двигателя, в соответствии с приведенными выше формулами, равны

= 628.319 рад/с;

= 5,796*10-6 кг*м2 ;

= 22,873 рад/(В*с);

= 38.334*10-2 с.

Раздел 5. Расчет коэффициента усиления разомкнутой цепи, обеспечивающего заданную величину максимальной ошибки

Обозначим

передаточная функция прямой цепи следящей системы, состоящей только из функционально необходимых элементов (рис.4).

Рис. 4

Из сопоставления структурных схем рис. 4 и рис. 3 следует, что

,

,

= 38.334*10-2 с.

Величина установившейся ошибки относительно задающего воздействия (в схеме рис. 1 и рис. 4) равна [3]:

Отсюда определяется коэффициент передачи разомкнутой цепи проектируемой САУ

.

откуда коэффициент передачи усилителя мощности

= 70.437.

В результате передаточная функция равна

.

Раздел 6. Определение показателей качества следящей системы, состоящей из функционально необходимых элементов. Построение ЛАХ и ЛФХ. Сравнение полученных показателей качества с требованиями технического задания

Моделирование переходной характеристики осуществляется в программе MatLab. Структурная схема модели приведена на рис. 5.

Рис. 5.

Рис. 6

Результаты моделирования:

1) время регулирования = 3,4 с;

2) перерегулирование = 85%.

Построение ЛАХ и ЛФХ осуществлялось с применением программы MathCad.

Аналитическое выражение ЛАХ (в синтаксисе MathCad):

Здесь = 2,609 с-1 - сопрягающая частота.

График ЛАХ приведен на рис. 7.

Рис. 7

Частота среза

= 26,919 с-1 .

Аналитическое выражение ЛФХ

.

График ЛФХ приведен на рис. 8.

Рис. 8

Определим запас устойчивости по фазе (на частоте среза):

=5,535O .

Результаты расчетов показывают, что полученные показатели качества системы, состоящей из ФНЭ, не удовлетворяют требованиям технического задания:

а) время регулирования = 3,4 с > 0,23 с;

б) перерегулирование = 85% > 11%;

в) запас устойчивости по фазе = 5,535O < 62O .

Раздел 7. Расчет параметров желаемой передаточной функции разомкнутой цепи следящей системы

В соответствии с требованиями технического задания желаемая передаточная функция типовой ЛАХ вида 2/1 (S = 2, = 1) равна [2]

.

Необходимо определить величины , , такие, при которых выполняются требования технического задания по быстродействию и качеству.

Отметим, что результаты расчетов , , с помощью любого метода синтеза САУ являются приближенными. Следовательно, эти величины по сути являются предварительными, требующими дальнейшего уточнения. Такое уточнение будем проводить путем моделирования системы управления на ЭВМ с помощью программы MatLab.

С учетом вышеизложенного обозначим: , , - приближенные значения постоянных времени; , , - уточненные значения постоянных времени.

Порядок расчета параметров желаемой передаточной функции [2], [3].

Приближенная величина запаса устойчивости по фазе

, град.

Приближенное значение частоты среза

.

Постоянная времени

.

Постоянная времени

с.

Постоянная времени

с.

После расчета величин , , производится моделирование системы рис. 9 на ЭВМ с целью определения фактических значений времени регулирования и перерегулирования .

Моделирование переходной характеристики осуществляется в программе MatLab. Структурная схема модели приведена на рис. 9.

Рис. 9.

График переходной характеристики приведен на рис. 10.

Рис. 10

Результаты моделирования:

1) время регулирования (по уровню 2,5%) = 0,149 с;

2) перерегулирование = 17, 9%.

Построение ЛАХ и ЛФХ осуществлялось с применением программы MathCad.

Аналитическое выражение ЛАХ (в синтаксисе MathCad):

Здесь = 1 с-1 ; = 7,29 с-1 ; = 125 с-1 - сопрягающие частоты.

График ЛАХ приведен на рис. 11.

Рис. 11

Частота среза

.

Определим запас устойчивости по фазе (на частоте среза):

= 63,71O .

Результаты расчетов показывают, что полученные показатели качества удовлетворяют требованиям технического задания:

а) время регулирования = 0,149 с < 0,23 с;

б) перерегулирование = 17, 9% < 11%.

Раздел 8. Определение передаточной функции корректирующего устройства. Полная структурная схема синтезированной САУ

Отметим, что система рис. 1 является всего только расчетной, своеобразным эталоном для реальной САУ, содержащей функционально необходимые элементы (без учета датчика выходной величины в цепи обратной связи) и корректирующее устройство (структурная схема реальной САУ приведена на рис. 14).

Рис. 14

Требование одинаковости поведения реальной (рис. 14) и расчетной (рис. 1) систем приводит к очевидному равенству

где - искомая передаточная функция корректирующего устройства.

Отсюда

.

В итоге, с учетом , получим

.

Полная структурная схема синтезированной САУ приведена на рис. 15.

Рис. 15

График отработки системой воздействия вида приведен на рис. 16, а график ошибки - на рис. 17.

Рис. 16

Рис. 17

Как следует из результатов моделирования (рис. 17), установившаяся ошибка при отработке воздействия вида не превышает заданной величины = 0,05 град.

следящий двухфазный асинхронный двигатель

Вывод

Синтезированная следящая система полностью отвечает всем требованиям технического задания.

Литература

1. Расчет автоматических систем/Под ред. А.В. Фатеева. - М., Высшая школа, 1973. - 336 с.

2. Справочное пособие по системам автоматического регулирования и управления/Под ред. Е.А. Санковского. - Мн., Вышыйш. школа, 1973. - 584 с.

3. Теория автоматического управления : учеб. пособие / В.Л. Федоров, А.В. Бубнов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - 116 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Разработка системы для ручного управления телекамерой. Выбор исполнительного двигателя следящей системы и передаточного отношения редуктора. Определение передаточной функции двигателя и ее параметров. Выбор датчиков углов поворота и схемы их включения.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.11.2011

  • Получение уравнения следящей системы, ее передаточной функции. Исследование системы на устойчивость с помощью критериев Гурвица, Михайлова, Найквиста. Запас устойчивости, коэффициент передачи колебательного звена, замыкание по номограмме замыкания.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 19.09.2012

  • Расчёт корректирующего звена следящей системы авиационного привода. Определение характеристического уравнения замкнутой САУ. Построение ЛАЧХ неизменяемой части. Проверка по критерию Гурвица на устойчивость заданной системы в замкнутом состоянии.

    курсовая работа [3,1 M], добавлен 20.06.2011

  • Синтез стационарной следящей системы на основе линейной теории детерминированных автоматических систем. Определение коэффициента усиления электронного усилителя. Построение желаемой логарифмической амплитудной частотной характеристики (ЛАЧХ) системы.

    курсовая работа [47,7 K], добавлен 02.07.2013

  • Синтез методом желаемой ЛАЧХ, определение коэффициента передачи и частоты среза проектируемой следящей системы. Использование метода модального управления объектом для построения скорректированной системы, ее реализация при помощи средств MATLAB.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 27.09.2012

  • Оптическая телевизионная система сопровождения цели. Выбор исполнительного двигателя следящей системы и передаточного отношения силового редуктора. Анализ принципиальной схемы устройства управления исполнительным двигателем. Выбор силовых транзисторов.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 17.11.2012

  • Определение структуры и параметров объекта управления скоростью асинхронного двигателя с фазным ротором. Расчет его динамических характеристик. Расчет характеристик асинхронного двигателя. Разработка принципиальной схемы и конструкции блока управления.

    курсовая работа [416,9 K], добавлен 29.07.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.