Анализ и синтез автоматической системы регулирования электропривода углового перемещения

курсовая работа

2.2.1 Критерий оптимизации

2.2.2 Вывод условий оптимизации

2.2.3 Вывод формул для расчета параметров настройки регуляторов в соответствии с методом симметричного оптимума

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ

3.1 Построение переходных характеристик объекта регулирования по основной (угол поворота вала редуктора) и вспомогательным регулируемым величинам (скорость вращения вала и ток якоря электродвигателя)

3.2 Построение амплитудной и амплитудно-фазовой частотных характеристик объекта регулирования по основной регулируемой величине

4. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСКОРРЕКТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

4.1 Анализ устойчивости системы

4.1.1 Анализ устойчивости с использованием алгебраического критерия устойчивости

4.1.3 Определение запасов устойчивости системы по модулю и по фазе

4.2 Анализ результатов исследования устойчивости

4.3 Построение амплитудной частотной характеристики замкнутой нескорректированной системы

4.4 Построение переходных процессов в замкнутой нескорректированной системе по основной и вспомогательным регулируемым величинам при отработке задающего воздействия

5. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

5.1 Синтез контура регулирования тока

5.1.1 Расчетная модель объекта в контуре тока

5.1.2 Выбор метода синтеза и расчет параметров настройки регулятора тока

5.1.3 Вывод эквивалентной передаточной функции контура тока

5.1.4 Построение переходных процессов в контуре тока и эквивалентном контуре тока при отработке задающего воздействия

5.1.5 Определение прямых показателей качества переходных процессов

5.2 Синтез контура скорости

5.2.1 Расчетная модель объекта в контуре скорости без учета внутренней обратной связи

5.2.2 Выбор метода синтеза и расчет параметров настройки регулятора скорости

5.2.3 Вывод эквивалентной передаточной функции контура скорости

5.2.4 Построение переходных процессов в контуре скорости без учета внутренней обратной связи, с учетом внутренней обратной связи и эквивалентном контуре при отработке задающего воздействия

5.2.5 Определение прямых показателей качества переходных процессов

5.3 Синтез контура положения (угловое перемещение)

5.3.1 Расчетная модель объекта в контуре положения

5.3.2 Выбор метода синтеза и расчет параметров настройки регулятора положения

5.3.3 Построение переходных процессов в синтезированной системе углового перемещения при отработке задающего и возмущающего воздействий

6. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СИНТЕЗИРОВАННОЙ И НЕСКОРРЕКТИРОВАННОЙ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ЛИТЕРАТУРА

ЗАДАНИЕ

Объект регулирования - электропривод постоянного тока с независимым возбуждением, питаемый от вентильного преобразователя напряжения.

1. Передаточные функции элементов объекта управления

Управляющее воздействие U(t) на входе электродвигателя формируется с помощью усилителя У и вентильного преобразователя П. Электропривод включает: электродвигатель М и редуктор Р.

Редуктор обеспечивает преобразование частоты вращения вала двигателя в угол поворота.

При синтезе автоматической системы регулирования углового положения усилитель и вентильный преобразователь можно отнести к объекту регулирования. С учетом этого функциональная схема обобщенного объекта регулирования принимает вид, приведенный на рис. 1.

Рис. 1 Функциональная схема обобщенного объекта управления

Математическая модель обобщенного объекта управления может быть представлена структурной схемой приведенной на рис. 2.

Рис. 2 Структурная схема обобщенного объекта управления

Здесь: Wэ(p), Wм(p) и Wрд(p) - передаточные функции электрической и механической частей электродвигателя и редуктора соответственно;

Wуп(p) - передаточная функция усилителя и вентильного преобразователя;

ц(t) - угловое перемещение выходного вала редуктора (основная регулируемая величина);

щ(t) - скорость вращения вала двигателя (вспомогательная регулируемая величина);

І(t) - ток якоря двигателя (вспомогательная регулируемая величина);

F (t) - возмущающее воздействие.

Передаточные функции Wэ(p), Wм(p) и Wрд(p) имеют следующий вид:

Исходные данные:

№ вар.

Кп

Тп

Кэ

Тэ

Тм

Крд

Кдп

Кдт

Кдс

Тдс

25

5,1

0,08

8,2

0,098

0,48

0,004

5,82

6,12

0,023

0,054

где Кэ и Тэ - коэффициент усиления и электромагнитная постоянная времени якоря двигателя соответственно;

Тм - электромеханическая постоянная времени якоря двигателя;

Кр - коэффициент передачи редуктора.

Передаточная функция усилителя и вентильного преобразователя:

где Кп - произведение коэффициентов усиления усилителя и преобразователя,

Тп - постоянная времени вентильного преобразователя.

Структурная схема синтезируемой АСР углового перемещения звена промышленного робота представлена следующей структурной схемой приведенной на рис.3.

Рис.3. Структурная схема АСР углового перемещения

Здесь Wрп(p), Wрс(р) и Wрт(р) - искомые передаточные функции регуляторов положения, скорости и тока соответственно.

Передаточные функции датчиков имеют следующий вид:

АННОТАЦИЯ

Система автоматического управления электроприводом состоит из объекта управления и регулятора. Объект регулирования - электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, питаемый от вентильного преобразователя напряжения. Цель настоящей работы - выбор и обоснование типов регуляторов положения, скорости и тока, а также расчет параметров настройки этих регуляторов. Для синтеза автоматической системы будем использовать метод поконтурной оптимизации с использованием методов модального и симметричного оптимума.

Моделирование системы управления и объекта управления осуществляется при помощи пакета Simulink MatLab.

ВВЕДЕНИЕ

Современная теория автоматического регулирования является основной частью теории управления. Система автоматического регулирования состоит из регулируемого объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект при изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием входных сигналов (управления или возмущения), изменяются регулируемые переменные. Цель же регулирования заключается в формировании таких законов, при которых выходные регулируемые переменные мало отличались бы от требуемых значений. Решение данной задачи во многих случаях осложняется наличием случайных возмущений (помех). При этом необходимо выбирать такой закон регулирования, при котором сигналы управления проходили бы через систему с малыми искажениями, а сигналы шума практически не пропускались.

Теория автоматического регулирования прошла значительный путь своего развития. На начальном этапе были созданы методы анализа устойчивости, качества и точности регулирования непрерывных линейных систем. Затем получили развитие методы анализа дискретных и дискретно-непрерывных систем.

Опираясь на существующие методы теории связи и теории колебаний, ТАУ создала собственные методы анализа и синтеза автоматических систем управления.

Современные тенденции в автоматизации технических систем и технологических процессов характеризуются широким применением ЭВМ для управления, созданием машин и оборудования со встроенными микропроцессорными средствами, обеспечивающими управление, информацию, защиту и диагностику.

1. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

автоматический регулирование синтез электропривод

1.1 Постановка задачи синтеза АСР

К задачам синтеза систем регулирования приходится подходить с различных точек зрения. Это объясняется многообразием требований, предъявляемых к системам. Некоторые из этих требований:

- точность при постоянном воздействии;

- вид переходного процесса при отработке задающих и/или возмущающих воздействиях;

- полоса пропускания.

Основную задачу синтеза систем регулирования составляет определение структуры системы и ее параметров на основе требований к качеству процессов регулирования. Синтез - это лишь один из этапов в проектировании систем регулирования. Синтезу предшествуют следующие работы:

1. Исследование объекта регулирования с целью определения его динамических свойств и условий использования.

2. Составление требований к качеству регулирования.

3. Выбор основных элементов системы (датчиков регулируемых величин, элементов сравнения, усилителей и исполнительных устройств), а также определение их динамических свойств.

После синтеза, т.е. отыскания структуры и параметров регулятора, выполняются следующие этапы проектирования:

1. Выбор технических средств реализации системы регулирования.

2. Энергетический и конструктивный расчет.

3. Согласование характеристик и т.д.

В настоящее время ТАУ разработала большое число методов синтеза на основе требований к качеству процесса регулирования. При синтезе непрерывных систем регулирования, как правило, основа ее структуры уже задана. В этом случае характерны два варианта постановки задачи синтеза:

1. Допускается только выбор некоторых параметров системы, в частности, коэффициентов усиления регулятора и постоянной времени корректирующих устройств. Такой синтез называется параметрическим. Этот вариант синтеза характерен для уже действующих систем регулирования.

2. Допускается уточнение структуры системы, а именно, выбор местных обратных связей, выбор элементов, обеспечивающих астатизм системы, выбор типов корректирующих устройств и их параметров. Этот вариант синтеза называется структурным.

Требования к качеству регулирования в общем случае определяют как статические, так и динамические свойства системы. При этом возможны различные формулировки требований к качеству в зависимости от назначения системы, используемого метода синтеза и т.д. В частности, широко используются косвенные оценки качества переходных процессов такие, как запасы устойчивости по модулю и по фазе, частота среза, которые можно непосредственно определить по частотным характеристикам.

1.2 Постановка задачи анализа АСР

Автоматическая система предназначена для повышения технико-экономических показателей машинных агрегатов, улучшения условий труда операторов, обеспечения безопасности, повышения качества выполняемых рабочих процессов, защиты окружающей среды. Эти цели предопределяют выбор критериев проектирования автоматической системы. При этом разрабатывают и выбирают техническое решение. Затем определяют характеристики процессов функционирования системы и выполняют синтез ее структуры и параметров.

Задачи анализа заключаются в определении устойчивости и показателей качества создаваемой автоматической системы. При функциональном проектировании их решают на основе использования математической модели автоматической системы. Вид математической модели зависит от уровня абстрагирования, определяемого стадией проектирования.

В основном используют упрощенное описание физических свойств автоматической системы, рассматривая ее как линейную динамическую систему с сосредоточенными параметрами. Математическая модель ее представляется либо в инвариантной форме, т.е. в виде системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, либо в графической форме, т.е. в виде алгоритмической схемы, включающей совокупность взаимодействующих элементарных звеньев с соответствующими передаточными функциями.

На метауровне конструктивное исполнение элементов автоматической системы в полной мере не раскрывается. Выбирают лишь тип элемента и используют приближенное математическое описание его физических свойств. При этом его свойства идентифицируют каким-либо элементарным звеном. Такое описание физических свойств системы, безусловно, весьма приближенное, но оно позволяет сравнивать между собой различные варианты структурного построения и выполнять их предварительную оценку. На начальной стадии проектирования более подробное описание выполнить в большинстве случаев невозможно.

2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МЕТОДАМИ МОДАЛЬНОГО И СИММЕТРИЧНОГО ОПТИМУМА

2.1 Основные положения синтеза систем методом модального оптимума

Делись добром ;)