Основные теоретические положения

Упрощенная принципиальная схема исследуемой компьютерной модели приведена на рис.1. Система содержит двигатель постоянного тока М, включенный в диагональ контактного моста, питаемого напряжением 30 В и образованного контактами силовых реле Р1 и Р2.

Р1

На одном валу с двигателем находятся: маховик МАХ, редуктор РЕД, тахогенератор ТГ и вращающийся потенциометр R2, выполняющий роль датчика обратной связи по положению. Величина необходимого перемещения исполнительного органа задается с помощью движка потенциометра R1, включенного вместе с потенциометром R2 в мостовую схему, питаемую напряжением . Тахогенератор ТГ является датчиком скорости вращения двигателя М. С помощью ТГ и потенциометраR3 образуется отрицательная обратная связь по скорости двигателя. Таким образом, исследуемая система является двухконтурной, содержащая контура скорости и положения.

При изменении положения движка потенциометра R1 в мостовой схеме появляется выходное напряжение, прикладываемое к катушке реле РП. Реле РП срабатывает и замыкает свой контакт в цепи реле Р1 и Р2. Напряжение, приложенное к катушке реле РП:

При достижении двигатель переводится в режим противовключения и быстро тормозится. При выполнениидвигатель отключается от источника напряжения.

1. Структурная схема системы управления

Структурная схема исследуемой системы управления (рис.2) включает в себя математические модели двигателя, редуктора, тахогенератора и релейной части системы.

Передаточная функция двигателя с редуктором и маховиком

где механическая постоянная двигателя, учитывающая механическую инерцию маховика ();коэффициент усиления двигателя по скорости ();коэффициент передачи редуктора ();угол поворота вращающегося потенциометраR2; напряжение питания двигателя ();скорость вращения двигателя.

Тахогенератор в структурной схеме представлен безинерционным звеном , входящим в состав коэффициента, в котором дополнительно учтен коэффициент передачи потенциометра обратной связи по скоростиR3.

Релейная часть системы представлена в схеме моделью реле с гистерезисной характеристикой.

Компьютерная схема

Рис.3

Компьютерная модель (рис. 3) полностью повторяет структурную схему рис.2 в части цифровых значений параметров системы. Отличия от структурной схемы следующие.

Совмещенный узел сравнения структурной схемы заменен двумя раздельными узлами. Коэффициент представлен также двумя коэффициентами усиления:Gain1 моделирует коэффициент передачи тахогенератора,Gain4 эквивалентен потенциометру обратной связи по скорости R3. Переключатель Switch с двумя блоками Constant 1 и Constant 2 заменяет силовые реле Р1 и Р2.

Осциллограф Scope делает доступным наблюдение скорости и угла поворота выходного вала двигателя; осциллограф XY Graph строит фазовые траектории процессов отработки заданных перемещений.

Рис. 4

Подсистема оценки времени отработки заданного рассогласования (Subsystem of an estimation of time of working off), представленная на рис.4, необходима для определения оптимальной по времени настройки исследуемой системы. Подсистема имеет один вход и два выхода. На вход подается сигнал с датчика скорости (с потенциометра R3). Выход Out1 подсоединен к узлу сравнения контура скорости, выход подсистемы оценки времени (Out2) подключен к цифровому дисплею, на экране которого выводится цифровое значение времени отработки в секундах.

Подсистема оценки времени содержит блок выполнения операций отношения (Relational Operator), настроенный на сравнение сигнала обратной связи по скорости с постоянным сигналом с Constant 3. Выходной сигнал блока операций отношения управляет

переключателем Switch 1, который пропускает, либо задерживает сигнал обратной связи. Кроме двух описанных блоков подсистема содержит также дискретный источник времени (Digital Clock), работающий совместно с цифровым дисплеем.