Расчет судовой системы автоматического регулирования. Тау курсовая работа. Курсовая работа по дисциплине Теория автоматического управления " Расчет судовой системы автоматического регулирования"

• Название: Курсовая работа по дисциплине Теория автоматического управления " Расчет судовой системы автоматического регулирования"
• Анкор: Расчет судовой системы автоматического регулирования
• Дата: 04.03.2023
• Размер: 1.1 Mb.
• Имя файла: Тау курсовая работа.docx
• Тип: Курсовая; #968393

Курсовая работа

по дисциплине

Теория автоматического управления
“Расчет судовой системы автоматического регулирования”
Схема - 4

Вариант – 1

Выполнил: к-т

Проверил: преподаватель


Санкт-Петербург
1.АНАЛИЗ СИСТЕМЫ:

1.1. Составить краткое описание принципа действия и функциональную схему САР;

1.2. Вывести дифференциальные уравнения элементов системы и произвести их линеаризацию;

1.3. Вывести передаточные функции объекта управления по задающему и возмущающему воздействиям;

1.4. Разработать структурную схему САР;

1.5. Определить передаточные функции и характеристические уравнения контура управления и замкнутой САР;

1.6. Исходя из требования статической точности определить коэффициент передачи САР;

1.7. Рассчитать критический коэффициент передачи системы с помощью критерия устойчивости Гурвица

1.8. Построить АФЧХ контура управления и логарифмические характеристики, определить запас устойчивости САР.

Исходные данные:

Рис. 1. Принципиальная схема САР тока генератора

R2 – датчик тока;

СУ – сравнивающее устройство,

G – генератор

СИФУ – система импульсно-фазового управления преобразователя

UZ- тиристорный преобразователь (силовая часть)

Вариант	Генератор								Тиристорный преобразователь		Фильтр		Точность регулирования
	Iн, А	rя, Ом	wя	rв, Ом	Iвн, А	wв	Lн, мГн	TТП, с		Тф, с		δ, %
1	510	0,038	98	21	10,5	860	1,34	0,007		0,015		1

Генератор имеет следующие параметры: U_н = 220 В, ω_н = 78,5 рад/с, 2р = 4; 2а = 2.

Диапазон регулирования D = 1, коэффициент передачи датчика тока K_ДТ = 14 мВ/А.

Изменение сопротивления нагрузки .

Коэффициент передачи сравнивающего устройства СУ K_су = 40.

1.1 Краткое описание принципа действия и функциональная схема САР.

Рассматриваемая система автоматического управления работает по отклонению тока генератора от его номинального заданного значения и является системой стабилизирующего типа. При работе САУ отклонения управляемой величины объекта управления может быть вызвано, как правило, увеличением нагрузки (например, пуск потребителей тока - двигателей)

т.е. происходит увеличение падения напряжения на нагрузке U_н. Это в свою очередь вызывает уменьшение тока генератора I_н =>сигнал с датчика тока R2 (датчик выдает сигнал напряжения, пропорциональный току в цепи) U_дт уменьшается =>ошибка рассогласования на входе сравнивающего устройства (т.к. заданное значение U₀ остается постоянным).

Регулятор тока (РТ) в данной схеме выполняет роль пропорционального звена с коэффициентом передачи K_P=>U_P так же увеличивается => это вызывает увеличение тока в обмотке возбужденияI_в (обмотка возбуждения не осуществляет свое питание от СИФУ) =>увеличивается магнитный поток обмотки возбуждения Ф_в, пронизывающий якорь => ток в цепи статора восстанавливается до первоначального значения I_н .


Работа схемы может быть выражена следующей последовательностью:



с учетом статической ошибки.



Рис. 2 Функциональная схема САР
ОУ – объект управления

ЗУ – задающее устройство

ЧЭ – чувствительный элемент.

ИОУ – исполнительный орган управления.
Возмущениями являются:

-Частота вращения генератора;

-Нагрузка генератора;

-Напряжение и частота питающей сети.
Данная САР является:

-Одноконтурной, т.к. есть всего одна обратная связь;

-Одномерной, т.к. только одна управляемая величина;

-Статическая, т.к. управляемая величина в установившемся режиме зависит только от значения уставки.

-Нелинейная, т.к. присутствует нелинейные элементы (например ТП, СВ);

-Замкнутая, т.к. имеется обратная связь;

-Непрямого действия, т.к. есть усилитель;

-Дискретная, т.к. ТП является дискретным элементом.

1.2 Дифференциальные уравнения элементов системы.

Уравнение равновесия напряжения якорной цепи генератора:


Уравнение цепи нагрузок генератора:


Решаем данные уравнения совместно, относительно тока якоря:


Преобразовав уравнение генератора, получим:


Уравнение возбуждения цепи генератора:




Решая совместно систему:

, где
(сек.) – постоянная времени обмотки возбуждения;
- коэффициент передачи генератора по возбуждению;
;
, β - коэффициент пропорциональности между потоком и магнитодвижущей силой (определяем пользуясь графиком (рис.3.));
(Вб);
- конструктивная постоянная генератора;
;



Рис.3

= 0,32

= 1,0

1.3 Передаточные функции по возмущающему и задающему воздействиям.

Уравнения тиристорного преобразователя работающего в режиме непрерывного тока, запишется в следующем виде:

, где
- коэффициент передачи тиристорного преобразователя по управлению;

Передаточная функция ТП:.

Уравнение датчика тока:

;
(мВ/А);
Уравнение регулятора тока:

;
.
Решая совместно выше приведённые уравнения относительно тока якоря, получаем уравнение разомкнутой САУ:

; (1)
Передаточная функция разомкнутой системы по управлению:



(об/сек);
(Ом);
L_я = 9 (мГн) = 0,00009 (Гн) - индуктивность якоря генератора определяется по уравнению.
Передаточная функция по возмущению:



Уравнение замкнутой системы получим, приравняв ,

; (2)

1.4 Разработка структурной схемы САР.

Структурную схему САР строим по уравнениям передаточных функций отдельных звеньев.

- передаточная функция П-регулятора

- передаточная функция тиристорного преобразователя;

- передаточная функция обмотки управления;

- передаточные функции генератора по возмущению

- передаточная функция потенциометра

- передаточная функция датчика тока
Р
ис.4 Структурная схема САР тока генератора

1.5 Определение передаточных функций и характеристических уравнений.

Передаточная функция разомкнутой САР по управлению:



Передаточная функция разомкнутой САР по возмущению:



Передаточная функция замкнутой САР по управлению:



Передаточная функция замкнутой САР по возмущению:

1.6 Исходя из требования статической точности определить коэффицент передачи САР.

Найдем изменения тока генератора для установившегося режима, положив p = 0 в замкнутой САР по уравнению (2):

;

Относительная статическая ошибка регулирования, определенная из условия работы при максимальном токе,



Коэффициент передачи системы, необходимый для поддержания заданной точности:

;
(Ом);

а коэффициент усиления регулятора тока:



Так как коэффициент передачи регулятора тока (РТ) должен обеспечить статическую ошибку меньше заданной во всем диапазоне регулирования, то выбираю схему регулятора на основе типового. Используя таблицу сопротивлений реального регулятора близкого к его расчетному значению .



R_вх= R₂₁ || R₂₂ , где R₂₁ = 8,2 (кОм), R₂₂ = 6,8 (кОм);




R_ос = R₁₂ , где R₁₂ = 22 (кОм), тогда




4) Передаточная функция замкнутой САР в общем и численном виде.

1.7 Рассчитаем критический коэффициент передачи системы с помощью критерия устойчивости Гурвица.

Для устойчивости линейной системы 3-го порядка необходимо и достаточно, чтобы

1) , , , 0 – первое условие выполняется

Запишем главный определитель Гурвица:


т.е. - не удовлетворяет условию


т.е.

4) ₁=а₁=0,04 0 - удовлетворяет
Условия 2 и 3 меньше нуля =система неустойчивая.

Критический коэффициент усиления САР:

1.8 Построить АФЧХ контура управления и логарифмические характеристики, определить запас устойчивости САР.

Построим амплитудно-фазовую частотную характеристику разомкнутой САУ.



Построим фазо-частотную характеристику разомкнутой САУ.

	0	2	5	10	25	50	100	200	1000
		340,5	241	133,3	47	20	8,3	3,4	0,4
	0	-45	-91,67	-131,78	-166,16	-189,08	-211,9	-229,18	-263,56

Поскольку АФЧХ разомкнутой системы не охватывает точку (-1 ;j0) замкнутая система будет неустойчивой.

Критический коэффициент передачи системы:



где - частота, при которой ЛФЧХ пересекает прямую φ(ω) = -π