Курсовая. Система автоматического управления (сау) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде случаев вспомогательные для сау операции (пуск, остановка, контроль, наладка и т д

• Название: Система автоматического управления (сау) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде случаев вспомогательные для сау операции (пуск, остановка, контроль, наладка и т д
• Дата: 20.12.2019
• Размер: 0.97 Mb.
• Имя файла: Курсовая.docx
• Тип: Документы; #101358
• страница: 4 из 4

Рисунок 2.3. Принципиальная схема следящего рулевого привода автомобиля

При прямолинейном движении автомашины все элементы системы рулевого управления находятся в исходном положении. Жидкость из насоса 1 поступает к гидроусилителю золотникового типа. Золотник 5 усилителя занимает нейтральное положение, а в обеих полостях исполнительного механизма 4 установилось одинаковое давление. При необходимости изменить направление движения автомобиля водитель поворачивает рулевое колесо 7. Связанный с рулевым колесом винт 6 перемещает золотник усилителя на величину x, вызывая рассогласование в системе. При этом проходные сечения одних рабочих окон усилителя уменьшаются, а других увеличиваются. Это создает перепад давлений у исполнительного механизма, а его поршень приходит в движение, перемещаясь на величину y и поворачивая колеса автомобиля. Одновременно через обратную связь 3 движение поршня передается на втулку 2 усилителя. Совокупность 2 и 3 является сравнивающим устройством. Втулка перемещается в том же направлении, что и золотник 5 до тех пор, пока рассогласование в гидросистеме, вызванное поворотом рулевого колеса, не будет устранено. При непрерывном вращении водителем рулевого колеса поршень со штоком будет также непрерывно перемещаться, вызывая соответствующий поворот колес. При этом небольшие усилия водителя, прикладываемые к рулевому колесу, гидроприводом преобразуются в значительные усилия на штоке поршня, необходимые для управления автомобилем.

3. 
   РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ САУ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗА ОБЪЕКТОМ, ПЕРЕМЕЩАЮЩИМСЯ В ПРОСТРАНСТВЕ И ИЗЛУЧАЮЩИМ ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛНЫ
   

Рисунок. 3.1. Структурная схема САУ

Исходные данные для расчета:





Полоса пропускания:





Показатель колебательной системы:





Допустимые ошибки слежения:

а) по положению:

б) по скорости:



в) по ускорению:



При заданных значениях производных изменение азимутов объекта во времени:

, , где - скорость отклонения объекта,-ускорение отклонения объекта;

Параметры исходной части:

; ;; .











Передаточная функция исходной части, разомкнутой САУ без учета КЗ и МОС равна:



Т.к. в переходную часть передаточной функции W_ри входит четыре инерционных звена первого порядка и интегратор, а гарантированно устойчивой является система только с двумя инерционными звеньями, поэтому для обеспечения качественных показаний САУ понадобится включить как минимум два корректирующих звена.

Возьмем два корректирующих звена с одинаковыми параметрами. Общая передаточная функция последовательно соединенных корректирующих звеньев имеет вид:

.

Неизвестный параметры корректирующих звеньев:,,.После их нахождения расчет КЗ можно считать завершенным.

Общая передаточная функция разомкнутой системы равна:

;где k=.

Коэффициенты ошибок по положению, скорости и ускорению по определению равны:

, где р – символ дифференцирования.

Для v = Iимеем:



Определим коэффициент усиление для обеспечения, заданного k:



Определим коэффициент :



В случае когда , то в состав корректирующего звена надо ввести инвертирующий усилитель. Из выражения для , выразим разность



Коэффициенты и находятся из выражения:



Подставим все известные значения в формулу и выразим искомые и :



В случае, когда , то потребуется корректирующее звено с отставанием по фазе. Величины и влияют так же на полосу пропускания замкнутой системы, поэтому найдем второе соотношение между и из ЛАЧХ разомкнутой САУ. Для этого сначала определим запас устойчивости по фазе



Затем найдем частоту среза разомкнутой системы и частоту сопряжения самого инерционного звена







В случае, когда , а именно , то до частоты среза ЛАЧХ разомкнутой системы определяется только интегралом и двумя корректирующими звеньями.

ЛАЧХ разомкнутой системы представлен на рисунке:



Рисунок 3.2 ЛАЧХ разомкнутой системы автоматического управления
ЛАЧХ интегратора, входящего в состав системы, представляет собой прямую с наклоном -20 дБ/дек на всей частотной области, одно корректирующее звено имеет наклон -20 дБ/дек на участке , при двух КЗ с одинаковыми параметрами их ЛАЧХ суммируется (наклон -40 дБ/дек). Результатирующая ЛАЧХ получается геометрическим сложением всех ЛАЧХ устройств, входящих в САУ. На участке наклон ЛАЧХ получаетсся -60 дБ/дек.

Из графика ЛАЧХ имеем:



На участке :



На участке :



т.к., то после подстановки первого и третьего выражения во второе получим:









=>

Второе соотношение имеет вид:



Решая систему уравнений найдем и








Первое корректирующее звено включим после фазового детектора; в его состав включим усилитель с коэффициентом .

Схема корректирующего звена имеет вид:



Рисунок 3.3 Схема корректирующего звена
Необходимо определить параметры схемы:

Коэффициент передачи усиления:

Зададим R=1000 Ом, тогда



Зададим С=10 мкФ и, решая систему уравнений, получим и :



Определим и



Ом



Ом

Второе КЗ реализуем по схеме включения через местную обратную связь (МОС), охватывающую звенья системы с нестабильными параметрами: УС, ЭД и А. Такое включение повышает стабильность параметров охваченных обратной связью звеньев. Передаточная функция МОС определяется по формуле:

, где

- передаточная функция звеньев, охваченных ОС,

-передаточная функция второго КЗ без усилителя.

В случае, когда ,, передаточную функцию можно определить по приближенной формуле , тогда , где

Передаточную функцию реализуем последовательным соединением тахогенератора, дифференцирующей цепи с постоянной времени и усилителя с коэффициентом усиления .

Передаточная функция МОС имеет вид:



Из выражения для вычисления определим коэффициент усиления:

;

Схема дифференцирования цепи имеет вид:



Рисунок 3.4 Схема дифференцирующей цепи
Общая фунцкиональная схема МОС имеет вид:



Рисунок 3.5 Общая функциональная схема МОС
Зададимся R’=1000 Ом и из формулы определим :

; Ом

Фактические запасы устойчивости определяются по усилению и фазе определим графоаналитическим методом по точным ЛАЧХ и ЛФЧХ построенным по формулам системы MathCad.

ЛАЧХ:



ЛФЧХ:



Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой САУ имеет вид:



Рисунок 3.6 ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой САУ
В процессе эксплуатации системы РА ее параметры (коэффициенты усиления, постоянные времени) из-за изменения внешних условий, колебаний напряжений источников энергии и других причин отличаются от расчетных значений. Если не принять определенных мер, то система РА может стать не устойчивой. Для исключения этого явления при проектировании следует обеспечить определенные запасы устойчивости системы. Запасы устойчивости определяются на двух частотах: частоте среза и на критической частоте На частоте среза ЛАЧХ разомкнутой системы равна нулю, на критической частоте ЛФЧХ принимает значение, равное , т.е. ; .

Определим запас устойчивости по усилению:

;

Согласно графикам ЛАЧХ и ЛФЧХ: , что свидетельствует о устойчивости данной системы.

Определим запас устойчивости по фазе:

;

Определим фактический показатель коллебательности:

, где - значение АЧХ замкнутой системы на резонансной частоте.



Билинейное Z- преобразования:

;

Построим цифровую реализацию корректирующего звена, предаточная функция которого имеет вид:



После подстановки в вместо выражение



Получим:



Умножим числитель и знаменатель на , получим:



Найдем период дискретизации:

, где - частота дискретизации по теореме Котельникова- Найквиста.





где - полоса пропускания замкнутой системы.



В выражении обозначим:

;.

Тогда выражение будет иметь вид:



Что бы получить , поделим числитель и знаменатель дроби на , и получим:



где , , .







По определению



Этому выражению соответствует схема рекурсивного цифрового звена первого порядка.



Рисунок 3.7 Схема рекурсивного цифрового звена 1-го порядка
Далее аналогично построим цифровой протатип для МОС. Период дискретизации оставим тем же. Передаточная функция МОС имеет вид:



Разделим и знаменатель на , тогда будет иметь вид:



Где ;


;


;



;

;
;


Получим звено второго порядка, для этого перейдем к разностным уравнениям

1.

2.

3.

Этому выражению соответствует схема цифрового звена второго порядка



Рисунок 3.8. Схема цифрового прототипа МОС

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовом проекте был проведен расчёт параметров САУ, осуществляющий автоматическое слежение за объектом, перемещающимся в пространстве и излучающим электромагнитные свойства. На основании произведенных расчетов - коэффициент передачи усиления, коэффициент передачи усиления и д.р., были составлены и построены следующие схемы и графики:

· «Схема цифрового прототипа МОС»,

· «Схема рекурсивного цифрового звена 1-го порядка»,

· «Схема дифференцирующей цепи»,

· «Общая функциональная схема МОС»,

· «Схема корректирующего звена» ,

· «Структурная схема САУ»,

· «ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой САУ»,

· «ЛАЧХ разомкнутой системы автоматического управления».

Получен коэффициент и передаточная функция местной обратной связи

На основании этого можно сделать вывод, что данная система может функционировать.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Под редакцией А. А. Красовского. Справочник по теории автоматического управления

1. 
   Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов. М., Колос, 2012. 10-19
   
2. 
   Автоматика и автоматизация производственных процессов /И. И. Мартыненко, Б. Л. Головинский, Проценко, Т. Ф. Резниченко.-М.: Агропромиздат, 2015.-335 с., ил. — (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).23-29
   
3. 
   Бабиков М. А., Косинский А. В. Элементы и устройства автоматики. Учеб. пособие для студентов втузов. М., «Высшая школа», 2010 11-24
   
4. 
   Бохан Н. И., Фурунжиев Р. И. Основы автоматики и микропроцессорной техники: Учеб. Пособие. – Мн.: Ураджай, 2005. – 376 с.