На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

Здравствуйте гость!

Задание № 2322

Наменование:

Курсовик по дисциплине "Теория управления"

Предмет:

Другой

Бюджет:

0 руб.

Дата:

28.05.2011

Описание:

ёМинистерство образования Российской Федерации
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ









МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе по дисциплине «Теория управления» специальности
071800 «Мехатроника»
для дневной, вечерней и заочной форм обучения















Уфа 2000
Министерство образования Российской Федерации
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автоматизированных технологических систем









МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе по дисциплине «Теория управления» специальности
071800 «Мехатроника»
для дневной, вечерней и заочной форм обучения














Уфа 2000
Составители: Тюков Н.И., Дурко Е.М., Фецак С.И., Кульга К.С.

УДК .

Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Теория управления» / Уфимск. авиац. техн. унив-т; Сост. Н.И.Тюков, Е.М.Дурко, С.И.Фецак, К.С.Кульга . – Уфа, 2000 – с.





Приведены задания для курсовой работы по дисциплине «Теория управления», даны рекомендации по порядку выполнения и представления результатов работы.
Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 071800 «Мехатроника» для дневной, вечерней и заочной форм обучения .






Табл. 9. Ил. 9. Библиогр.: 3 назв.




Рецензенты : Ачильдиева Э.С. – к.т.н., доцент каф. АТС
Салахутдинов Р.М. – к.т.н., доцент каф. ТМ



Содержание



Введение 4
1 Содержание и объем курсовой работы 4
2 Варианты заданий 7
3 Уравнения элементов систем автоматического управления 30
Рекомендуемая литература 35















































Введение

Совершенствование технологии и повышение производительности труда относятся к важнейшим задачам технического прогресса. Эффективное решение этих задач возможно при внедрении систем автоматического регулирования и управления как отдельными объектами и процессами, так и производством в целом. Поэтому изучение основ автоматического регулирования и управления предусматривается в настоящее время при подготовке студентов практически всех инженерных специальностей.
В результате изучения дисциплины «Теория управления» студент должен уметь анализировать производственный процесс с целью его автоматизации, определения управляемых и управляющих параметров, выбора отдельных элементов и устройств системы автоматического управления (САУ) объектом. Умение разделять САУ на основные функциональные элементы и составлять функциональные и структурные схемы способствует ясности представлений о физических процессах, происходящих в системе, и имеет большое значение для дальнейшего исследования и расчета систем.
Целью курсовой работы по дисциплине «Теория управления» является закрепление теоретических знаний и овладение навыками анализа и синтеза систем автоматического управления объектами на примере металлорежущих станков и промышленных роботов. При выполнении курсовой работы приобретается опыт разработки и расчета САУ производственными процессами и отдельными объектами в машиностроении.

1 Содержание и объем курсовой работы

В ходе выполнения курсовой работы студент должен рассчитать и проанализировать основные параметры заданной САУ.
Приступая к выполнению курсовой работы необходимо тщательно изучить принцип действия заданной САУ, выделить управляющее воздействие, управляемую координату и возмущение, действующее на систему.
Расчетом и исследованием САУ предусматривается:



- составление дифференциальные уравнений и определение передаточные функции входящих в САУ элементов с расчетом всех необходимых коэффициентов;
- реализация структурной схемы САУ на ЭВМ;
- исследование устойчивости системы и определение ее показателей качества: запасов устойчивости по амплитуде и фазе, перерегулирования, времени переходного процесса и других параметров, предусмотренных дополнительными условиями задания;
- расчет и синтез новой САУ с учетом обеспечения дополнительных условий задания.
В соответствии с перечисленными пунктами курсовая работа должна содержать следующие разделы:
1. Введение.
2. Конструктивную схему заданной САУ с исходными данными. Краткое описание назначения и принципа действия САУ.
3. Функциональную схему САУ с описанием функций входящих элементов, их взаимодействия и последовательного преобразования сигналов управления и обратных связей.
4. Составление дифференциальных уравнений и вывод передаточных функций всех элементов. Выделение типовых динамических звеньев.
5. Структурную схему (модель) САУ с обоснованием и выводом передаточных функций дополнительных по сравнению с функциональной схемой звеньев (например, для изменения размерности параметра).
6. Реализацию структурной схемы САУ на ЭВМ, проверка ее работоспособности.
7. Определение устойчивости заданной САУ. В случае неустойчивой работы исходной САУ добиться ее устойчивости изменением параметров элементов системы, подвергающихся настройке.
8. Настройка чувствительности и определение основных показателей качества работы САУ, предусмотренных заданием: максимальное перерегулирование, время регулирования, число колебаний, собственная частота колебаний, логарифмический декремент затухания колебаний, максимальная скорость отработки сигнала..

9. Синтез САУ с учетом дополнительных условий и ее анализ.
10. Выводы по работе и заключение.
Функциональная схема составляется по конструктивной схеме. При этом должны быть учтены рабочие процессы, протекающие в системе.
Структурная модель формируется на основании функциональной схемы, где поэлементно указываются математические преобразования сигналов в виде передаточных функций звеньев. При составлении структурной схемы необходимо согласовать размерности входных и выходных координат соединяемых элементов.
САУ должна обладать заданной чувствительностью. Этот показатель увязывает управляющее воздействие, действующее на систему, с управляемой координатой. Например: для системы автоматического управления поворотом промышленного робота чувствительность задана равной 10 В/рад. Это означает, что при подаче в систему управляющего воздействия равного 10 В робот повернется на угол 1 радиан. Чувствительность системы можно обеспечить, например, с помощью подбора коэффициента передачи настраиваемых элементов в прямом канале управления или в обратной связи системы.
Исследование системы необходимо проводить с помощью пакетов прикладных программ, позволяющих реализовать структурную модель системы на ПЭВМ. Методику использования этих программ изложена в соответствующей рекомендуемой литературе.
Синтез системы проводится, учитывая заданные показатели качества и требуемой точности. Для этого необходимо выбрать схему и место включения корректирующих и усилительных устройств; по требованиям показателей качества и точности регулирования найти желаемую логарифмическую частотную характеристику разомкнутой системы; определить тип и параметры корректирующих и усилительных устройств; найти конструктивное решение корректирующих и усилительных устройств системы и составить окончательную структурную схему САУ.
Анализ синтезированной САУ должен включать определение показателей качества, точности и устойчивости новой системы, их сравнение с соответствующими показателями исходной САУ.


Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки на 15-20 страницах формата А4 текста, написанного четким (получертежным) шрифтом от руки или машинописным способом, с необходимыми схемами, графиками, таблицами и листингами расчетов на ЭВМ.

2 Варианты заданий

Варианты заданий и исходные данные для расчетов определяются руководителем (консультантом) проекта и задаются в виде шифра задания.
Например, если шифр задания 13, то необходимо рассчитать систему автоматического управления продольной подачей при точении (вариант 1), при этом исходные данные для расчета САУ выбрать из таблицы для этого варианта по строке 3.

Вариант 1 – Система автоматического управления продольной подачей при точении


САУ предназначена для стабилизации, либо изменения по определенному закону силы резания при точении за счет управления продольной подачей.


На точность обработки при точении большое влияние оказывает сила резания, в частности, ее составляющая РУ. Вследствие случайных колебаний припуска, твердости заготовки, затупления резца и других факторов сила резания при точении непостоянна, что приводит к изменению упругих деформаций технологической системы станка и образованию погрешностей обработки. Значительно повысить точность токарной обработки можно за счет стабилизации силы резания. Кроме того, при обработке нежестких деталей, например, обточке валика без люнета, для устранения погрешности, вызванной упругими деформациями, необходимо регулировать силу резания по определенному закону в зависимости от податливости детали в месте точения.
Деталь 1 установлена в патроне 2 и в заднем центре 3 токарного станка. Резец 4 установлен в устройстве 5, выполняющем функции преобразователя силы (например: тензометрический динамометр), которое через усилитель 6 подключено ко входу устройства сравнения 7. Движение подачи суппорту 8 сообщается через ходовой винт 9, редуктор 10 от регулируемого двигателя 11. Для питания двигателя 11 служит усилитель-преобразователь 12.
САУ работает следующим образом. На вход сравнивающего устройства 7 подается сигнал Uз соответствующий требуемому значению составляющей РУ силы резания в определенном масштабе. На другой вход устройства 7 поступает сигнал UО, вырабатываемый преобразователем силы 5 и усилителем 6. Этот сигнал соответствует реальному значению составляющей РУ силы резания. Ошибка U = UЗ – UО поступает на вход усилителя-преобразователя 12, который вырабатывает напряжение питания двигателя 11, определяющее величину продольной подачи так, чтобы свести рассогласование к минимуму. Таким образом, САУ за счет управления по продольной подаче осуществляет стабилизацию силы резания на заданном уровне. В качестве объекта управления в САУ входит процесс резания и упругая система станка.
Значения данных приведены в таблице 1.



Т а б л и ц а 1
ТЭУ ,
с КЭУ ТТП ,
с КТП КР ТЯ ,
с ТМ ,
с КД ,
1/сВ К n ,
B/H ТР ,
с СРУ ХРУ УРУ V,
м/мин n t0,
мм КV w0,
1/с  С,
Н/мм
0,02 80 0 12 0,05 0,08 0,20 3,6 3•10-3 0 2•103 0,8 0,4 110 0,1 1,0 1,0 420 0,8 -
0,01 95 0 16 0,07 0,07 0,21 2,8 2•10-3 2 4•103 0,9 0,5 130 0,2 1,5 1,1 670 0,7 -
0 105 0,03 20 0,02 0,06 0,31 1,4 5•10-3 0 103 1,0 0,6 150 0 1,4 1,4 800 0,6 -
0 75 0,04 25 0,04 0,09 0,43 0,8 4•10-3 1 3•103 1,0 0,7 100 0,3 2,0 1,5 - - 106
0,01 65 0,05 27 0,10 0,05 0,18 1,0 10-3 0 9•102 0,7 0,5 170 0,4 2,6 1,2 - - 106
0,02 85 0,03 35 0,08 0,05 0,12 1,6 6•10-3 3 8•102 0,8 0,4 120 0,3 3,2 1,5 - - 106
0 110 0 45 0,09 0,04 0,13 3,0 7•10-3 0 103 0,9 0,7 150 0,2 1,8 1,3 200 0,4 2•104
0 120 0 47 0,11 0,04 0,23 4,4 2•10-3 4 3•103 0,8 0,6 140 0,1 2,2 ,10 100 0,5 104
0 270 0,04 17 0,03 0 0,27 4,2 10-3 0 2•103 0,7 0,5 210 0 2,8 1,1 60 0,3 3•104
0 300 0,05 13 0,02 0 0,33 1,3 3•10-3 0 4•103 1,0 0,7 180 0,2 3,0 1,2 180 0,7 4•104


Вариант 2 – Система автоматического регулирования поворотом рабочего органа робота

САУ предназначена для управления углом поворота рабочего органа робота с требуемой точностью.


САУ поворотом рабочего органа 1 робота (например, сварочного робота) состоит из гидродвигателя 2, гидравлического усилителя 3 и электрической части. Функции гидравлического усилителя 3 выполняет четырехкромочный золотник, с плунжером которого взаимодействует шестерня 4, зацепляющаяся с шестерней 5 гидродвигателя 2. Управляющий двигатель-задатчик 6 подключен к выходу усилителя 7 и на его валу имеется резьба, с помощью которого он связан с шестерней 4. В САУ входят также преобразователь угла 8 и сравнивающее устройство 9.

При работе САУ на вход сравнивающего устройства 9 поступает сигнал в виде напряжения UЗ, вырабатываемый устройством управления по команде от ЭВМ. Устройство сравнения 9 вырабатывает сигнал ошибки U = UЗ – UО, где UО - напряжение преобразователя угла 8. Сигнал ошибки через усилитель 7 вызывает вращение двигателя 6. В исходном состоянии гидроусилитель (четырехкромочный золотник) находится в нейтральном положении и гидродвигатель 2 не вращается. Поворот выходного вала двигателя 6 вызовет перемещение шестерни 4 в осевом направлении и смещение плунжера золотника 3 из нейтрального положения. Гидродвигатель 2 приходит в движение, поворачивая рабочий орган 1, шестерню 5 и входной вал преобразователя угла 8. Поворот шестерни 5 вызывает вращение шестерни 4 и перемещение ее вместе с подпружиненным плунжером золотника 3 по винту двигателя 6 в сторону восстановления равновесия. Поворот вала преобразователя угла 8 вызывает изменение напряжения UО так, что ошибка с выхода сравнивающего устройства 9 уменьшается. Таким образом, рабочий орган 1 будет поворачиваться до тех пор, пока не займет требуемого положения.
Значения данных приведены в таблице 2.

Таблица 2
ТЭУ ,
с КЭУ ТЯ ,
с ТМ ,
с КД ,
1/сВ Z5 Z4 Кn,
В/рад ТГУ,
с КГУ,
мм2/с ТГД ,
с КГД ,
1/мм2 Шаг винта,
мм
0 20 0,02 0,08 2,2 - - 2,5 0,05 9 •106 0,08 2•10-5 2
0 30 0,03 0,18 4,0 - - 3,0 0,04 8•106 0,09 10-5 1,5
0 100 0,07 0,20 5,6 - - 10,0 0,03 107 0,10 9•10-6 3
0 50 0 0,07 1,1 60 20 12,5 0,08 2•107 0,12 8•10-6 1,25
0 200 0 0,25 0,8 30 30 15,0 0,09 8•106 0,07 5•10-6 0,75
0 40 0 0,30 2,8 40 20 8,0 0,02 5•106 0,06 3•10-5 0,50
0 300 0 0,15 1,8 20 40 4,5 0,01 6•106 0,11 10-5 1,0
0,04 250 0 0,10 3,2 20 60 0 0,06 4•106 0,14 4•10-5 0,25
0,05 80 0 0,26 0,6 20 80 0 0,07 7•106 0,18 7•10-6 0,50
0,06 150 0 0,22 1,0 80 20 0 0,05 2•107 0,20 6•10-6 0,75





Вариант 3 – Система автоматического управления приводом фрезерного станка с ЧПУ

САУ предназначена для стабилизации, либо изменения силы резания при фрезеровании за счет управления приводом подач.


Фрезерный станок с ЧПУ предназначен для обработки различных сложных поверхностей деталей машин.
Деталь 1 устанавливается на столе 2 которому сообщаются движения подачи в двух взаимно перпендикулярных направлениях для формирования фрезой 3 требуемой формы паза (см. вид А). На рисунке показан только один
привод стола 2. Он состоит из приводного двигателя 4 постоянного тока с тахогенератором 5, редуктора 6 и винта 7. Кроме того, в систему автоматического управления входят также преобразователь перемещения 8, сравнивающие устройства 9 и 10, усилитель 11 и тиристорный пребразователь 12.
САУ работает следующим образом. Сигнал, вырабатываемый системой ЧПУ, через цифро-аналоговый преобразователь (на схеме не показан) в виде напряжения UЗ поступает на вход сравнивающего устройства 9. На другой вход сравнивающего устройства 9 поступает сигнал UО преобразователя перемещения 8. Напряжение U ошибки через усилитель 11 поступает на вход сравнивающего устройства 10. На другой вход устройства 10 поступает напряжение, вырабатываемое тахогенератором 5. Таким образом, напряжение на входе тиристорного преобразователя 12 определяет скорость вращения двигателя 4, а следовательно, и величину подачи стола 2.
Система автоматического управления приводом подачи сообщает столу 2 и детали 1 движение по одной из управляемых координат в соответствии с напряжением UЗ задания. Аналогичным образом работает привод подачи по другой координате. В результате сложного движения детали 1 фрезой 3 формируется требуемый контур.
В качестве объекта управления в САУ приводом входят процесс резания и замкнутая технологическая система станка.
Значения данных приведены в таблице 3.





Таблица 3
ТЭУ,
с КЭУ ТТП,
с КТП КР КТГ,
Вс К n,
В/мм Тя,
с ТМ,
с KД
1/сВ ТР,
с CР К SМ  z Wо,
1/с  С,
Н/мм
0 80 0,04 15 0,01 0,05 4,5 0,07 0,29 2,4 0,00 800 0,31 0,02 0,05 10 - - 105
0 85 0,05 16 6,02 0,06 3,0 0,06 0,30 1,4 3 700 0,26 0,01 0,09 12 - - 106
0 45 0 18 0,04 0,08 6,5 0,05 0,15 1,6 0,00 900 0,27 0,03 0,07 8 230 0,3 104
0 90 0,08 27 0,03 0 7,5 0 0,18 2,6 4 1800 0,30 0,04 0,06 6 330 0,4 9•104
0,02 70 0 25 0,02 0 3,5 0 0,23 3,2 0 1700 0,28 0,02 0,08 10 - - 107
0 60 0,07 13 0,05 0 5,0 0 0,33 3,6 0 1000 0,25 0,03 0,09 6 - - 106
0 55 0,06 19 0,09 0 8,0 0 0,35 4,0 0 1100 0,24 0,01 0,05 12 270 0,8 5•104
0 40 0,03 24 0,03 0 5,5 0 0,20 4,4 0 1500 0,31 0,05 0,08 8 420 0,5 2•104
0,01 75 0,08 12 0,01 0,09 6,0 0,02 0,13 4,2 0 1200 0,29 0,04 0,06 14 190 0,7 -
0,03 95 0,05 14 0,02 0,10 7,0 0,04 0,17 2,0 0 1400 0,25 0,02 0,07 10 250 0,6 -
Примечание : глубина фрезерования для всех вариантов 20 мм , угловая скорость фрезы 630 – 1/мин.


Вариант 4 – Система автоматического регулирования шлифуемого изделия на бесцентрово-шлифовальном станке

САУ предназначена для автоматического регулирования (стабилизации) размера обрабатываемой детали.


Бесцентрово-шлифовальный станок состоит из шлифовальной бабки со шлифовальным кругом 1, подвижной бабки 2 с ведущим кругом 3, привода подачи, состоящего из электродвигателя 4, редуктора 5 и винта 6. Деталь 8 в зоне обработки базируется на наклонной поверхности ножа 7 и поверхности ведущего круга 3 и ей сообщается продольное движение подачи (перпендикулярно плоскости чертежа).
Таким образом, диаметр шлифуемого изделия 8 определяется расстоянием между ведущим кругом 3 и шлифовальным кругом 1 на уровне, определяемом ножом 7. Это расстояние в процессе работы станка может меняться, как в результате изменения силы резания, износа шлифовального

круга, так и других факторов.
САУ размера обрабатываемой детали включает в себя преобразователь перемещения 9 (например, индуктивный датчик перемещения), усилитель 10, сравнивающее устройство 11 и тиристорный усилитель преобразователь 12. Тиристорный усилитель преобразователь 12 предназначен для питания управляемого двигателя 4 (например, двигатель постоянного тока).
При работе системы на вход сравнивающего устройства 11 подается напряжение UЗ, соответствующее требуемому размеру обработки детали 8 в определенном масштабе. На другой вход устройства сравнения 11 поступает напряжение UО, пропорциональное действительному размеру детали 8. Это напряжение вырабатывается преобразователем напряжения 9 и усилителем 10. Напряжение U ошибки через усилитель 12 воздействует на управляемый двигатель 4, который через редуктор 5 и винт 6 перемещает подвижную бабку 2 в ту, либо в другую сторону с целью устранения ошибки.
Пусть, например, диаметр шлифуемого изделия по какой-либо причине возрастает. В результате напряжения от преобразователя 9 выходное напряжение UО усилителя 10 увеличивается и нарушается условие равновесия системы, т.е. ошибка U увеличивается. Двигатель 4 вращается и перемещает подвижную бабку 2 вперед, в направление уменьшения диаметра шлифуемого изделия.
В качестве объекта управления в САУ входит процесс резания в замкнутой технологической системе станка.
Значения данных приведены в таблице 4.





Таблица 4
ТЭУ,
с КЭУ Тя,
с ТМ,
с КД,
1/сВ ТТП,
С КТП K n,
В/мм KР ТР,
с СР VД,
м/мин X У S0,
м/мин z w0,
1/с  С,
Н/мм
0 100 0 0,10 1,4 0,03 20 10 0,01 0 19 20 0,4 0,9 5 0,3 300 1,0 105
0,01 200 0,05 0,24 1,1 0,04 25 12 0,02 0 20 10 0,8 0,5 6 1,0 - - 107
0 500 0,01 0,06 0,7 0 60 8 0,05 0 18 15 0,7 0,8 2 0,4 250 0,9 5•104
0 800 0,01 0,04 0,2 0 70 15 0,10 0 21 25 0,3 0,4 1 0,5 320 0,3 8•104
0 90 0,04 0,80 1,8 0,03 50 20 0,07 0,008 22 30 0,6 0,7 3 1,0 - - 107
0 150 0 0,08 2,0 0 35 18 0,01 0,006 19 28 0,5 0,9 4 0,7 280 0,7 105
0 400 0 0,12 1,4 0 45 15 0,12 0,005 21 18 0,3 1,0 6 0,8 190 0,5 6•104
0,01 700 0,03 0,15 0,8 0,02 55 10 0,20 0 20 20 0,4 0,8 5 1,0 - - 107
0. 900 0 0,10 1,0 0 15 16 0,05 0,007 23 10 0,5 0,5 2 0,4 200 0,3 5•104
0 300 0,02 0,05 2,2 0 65 14 0,04 0 25 15 0,7 1,0 1 0,3 350 0,6 5•105
Примечание : глубина резания t0 для всех вариантов 0,005 мм


Вариант 5 – Система автоматического управления скоростью резания при точении

САУ скоростью резания при точении предназначена для стабилизации либо изменения по введенному закону силы резания.



На точность обработки при точении большое влияние оказывает сила резания, в частности, ее составляющая РУ. Вследствие случайных колебаний припуска, твердости заготовки, затупления резца и других факторов сила резания при точении непостоянна, что приводит к изменению упругих деформаций технологической системы станка и образованию погрешностей обработки.
Значительно повысить точность токарной обработки можно за счет стабилизации силы резания. Кроме того, при обработке механических деталей без люнета для устранения погрешности, вызванной упругими деформациями, необходимо регулировать силу резания по определенному закону в зависимости от способа закрепления детали в месте точения.

Обрабатываемая деталь 1 установлена в патроне 2 и в заднем центре 3 токарного станка. В качестве двигателя 4 главного движения используется двигатель постоянного тока, для питания которого служит тиристорный усилитель-преобразователь 5. Резец 6 установлен в тензометрическом динамометре 7, который связан с усилителем 8. В качестве преобразователя силы может быть использован динамометр другого типа, например, магнитоупругий. Суппорт 9 станка получает продольную подачу от коробки передач 10 с автономным двигателем 11. В систему входит сравнивающие устройство 12.
САУ работает следующим образом. На вход сравнивающего устройства 12 подается сигнал UЗ, в определенном масштабе соответствующий требуемой силе резания (ее составляющая РУ). Составляющая РУ силы резания воздействует на динамометр 7 и на его выходе появляется сигнал в виде напряжения, пропорционального РУ. Этот сигнал через усилитель 8 поступает на другой вход сравнивающего устройства 12. Ошибка с устройства 12 поступает на вход усилителя – преобразователя 5, который вырабатывает соответствующее напряжение питания двигателя 4. Скорость двигателя 4, а следовательно, и скорость резания, изменяется так, чтобы ошибка системы была минимальной. Таким образом, САУ за счет управления по скорости резания автоматически осуществляет стабилизацию силы резания на заданном уровне.
В качестве объекта управления САУ включает в себя процесс резания в замкнутой технологической системе станка.
Значения данных приведены в таблице 5.







Таблица 5
ТЭУ,
с КЭУ ТТП ,
с КТП K n ,
B/H ТЯ ,
с ТМ ,
с КД ,
1/сВ КР ТР,
с СPY ХPУ УРУ n t0,
мм V,
м/мм KV w0 ,
1/с  С,
Н/мм
0 100 0 10 10-3 0 0,10 2,0 0,5 0,003 3•103 1,0 0,7 0,2 2 100 1,0 350 0,3 104
0 150 0,02 20 2•10-3 0 0,12 2,2 0,7 0 2•103 0,9 0,6 0,3 3 80 1,1 400 0,4 5•104
0 20 0,04 10 10-2 0 0,14 1,4 0,6 0 103 0,9 0,5 0,4 5 120 1,2 600 0,5 105
0,01 200 0,03 50 3•10-3 0,03 0,06 1,8 0,8 0 2•103 0,8 0,7 0,3 4 140 1,1 - - 106
0 300 0,02 40 6•10-3 0,04 0,07 2,2 0,4 0,004 4•103 1,0 0,7 0,4 2 150 1,2 - - 106
0,02 15 0,01 30 2•10-3 0,03 0,06 1,4 0,5 0 3•103 1,0 0,6 0,2 5 100 1,0 - - 106
0 20 0 80 10-2 0 0,09 2,0 0,7 0,002 2•103 0,8 0,5 0,3 3 90 1,0 380 0,5 2•105
0,03 180 0 60 10-3 0 0,11 2,0 0,5 0 103 0,9 0,6 0,2 4 130 1,2 480 0,4 4•104
0 100 0 70 2•10-2 0 0,15 2,2 0,8 0,002 103 0,8 0,5 0,4 5 100 1,3 500 1,0 6•104
0 200 0 50 3•10-3 0,03 0,16 1,4 0,6 0 3•103 0,8 0,6 0,4 3 80 1,0 520 0,3 6•104
Примечание : диаметр заготовки для всех вариантов 100 мм.



Вариант 6 – Система автоматического управления скоростью резания на шлифовальном станке

САУ предназначена для стабилизации скорости резания на оптимальном уровне независимо от величины износа шлифовального круга.


Качество обработки шлифованием в большой степени определяется степенью соответствия реальных параметров процесса оптимальным. По причине износа и правок шлифовального круга его диаметр изменяется, что вызывает изменение скорости резания и нарушение оптимальных условий обработки.

Шлифовальный круг 1 установлен на шпинделе инструментальной бабки 2, имеющей устройство правки с правящим инструментом 3. Суппорт 4 правящего устройства связан с потенциометром 5, выполняющем функции преобразователя перемещения. Двигатель 6 главного движения является регулируемым двигателем постоянного тока и имеет тахогенератор 7. Тиристорный преобразователь 8 предназначен для питания двигателя 6. В САУ входят также сравнивающее устройство 9, суммирующее устройство 10 и усилитель 11. При работе САУ на вход суммирующего устройства 10 подается задающий сигнал в виде напряжения UО, с потенциометра 5 поступает на другой вход устройства 10 сигнал UД , пропорциональный величине износа шлифовального круга 1. Суммарный сигнал через усилитель 11 подается на вход сравнивающего устройства 9. На другой вход этого устройства поступает сигнал обратной связи тахогенератора 7, а напряжение ошибки поступает на вход тиристорного преобразователя 8 питания двигателя 6. Во время правки круга 1 увеличивается напряжение UД , увеличивается ошибка, вырабатываемая сравнивающим устройством 9. В результате усиливается напряжение тиристорного преобразователя 8 и повышается угловая скорость двигателя 6 так, чтобы скорость резания соответствовала заданной. При повышении скорости двигателя увеличивается напряжение на выходе тахогенератора 7 и ошибка САУ уменьшается до порога чувствительности. Угловая скорость шлифовального круга стабилизируется на новом уровне и, таким образом, скорость резания остается постоянной.
Значения данных приведены в таблице 6.
Таблица 6
ТЭУ, c КЭУ ТТП , c КТП ТЯ, c ТМ , c КД , 1/сВ КТГ, Вс К n , В/мм
0,02 80 0,04 80 0,04 0,12 1,8 0,07 15
0,03 100 0,02 60 0,07 0,15 1,4 0,05 20
0,01 200 0,03 70 0,06 0,24 1,6 0,10 10
0,04 300 0,07 50 0,09 0,50 2,4 0,02 30
0,05 900 0,10 65 0,02 0,95 0,8 0,01 40
0,02 800 0,15 40 0,01 0,09 0,6 0,08 25
0,06 500 0,20 75 0,03 0,08 3,8 0,12 35
0,03 360 0,18 30 0,05 0,18 4,4 0,18 50
0,07 180 0,05 25 0,08 0,65 3,6 0,08 100
0,08 90 0,08 10 0,07 0,45 1,2 0,14 60


Вариант 7 – Система автоматического управления гидросуппортом токарного станка

САУ предназначена для управления гидросупортом токарного станка.



Гидравлические копировальные устройства, применяемые на токарных станках, предназначены для автоматизации процесса обработки сложных фасонных поверхностей деталей машин, имеющих, как правило, круглое поперечное сечение.
Обрабатываемая деталь 1 установлена в патроне 2 и в заднем центре 3 токарного станка. Резец 4 закреплен в резцедержателе каретки 5, связанной со штоком цилиндра 6 и расположенной на направляющих суппорта 7. С копиром 8 взаимодействует щуп 9 однокромочного золотника 10. Полости А и Б цилиндра 6 соединены между собой постоянным дросселем 11.
При обработке детали 1 сообщается вращение для создания скорости

резания, а суппорту 7 - движение продольной подачи. Рабочая жидкость под давлением проводится в полость А цилиндра и через постоянный дроссель 11
попадает в полость Б, откуда через щель золотника 10 на слив. На схеме видно, что величина давления в полости Б определяется открытием щели золотника 10 и величиной проводимости постоянного дросселя 11. В нейтральном положении (при неподвижном гидросуппорте) давление в полостях А и Б таково, что поддерживается равновесие цилиндра 6.

РА • FА = РБ • FБ

При прохождении щупа 9 по копиру 8 изменяется осевое открытие щели золотника 10, а следовательно и давление в полости Б. Цилиндр 6 перемещается и перемещает корпус золотника 10. Это перемещение происходит до тех пор, пока вновь не установится равновесное состояние. Таким образом, цилиндр 6 с резцом 4 полностью отрабатывает перемещение, заданное копиром 8 и на заготовке 1 формируется заданная поверхность.
В САУ гидросуппорта в качестве объекта управления входит процесс резания в замкнутой технологической системе станка.
Значения данных приведены в таблице 7.

Таблица 7
ТГУ,
с КГУ,
мм2/с КГЦ ,
1/мм2 ТР,
с СРУ XРУ УРУ V,
м/мин t,
мм n KV w0 ,
1/с  С
Н/мм
0,10 106 10-4 0,003 2•103 0,8 0,6 80 1 0,3 1,1 600 1,0 104
0,05 2•106 2•10-4 0,002 3•103 0,9 0,5 200 2 0,2 1,0 500 0,9 5•103
0,12 4•106 3•10-4 0,004 103 0,7 0,4 150 3 0,1 1,2 400 0,3 6•103
0,20 6•106 4•10-4 0,002 4•103 1,0 0,5 180 4 0,5 1,3 550 0,5 104
а 5•106 10-4 0,003 2•103 0,9 0,4 60 5 0 1,4 650 0,4 8•103
0,04 4•106 9•10-5 0,004 103 0,8 0,6 240 4 0,4 1,2 350 0,8 7•103
0,03 7•106 5•10-4 0,002 3•103 1,0 0,6 250 3 0 1,3 300 0,6 104
0,02 106 8•10-5 0,004 5•103 0,8 0,4 200 2 0,3 1,0 250 0,7 6•103
0,04 3•106 10-4 0,003 103 0,9 0,5 140 1 0,2 1,5 200 0,3 9•103
0,02 7•106 2•10-4 0,003 2•103 0,7 0,5 100 5 0,1 1,1 450 0,8 104




Вариант 8 – Система автоматического управления подачей при фрезеровании

САУ предназначена для стабилизации силы резания либо изменение ее по заранее заданному закону за счет управления подачей при фрезеровании.

Точность фрезерования и качество обработанной поверхности (шероховатость, глубина дефектного слоя и т.д.) во многом определяются силой резания. Сила резания при фрезеровании зависит как от режимов обработки, геометрии инструмента, материала заготовки и т.д., так и от случайных факторов: колебания припуска, твердости и т.д. Следовательно, при постоянных режимах фрезерования не удается обеспечить стабильность важнейшего параметра процесса - силы резания.
САУ включает в себя как объект управления процесс резания, технологическую систему станка, состоящую из детали 1, инструмента 2, стола 3. Главное движение сообщается двигателем 4, в цепь питания которого включен





Таблица 8
ТЭУ,
с КЭУ ТД ,
с КМ ,
А/Нм КР K n ,
В/А Тя,
с Тм,
с Кд,
1/сВ ТР,
с СР SК К t,
мм D,
мм Z w0,
1/с  С,
Н/мм
0 400 0,04 0,5 0,02 0,5 0 0,08 4,4 0 1000 0,05 0,24 5 100 20 250 0,4 104
0 500 0,08 0,4 0,03 0,6 0 0,10 4,0 0 700 0,06 0,25 8 80 16 300 0,5 2•104
0,03 600 0,05 0,6 0,01 0,8 0,02 0,06 2,8 0,003 900 0,02 0,28 7 120 20 105 0,9 -
0,02 700 0,06 0,7 0,02 0,7 0,04 0,12 4,0 0,004 1200 0,01 0,30 6 150 24 105 0,9 -
0,01 800 0,07 0,4 0,04 0,6 0,05 0,14 4,4 0,005 1700 0,07 0,32 6 150 20 105 0,9 -
0,03 600 0,06 0,5 0,05 0,5 0,03 0,08 3,6 0,003 1600 0,04 0,31 8 100 24 105 0,8 -
0 500 0,09 0,6 0,03 0,7 0 0,20 3,8 0 1000 0,03 0,29 6 120 20 350 0,6 3•104
0 900 0,05 0,5 0,02 0,8 0 0,25 2,8 0 800 0,05 0,27 7 80 14 200 0,8 2•104
0 700 0,07 0,8 0,01 0,6 0 0,30 3,0 0 900 0,06 0,25 9 90 16 250 0,9 5•104
0 800 0,08 1,0 0,03 0,7 0 0,35 3,4 0 1100 0,08 0,26 4 100 18 400 1,0 6•104
Примечание : ширина фрезерования для всех вариантов 50 мм


преобразователь тока 5. Привод подачи состоит из коробки подач 9, электродвигателя 8, усилителя-преобразователя 7 и устройства сравнения 6.
Момент двигателя 4 главного движения пропорционален силе резания и определяет ток в цепи питания. Следовательно, преобразователь тока 5, включенный в цепь питания двигателя 4, вырабатывает сигнал, пропорциональный действующей силе резания.
Этот сигнал UО поступает на вход сравнивающего устройства 6, где сравнивается с сигналом задания UЗ. В результате на вход усилителя-преобразователя 7 поступает сигнал ошибки UД, который вызывает изменение напряжения питания двигателя 8 и скорости подачи стола 3. Скорость подачи изменяется в сторону уменьшения сигнала ошибки. Таким образом, САУ стабилизирует силу резания на заданном уровне, автоматически управляя подачей.
Значения данных приведены в таблице 8.

Вариант 9 – Система автоматического управления копировального фрезерного станка


САУ предназначена для управления приводами подач копировального фрезерного станка.

Копировальный фрезерный станок предназначен для обработки сложных поверхностей деталей по копиру.
САУ копировального фрезерного станка состоит из преобразователя перемещения 1, усилителя 2, тиристорного усилителя преобразователя 3, управляемого двигателя 4, редуктора 5 с винтом 6. Преобразователь перемещения 1 имеет щуп 7 и закреплен на фрезерной бабке 8. Копир 9 и обрабатываемая деталь 10 установлены на столе 11, которому сообщается движение задающей подачи от отдельного привода.
При включении привода задающей подачи щуп 7 преобразователя 1 взаимодействует с профилем копира 9 и вырабатывает сигнал в виде напряжения, пропорционального отклонению щупа. Это напряжение через усилитель 2 поступает на вход усилителя-преобразователя 3 и вызывает вращение двигателя 4. Двигатель 4 через редуктор 5 и винт 6 вызывает смещение фрезерной бабки 8 в сторону уменьшения рассогласования. Корпус преобразователя перемещения 1 закреплен на фрезерной бабке, чем обеспечивается отрицательная обратная связь САУ.
Таким образом, фреза будет отслеживать перемещение щупа 7 и формировать требуемый профиль детали. В САУ в качестве объекта управления входит процесс резания в упругой технологической системе станка.
Значения данных приведены в таблице 9.








Таблица 9
ТЭУ,
с КЭУ ТТП ,
с КТП K n ,
В/мм ТЯ ,
с ТМ ,
с КД ,
1/сВ КР ТР,
с CР К z SМ  t0,
мм w0,
1/с  С,
Н/мм
0 100 0,09 90 20 0,07 0,20 1,1 0,05 0,004 700 0,25 6 0,10 0,09 2 - - 106
0,01 10 0 70 15 0,02 0,15 0,8 0,08 0,006 900 0,28 8 0,08 0,08 3 - - 107
0,01 200 0,04 60 10 0 0,18 1,4 0,10 0,002 2000 0,32 10 0,04 0,05 4 - - 106
0,03 300 0,08 80 15 0 0,25 1,2 0,06 0 1500 0,24 12 0,02 0,07 5 - - 107
0 900 0,05 70 30 0,03 0,28 0,9 0,07 0,005 1000 0,30 8 0,05 0,06 3 - - 106
0 20 0,03 50 25 0 0,30 1,0 0,12 0 1600 0,31 10 0,10 0,08 4 350 0,3 5•104
0 40 0,03 90 20 0 0,30 1,6 0,10 0 1800 0,26 12 0,08 0,05 2 420 0,4 8•104
0 500 0 80 40 0 0,28 1,2 0,05 0,006 800 0,27 6 0,03 0.09 5 540 1,0 4•104
0 50 0 70 60 0,07 0,20 1,1 0,06 0 1200 0,29 10 0,08 0,07 2 250 0,5 3•104
0 250 0 50 50 0 0,30 1,4 0,08 0,005 700 0,30 12 0,10 0,06 4 180 0,8 6•104
Примечание: угловая скорость фрезы 800 – 1/мин.



3 Уравнения элементов систем автоматического управления

При определении передаточных функций звеньев следует использовать следующие дифференциальные уравнения движения.

Процесс резания

Передаточная функция процесса резания:

W= KР / (TР + 1) ,

где KР – коэффициент резания;
ТР - постоянная времени стружкообразования, с.
Коэффициент резания KР зависит от силы резания и параметров резания

KР = KРS • KPt • KPост ,

где KРS = PS / S – составляющая коэффициента резания по подаче;
KPt = Pt / t – составляющая коэффициента резания по глубине;
KPост – составляющая коэффициента резания от прочих параметров резания.
Сила резания при точении :



При равномерном фрезеровании цилиндрической фрезой :



При полном фрезеровании торцовой фрезой :
;

При шлифовании :
;

Эквивалентная упругая система станка
(в предположении одномассовой системы)
,

где w0 - собственная частота колебаний , с-1 ;
 - коэффициент затухания колебаний ;
у - деформация упругой системы станка, мм ;
С - жесткость упругой системы станка, Н/мм ;
PВХ - входной силовой параметр, Н .

Механический редуктор

или ,

где wВЫХ , aВЫХ - соответственно угловая скорость и угол поворота выходного звена редуктора ;
wВХ , aВХ - соответственно угловая скорость и угол поворота входного звена редуктора ;
КР - коэффициент передачи.

Электронный усилитель

,



где ТЭУ - постоянная времени электронного усилителя, с ;
UВЫХ - выходное напряжение, В ;
UВХ - входное напряжение, В ;
КЭУ - коэффициент усиления .

Тиристорный усилитель-преобразователь

,

где ТТП - постоянная выхода тиристорного преобразователя, с ;
UВЫХ - выходное напряжение, В ;
UВХ - входное напряжение, В ;
KТП - коэффициент передачи (усиления) .

Электродвигатель постоянного тока

,

где ТЯ - электромагнитная постоянная времени якоря, с ;
ТМ - электромеханическая постоянная двигателя, с ;
w - угловая скорость, с-1 ;
KД - коэффициент передачи электродвигателя, 1/сВ ;
UД - напряжение якоря, В.

Гидроусилитель золотникового типа

,


где ТГУ - постоянная времени гидроусилителя, с ;
Q - выходной параметр - расход рабочей жидкости, м3 ;
КГУ - коэффициент передачи, мм2/с ;
h - входное перемещение плунжера золотника, мм .

Гидродвигатель

,

где ТГД - постоянная времени гидродвигателя, с ;
w - выходная угловая скорость гидродвигателя, с-1 ;
KГД - коэффициент передачи гидродвигателя, 1/мм2 ;
Q - входной расход рабочей жидкости, м3 .

Гидроцилиндр (без учета массы)

,

где Y - выходное перемещение штока гидроцилиндра, мм ;
KГЦ - коэффициент передачи, 1/мм2 ;
Q - расход рабочей жидкости, м3 .

Асинхронный двигатель

,

где ТД - постоянная времени электродвигателя, с ;
J - выходной ток в цепи питания, А ;
КМ - коэффициент пропорциональности между моментом нагрузки и током в цепи питания, А/Нм ;
М - входной момент нагрузки на валу, Н•м .

Преобразователь линейного перемещения

,

где UВЫХ - выходное напряжение преобразователя, В ;
Кn - коэффициент передачи, В/мм ;
SВХ - входное перемещение, мм .

Преобразователь тока

,

где UВЫХ - выходное напряжение преобразователя, В ;
Кn - коэффициент передачи, В/А ;
JВХ - входной ток, А .

Преобразователь силы

,

где UВЫХ - выходное напряжение преобразователя, В ;
Кn - коэффициент передачи, В/Н ;
РВХ - входной силовой параметр, Н .

Преобразователь углового перемещения

,

где UВЫХ - выходное напряжение преобразователя, В ;
Кn - коэффициент передачи, В/рад ;
ВХ - входной угол поворота, рад .

Тахогенератор

,

где UВЫХ - выходное напряжение тахогенератора, В ;
КТГ - коэффициент передачи, В•с ;
d/dt - угловая скорость входного вала, рад/с .


Рекомендуемая литература

1. Теория автоматического управления. Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов. Под ред. Ю.М.Соломенцева. – М.: Высшая школа, 1999.
2. В.В. Семенов, А.В. Пантелеев, А.С. Бортовский. Математическая теория управления в примерах и задачах. – М.: МАИ, 1997.













Составители: Тюков Николай Иванович
Дурко Евгений Маркович
Фецак Сергей Игоревич
Кульга Константин Станиславович









МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе
по дисциплине «Теория управления» специальности 071800 «Мехатроника»
для дневной, вечерней и заочной форм обучения







Редактор З.Г. Кашаева


Подписано к печати Формат 60х84 1/16. Бумага оберточная. Печать плоская. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. . Усл. кр. - отт. . Уч. - изд. л. .
Тираж 100 экз. Заказ №.

Уфимский государственный авиационный технический университет.
Уфимская типография № 2 Министерства печати и массовой информации Республики Башкортостан. 450000. Уфа, центр, ул. К. Маркса, 12