Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
Курсовик Функциональная и структурная схемы системы. Выбор и расчет исполнительного устройства. Выбор двигателя и расчет параметров передаточной функции двигателя. Расчет регулятора и корректирующего звена. Реализация корректирующего вала электродвигателя.
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 09.03.2009.
Год: 2009.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
38
Министерство образования и науки Украины
Севастопольский Национальный Технический Университет
Кафедра Технической кибернетики
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по курсу «Проектирование систем автоматического управления»
«Проектирование системы автоматического регулирования угла поворота вала электродвигателя»
Выполнила: ст. гр. А - 61з
Брусинов С. Э.
Проверил:
Дубовик С.А.
Оценка ___
Дата «___»___
Подпись ___
Севастополь
2009 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
1 Настоящее техническое задание распространяется на разработку и испытание подсистемы автоматического регулирования угла поворота вала электродвигателя.
2 Основанием для разработки является рабочий план курса «Проектирование систем автоматического управления».
3 Технические требования
3.1 Состав системы и требования к конструктивному устройству
3.1.1 Основные части и их назначение:
Датчики (2 шт.) - преобразование угла поворота в электрическое напряжение;
Усилитель напряжения (1 шт.) - формирование ошибки регулирования;
Усилитель мощности (1 шт.) - усиление мощности сигнала, поступающего на двигатель;
Электродвигатель (1 шт.) - исполнительное устройство.
3.1.2 Габариты не должны превосходить размеров 300х200х400 (мм).
3.1.3 Масса не должна превосходить 20 (кг).
3.2 Требуемые показатели качества и точности
Ошибка воспроизведения полиномиального сигнала |(t)| 0.06;
Ошибка воспроизведения гармонического сигнала |S| 0.06;
Ошибка от помехи |N| 0.5;
Минимальная частота помехи = 310 (рад/c);
Время регулирования tР 2 (с);
Перерегулирование системы 15%.
3.3 Номинальный режим работы
Момент инерции нагрузки = 0.5 (кгм2);
Максимальная скорость вращения (рад/с);
Максимальное значения ускорения движения нагрузки (рад/с2);
Максимальный статический момент сопротивления нагрузки (Нм); Требования к надежности
Средний срок безотказной работы 1000 часов.
Возможность устранения неполадок, заменой основных частей и их элементов.
Условия эксплуатации
3.5.1 допускаемые кратковременные воздействия климатических факторов
Рабочий диапазон температур 00 С < t < 400 C;
Максимальное атмосферное давление 900 (мм рт. ст.);
Относительная влажность - 80% при температуре окружающей среды 200 C;
Механические воздействия
Постоянная перегрузка не более 10g;
Переменные перегрузки не более 5g;
Частота вибрации 2 Гц.
Затраты на проектирование неограниченны. Источники финансирования не определены.
Порядок испытаний и ввода в действие
5.1 Провести проверку и контроль параметров
Осуществить контроль сопротивлений и электрической прочности изоляции токоведущих цепей и обмоток электродвигателя;
Осуществить контроль нагрева обмоток или других частей электродвигателя;
Осуществить оценку возникающих при работе машин шумов и вибраций, а также радиопомех.
Осуществить проверку точности отработки заданного угла поворота
Провести ряд испытаний с измерением угла поворота ;
Убедиться в соответствии угла поворота и заданного угла ЗАД.
Министерство образования и науки Украины
Севастопольский Национальный Технический Университет
Кафедра Технической кибернетики
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
по курсу «Проектирование систем автоматического управления»
«Проектирование системы автоматического регулирования угла поворота вала электродвигателя»
Выполнила: ст. гр. А - 61з
Брусинов С. Э.
Проверил:
Дубовик С.А.
Оценка ___
Дата «___»___
Подпись ___
Севастополь
2009 СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ СИСТЕМЫ
2 ВЫБОР И РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
2.1 Выбор двигателя
2.2 Расчет параметров передаточной функции двигателя
3 РАСЧЕТ РЕГУЛЯТОРА
4 РАСЧЕТ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО ЗВЕНА
4.1 Получение характеристик желаемой ЛАЧХ
4.2 Построение амплитудно-частотных характеристик
4.3 Нахождение передаточной функции регулятора
4.4 Проверка устойчивости и качеств переходного процесса
5 РЕАЛИЗАЦИЯ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список используемых источников ВВЕДЕНИЕ
Системы автоматического регулирования применяются во многих областях современной техники: в авиационной и космической промышленности, для работы в подводных и морских средах, в наземной технике.
Синтез системы автоматического регулирования состоит в выборе структуры и параметров систем регулирования объектами, которые в соответствии с заданными техническими условиями обеспечивают наиболее рациональные характеристики по запасам устойчивости, показателям качества и точности. Сложности решения данной проблемы заключается в том, что при проектировании систем необходимо учитывать множество дополнительных факторов: надёжность функционирования, массу и габаритные размеры, стоимость, возможность работы при вибрации, в агрессивных средах, при значительных перепадах температуры и влажности.
Проектирование представляет собой процесс создания технической документации, опытных образцов и моделей объекта.
Существуют особенности САУ как объектов проектирования. В отличие от других объектов машиностроения и приборостроения, являющимися обычно отдельными устройствами, САУ представляет собой систему из устройств, работающих в режиме управления заданным объектом: объект управления (регулирования), регулятор, или управляющая часть, поддерживает требуемый режим работы объекта управления либо изменяет этот режим в соответствии с заданным законом или программой управления.
При этом большой вес приобретают такие проектные процедуры, как анализ устойчивости, качества и точности САУ, синтез регулятора, построение математических моделей объектов регулирования. При проектировании САУ существенное значение приобретает физическая разнородность и возмущающих воздействий.
Цели и критерии проектирования имеют исключительно важное значение, так как они определяют и направляют весь процесс проектирования. Срок проектирования устанавливается с учетом наискорейшего достижения цели создания САУ на мировом уровне.
В ходе выполнения курсовой работы нужно спроектировать систему автоматического регулирования угла поворота вала электродвигателя (ЭД). Объектом управления такой системы является вращающийся вал, нагруженный моментом . Цель управления состоит в обеспечении угла поворота вала ЭД, близкого к заданной величине , которая может изменяться во времени. Для достижения этой цели необходимо спроектировать систему с обратной связью.
Оценки качества и точности проектируемой системы должны удовлетворять техническому заданию. 1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ СИСТЕМЫ
Первый этап проектирования состоит в выборе элементов этой системы и формировании функциональной схемы.
В курсовом проекте угол поворота вала ЭД должен измеряться с помощью датчика (Д) одного из следующих типов:
потенциометрические
индукционные (сельсины, вращающиеся трансформаторы, следящие трансформаторы магнесины);
емкостные;
фотоэлектрические.
Назначение этих датчиков состоит в преобразовании угла поворота вала в электрическое напряжение U. Усилитель напряжения (УН) суммирует этот сигнал с заданным и формирует ошибку регулирования . Она усиливается по мощности с помощью усилителя УМ и подается на исполнительный двигатель. Соответствующая функциональная схема приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Функциональная схема электродвигателя
Электродвигатель как четырехполюсник характеризуется двумя входными параметрами: - напряжение в цепи якоря и - ток якоря и двумя выходными: М - момент вращения, - угловая скорость вала. Эти характеристики связывают два уравнения четырехполюсника
(1.1)
где частные передаточные функции имеют вид
(1.2)
Уравнения (1.1), (1.2) следуют из дифференциальных уравнений двигателя
(1.3)
где - индуктивность и сопротивление якорной цепи,
- ток якоря,
J - момент инерции якоря и всех жестко соединенных с ним частей,
- электромагнитный вращающий момент двигателя,
M - момент сопротивления нагрузки, приведенной к валу двигателя.
Из приведенных уравнений следует структурная схема системы стабилизации, изображенная на рисунке 1.2, где обозначено
Д1, Д2 - датчики; Ку - коэффициент усиления;
- угол поворота вала. Wp(s) - передаточная функция регулятора; N - высокочастотные шумы,
(s) - передаточная функция двигателя по управлению от напряжения U до угловой скорости вращения якоря ,
(s)- передаточная функция двигателя по возмущению от момента сопротивления на валу двигателя до угловой скорости вращения якоря .
Рисунок 1.2 - Структурная схема системы стабилизации
(1.4)
Параметры этих передаточных функций могут быть определены по характеристикам пускового момента скорости холостого хода - :
(1.5)
Характеристики и приводятся в справочной литературе [1] или в технической документации.
Для обеспечения заданных максимальных значений скорости и ускорения движения нагрузки двигатель на валу должен развивать скорость и момент , определяемые выражениями [2], [3], [4]
(1.6)
, (1.7)
где и - моменты инерции двигателя и редуктора;
- момент инерции нагрузки;
-максимальный момент сопротивления нагрузки;
- передаточное число редуктора;
- коэффициент полезного действия редуктора. 2 ВЫБОР И РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
Выбор исполнительного устройства будем осуществлять на основе минимизации требуемого момента инерции на валу двигателя и оптимизации ускорения движения нагрузки по передаточному числу редуктора. 2.1 Выбор двигателя
Исходными данными для выбора двигателя являются:
момент инерции в нагрузке Jн=0.5 (кг•м2)
2) момент в нагрузке = 18 (Нм);
скорость вращения (максимальная) в нагрузке (рад/с);
4) ускорение в нагрузке (рад/с2);
Определяем максимальный момент Мн и мощность Рн в нагрузке. Мн=Jн+, [Нм] (2.1)
Мн =0.5 2,1+18=19,05 [Нм] Рн=Мн, [Вт] (2.2) Рн=19,05 2,1=40,005 [Вт]
Требуемая мощность двигателя определяется по формуле: Ртр=2 Рн/, [Вт] (2.3)
По полученной мощности Рн определяем К.П.Д. из условия:
Так как Рн<100 Вт, то ?=0.85 и требуемая мощность: Ртр= 240/0.85=94 [Вт]
Выбор двигателя производится по номинальной мощности двигателя, которая должна быть больше Ртр.
Исходя из этого условия, выбираем двигатель 4ПБ80А1.
Данный двигатель принадлежит к классу двигателей постоянного тока.
Двигатель класса 4ПБ представляет собой двигатель с естественным охлаждением.
Применимые условия эксплуатации - нормальные, соответствующие значениям климатических факторов: высота над уровнем моря до 1000м, температура окружающей среды от 1 до 40 С, относительная влажность 80 % при t=20С.
Показатели надежности:
средний срок службы при наработке 3000 часов не менее 12 лет. Вероятность безотказной работы за период 1000 часов >0.8 при доверительной вероятности 0.7, наработке щеток 0.8, коэффициенте готовности 0.9.
Габариты двигателя:
длина - 385 мм, ширина - 125 мм, высота - 214 мм, масса - 16 кг.
Данный двигатель имеет технические данные:
номинальная мощность, при исполнении Рном = 370 [Вт]
максимальная частота вращения fmax = 4000 [об/мин]
номинальная частота вращения fном = 3000 [об/мин]
4) напряжение Uном = 220 [В]
5) номинальный вращающий момент Мном = 1.2 [Н•м]
момент инерции Jдв = 1.710-2 [кг•м2] Определим ном : ном=2••fном/60 [рад/c] (2.4) ном= 23.143000/60=314.159 [рад/c]
Определим хх : хх=2••fmax/60 [рад/c] (2.5) хх= 23.14 4000/60=418.879 [рад/c]
Момент инерции вычисляется по формуле: Jд=Jдв+Jp, [кгм2] (2.6)
где Jр - момент инерции редуктора: Jр=0.1•Jдв, [кгм2] Jд= 0.1•0.017+0.017=0.01 7 [кг•м2]
Вычислим оптимальное число редуктора: ip=(2.7) ip==23,88.
Определим максимальный момент двигателя по первой форме уравнения баланса - с использованием приведенного момента инерции: Мдв•ан•ip + Мнс/ip•, [Н•м] (2.8)
где - момент инерции, приведенный к валу двигателя Jд+, [кг•м2]
0.019 [кг•м2] Мдв=0.019•2,1•23,88+18/(2 ,88•0.85)= 1.8 [Н•м]
Рассчитаем перегрузочную способность по моменту: ??м=Mдв/Мном (2.9)
??м=1.8/1.2= .5
Данное значение ??м удовлетворяет условию? ??м 3.
Определим перегрузочную способность по скорости: ? ?щ=щd/щном, (2.10)
где щd=?н•ip.
Тогда щd=5•23,88=119
??щ=119/314.159=0.38
Данное значение ??щ удовлетворяет условию? ??щ 1.3?
Так как ??м (2.9)?и??щ (2.10) удовлетворяют указанным ограничениям, то двигатель выбран правильно. 2.2 Расчет параметров и т.д.................
