На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Курсовик Принцип действия системы автоматического регулирования (САР) напряжения сварочной дуги. Линеаризация системы дифференциальных уравнений. Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги. Взвешенный сигнальный граф линейной математической модели САР.

Информация:

Тип работы: Курсовик. Предмет: Схемотехника. Добавлен: 14.10.2009. Сдан: 2009. Уникальность по antiplagiat.ru: --.

Описание (план):


Министерство образования Российской Федерации
Тульский государственный университет
КАФЕДРА АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Система автоматического регулирования напряжения сварочной дуги.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу
«Моделирование систем управления»
Выполнил студент группы 220121
_________ Батищев Д.В.
(подпись)
Проверил
_________ Ермаков А.С.
(подпись)
Тула 2004
Аннотация

В данной курсовой работе рассмотрен принцип действия системы автоматического управления напряжения сварочной дуги, построена математическая модель данной системы. Приведены сигнальные графы системы, структурная схема, определены передаточные функции системы.
Эта работа предназначена для закрепления материала по курсу «Моделирование систем управления».
Пояснительная записка содержит 39 листов и 21 рисунок.
Содержание
Введение
1. Принцип действия системы автоматического регулирования напряжения сварочной дуги
2. Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги.
3. Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги.
4. Система дифференциальных уравнений.
5. Линеаризация системы дифференциальных уравнений.
6. Взвешенный сигнальный граф и структурная схема линейной математической модели САР.
7. Определение передаточных функций САР напряжения сварочной дуги.
Заключение.
Список использованной литературы.

Введение

Современные технические устройства чрезвычайно многообразны. Они предназначены для решения всевозможных задач различными методами, причем при конструировании каждого устройства предусматривается возможность воздействия на его работу для получения оптимальных результатов.

Воздействия необходимы прежде всего для сокращения затрат времени, материалов, энергии и т.п. Обычно каждое техническое устройство создается не для решения одной строго определенной задачи, а рассчитано на ряд иногда значительно различающихся между собой задач. Наконец, на каждое техническое устройство влияют различные внешние факторы. Поэтому, если при любом вероятном сочетании внешних условий мы хотим получить любой из возможных результатов работы устройства, в его поведения нужно что-то изменять или в некоторые моменты времени, или даже непрерывно, т.е. осуществлять управление и вне операции, позволяющие нужным образом изменять поведение технических устройств, достигается операциями управления.

Увеличение мощности и быстродействия машин и механизмов, повышение требований к точности различных процессов и появление новых, более сложных процессов приводит к тому, что человек становится не в состоянии управлять или с необходимой быстротой и точностью. Таким образом, в ходе технического процесса возникла потребность исключить человека из операции управления для более совершенного их выполнения.

Устройство, выполняющее операции управления без непосредственного и непрерывного участия человека, называется автоматическим управляющим устройством. В некоторых автоматических устройствах требуется поддерживать постоянным значение какой-либо величины. Эта величина называется регулируемой величиной.

Операция поддержания равенства регулируемой величины ее установленному значению называется регулированием. Поэтому автоматические системы, осуществляющие эту операцию без непосредственного участия человека, называются системами автоматического регулирования.

Ниже рассматриваются система автоматического регулирования сварочной дуги, регулируемой величиной в которой является напряжение сварочной дуги.

1. Принцип действия системы автоматического регулирования сварочной дуги
Исследуемая САР принципиальная схема которой изображена на рисунке 1 предназначена для обеспечения непрерывной автоматизированной сварки подаваемых на конвейере деталей. САР регулирует величину напряжения сварочной дуги. Сигналом задания является напряжение, подаваемое с делителя напряжения на одну из обмоток возбуждения генератора. Основными возмущающимися воздействиями в данной САР являются:
напряжение сварочного трансформатора Uc;
напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения генератора Uв;
напряжение подаваемое на обмотку возбуждения двигателя Uвд;
скорость вращения привода генератора.;
Рисунок 1 - Принципиальная схема САР напряжения сварочной дуги
Сигналом рассогласования в данной САР является разность магнитных потоков, создаваемых обмотками задающего устройства и устройства обеспечивающего обратную связь в системе: Ф2+Ф1.
САР состоит из делителя напряжения с подключенной к нему одной из 3-х обмоток возбуждения генератора, исполнительного двигателя, редуктора, роликового привода электрода, сварочного трансформатора, ко вторичной обмотке которого последовательно подключены дроссель и электроды сварочного устройства, а также в состав САР входит диодный мост, на вход которого подключены электроды, а на выход одна из обмоток возбуждения сварочного генератора.
Делитель напряжения выполняет функцию задающего устройства, с него подается задающий сигнал.
Сварочный генератор является одновременно сравнивающим и усилительным устройством. Он имеет 3-и обмотки возбуждения. Две из них служат для образования сигнала рассогласования (Ф2+Ф1), а третья необходима для создания на выходных клеммах Еэ даже при нулевом сигнале рассогласования, т.к. в системе должна обеспечиваться непрерывная подача одного электрода сварочного устройства. Таким образом, на величину Еэ влияет суммарный магнитный поток
Ф*=Ф2+Ф1
Якорь сварочного генератора приводится в действие внешним приводом, угловая скорость вращения которого -.
Двигатель выполняет роль исполнительного устройства. Его обмотка возбуждения питается напряжением Uвд, а напряжение на обмотку управления подаётся с сварочного генератора. Это величина Еэ.
Роликовый механизм привода электрода, соединённый с двигателем через редуктор, также является исполнительным устройством и служит для непрерывной подачи электрода.
Объектом управления в данной САР является сварочный аппарат, состоящий из сварочного трансформатора с подключенными к нему сварочными электродами. Один электрод непрерывно подаётся к месту сварки описанным выше приводом, так как в процессе сварки происходит перенос вещества с конца этого электрода на свариваемые детали. Вторым электродом служат сами детали, подаваемые на конвеере. Сварочный трансформатор служит для создания напряжения на электродах. В его цепь включен также дроссель, служащий для сглаживания амплитуды колебаний тока в цепи сварки.
Диодный мост, на вход которого подается напряжение сварочной дуги Uд, является выпрямительным устройством. С его выхода подается напряжение на потенциометр который является корректирующим устройством. С его выхода питается индуктивная обмотка возбуждения генератора служащая для создания сигнала рассогласования. Эта катушка создает магнитный поток Ф2.
Функциональная схема исследуемой САР с указанием её отдельных элементов, их технической сущности и роли, выполняемой этими элементами, изображена на рис.2.
Данная САР находится в состоянии равновесия, если сигнал рассогласования равен нулю. При этом на работу генератора оказывает влияние только магнитный поток Фв. Таким образом осуществляется подача электрода с постоянной скоростью Vn, равной скорости его сгорания V3. Расстояние между электродами остаётся постоянным. Сопротивление сварочной дуги Rq тоже постоянно. Напряжение дуги Uq не изменяется.
Если произошло скачкообразное увеличение сигнала задания U3, то увеличивается магнитный поток Ф1. При этом суммарный поток, равный Ф*=Ф2+Ф1 уменьшается. Скорость подачи электрода Vn, уменьшается, но скорость его сгорания V3 сгорания V3 в этот момент остаётся прежней, поэтому расстояние между электродами увеличивается. Растет сопротивление сварочной дуги Rq, напряжение Uq увеличивается. При этом увеличивается сигнал обратной связи UR. Магнитный поток Ф2 достигает величины Ф1. Сигнал рассогласования становится равным нулю. Скорость подачи электрода увеличивается до величены V3. Расстояние между электродами становится неизменным, но уже на другом уровне. Величина Uq увеличилась.
Пусть теперь произошло увеличение напряжения питания сварочного трансформатора Uс. ЭДС во вторичной обмотке трансформатора Ет увеличивается. Возрастает ток Iq сварочной цепи. Напряжение сварочной дуги Uq увеличивается. Возрастает сигнал обратной связи UR. Рассуждая как и ранее, заметим, что скорость подачи электрода Vn увеличится. Сопротивление Rq уменьшится и напряжение Uq упадет до прежнего уровня.
2. Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги

На основе вышеизложенного можно построить функциональную схему САР напряжение сварочной дуги (Рисунок 2.)
Используемые в схеме обозначения:
ЗУ - задающее устройство
СУ - сравнивающее устройство

УУ - усиливающее устройство

ИУ - исполнительное устройство

ОУ - объект управления

ИзУ - измерительное устройство.

Рисунок 2 - Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги

3. Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги
Рисунок 3 - Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги
Для исследования САР необходимо уметь предсказать изменение во времени любой величины, действующей в системе, при заданной форме изменения той или иной входной величины - управляющего или возмущающего воздействия. Возможность такого предсказания дает математическая модель САР.
Вид математической модели САР (системы ее дифференциальных уравнений) зависит прежде всего от того, совместное изменение во времени каких переменных отражает данная модель и какова качественная структура взаимосвязи переменных. Структура взаимосвязи переменных в системе отражает сигнальный граф САР.
Сигнальный граф является направленным графом и как таковой представляет собой совокупность некоторого множества элементов (множество вершин) и некоторого множества упорядоченных пар этих элементов (множества направленных ребер). В сигнальном графе роль множества вершин играет множество сигналов в системе, совместное изменение которых во времени описывается данной математической моделью.
Ребра сигнального графа, входящие в некоторую вершину, указывают совокупность значений или законов измерения во времен каких сигналов полностью определяет значение или закон изменения во времени данного сигнала, соответствующего данной вершине.
Сигнальный граф полностью определяет структуру системы дифференциальных уравнений, входящих в математическую модель системы. Множество вершин сигнального графа задает множество переменных, совместное изменение которых описывается данной моделью. Из них вершины, имеющие хотя бы по одному входящему ребру, соответствуют переменным, функции измерения которых во времени являются решениями системы дифференциальных уравнений (выходам модели). Такие вершины называются внутренними вершинами сигнального графа. Число внутренних вершин равно общему числу уравнений в системе.
Вершины, имеющие только исходящие ребра и не имеющие входящих ребер, соответствуют переменным, через которые передается влияние внешней среды на поведение САУ, т.е. задающему и возмущающим воздействиям (входам модели). Такие вершины сигнального графа называются внешними.
Математическая модель САУ призвана прежде всего устанавливать зависимость изменения во времени управляемой величины (Qn - в случае САР температуры печи) от изменения во времени внешних воздействий. Число внешних вершин сигнального графа модели равно числу внешних воздействий, поэтому их число является заданным.
Внешние вершины сигнального графа представляют собой следующие сигналы:
Uз [B] - сигнал задания;
Uс [B] - напряжение сети трансформатора (питание дуги);
- угловая скорость вращения генератора;
Uв [B] - напряжение приложенное к обмотке возбуждения двигателя;
Х [м] - параметр, характеризующий положение ручки потенциометра Rp1.
В минимальном варианте сигнальный граф математической модели САР содержит только одну внутреннюю вершину, соответствующую управляемой переменной (напряжению дуги). Однако, обычно разработка математической модели САУ начинается с построения наиболее подробного сигнального графа, множество внутренних вершин которого включает в себя как можно больше промежуточных переменных. Затем производится исключение мнимых внутренних вершин с помощью специальных правил преобразования сигнальных графов.
Внутренние вершины сигнального графа представляют собой следующие сигналы:
U1- напряжение возникающее при перемещении ручки потенциометра Rр1.
I1- ток возникающий в обмотке возбуждения генератора (1), зависящий от значения величины напряжения U1.
Ф1- магнитный поток возникающий в обмотке возбуждения генератора (1), пропорционально току I1.
Ф*- суммарный магнитный поток, зависящий от значений магнитных потоков Ф1 и Ф2.
UR- напряжение вырабатываемое генератором.
Iдв- ток протикающий через обмотку якоря двигателя, пропорционально напряжению вырабатываемого на генераторе.
М - вращяющий момент двигателя, созданный взаимодействием Iдв и Фв.
Мс - момент сопротивления нагрузки на валу двигателя.
Ев- противо -ЭДС якоря возникающая в результате пересечения витков обмотки якоря при его вращении с магнитным потоком обусловленным обмоткой возбуждения двигателя.
Фв- магнитный поток создаваемый Iв, проходящим через обмотку возбуждения двигателя.
Iв- ток в обмотке возбуждения двигателя, вызываемый Uв
дв- угловая скорость ротора двигателя, зависящая от М дв.
Vn - скорость подачи электрода, зависящая от угловой скорости якоря двигателя и передаточного отношения редуктора.
L - зазор между подложкой и электродом.
Vс - скорость сгорания подложки.
Iд. - ток сварочной дуги.

Rд. - сопрротивление сварочной дуги.

I2 - ток, возникающий в обмотке возбуждения генератора (2), зависящий от величины напряжения Uдм.

Ф2 - магнитный поток, возникающий в обмотке возбуждения генератора (2), пропорциональный току I.

Uдм. - постоянное напряжение дуги на выходе выпрямительного моста.

Пояснение связей вершин в сигнальном графе (Рисунок 3) со ссылкой на соответствующие законы физики, электротехники и так далее будет дано в следующем пункте при непосредственных уравнений для данной САР.

4. Система дифференциальных уравнений
Структура системы дифференциальных уравнений САР полностью определяется ее сигнальным графом. Под структурой системы дифференциальных уравнений будем понимать, во-первых, множество функций времени, задаваемых извне, во-вторых, множество искомых функций времени, относительно которых составляется система дифференциальных уравнений и, в-третьих, список дифференциальных уравнений с указанием для каждого уравнения, какие функции времени являются для него заданными, а какая функция - искомой.
Множество сигналов, задаваемых извне, полностью определяется множеством внешних вершин сигнального графа, а множество искомых сигналов - множеством внутренних вершин. Каждой внутренней вершине соответствует одно уравнение, причем сигнал, соответствующий этой вершине является для данного уравнения искомым. Ребра, входящие в данную вершину, указывают, какие сигналы являются заданными для данного уравнения. Таким образом, общее число уравнений равно общему числу внутренних вершин сигнального графа.
Уравнение, соответствующее некоторой вершине сигнального графа, должно определять значение или закон изменения физической величины, символически обозначаемой этой вершиной, если заданы значения или законы изменения во времени физических величин, соответствующих вершинам, из которых исходят ребра, ведущие в данную вершину. При составлении каждого уравнения необходимо отдавать себе отчет, насколько это уравнение идеализирует реальную связь данных переменных. Если мгновенное значение переменных, соответствующих исходным вершинам, полностью определяет мгновенное значение данной переменной, то уравнение имеет вид обычной функции, например,
Если же описываемая связь не является мгновенной, то уравнение будет дифференциальным, т. е. связывающим не только мгновенные значения сигналов, но и мгновенные значения их производных в каждый момент времени t:
Составить уравнение данной связи - это значит полностью определить вид функции f(…) либо f1(…) и f2(…), если уравнение дифференциальное. В исходной системе уравнений эти функции могут быть заданы любым способом: выражены в виде формул через элементарные функции или заданы в виде графиков. При этом преимущество следует отдавать аналитическому представлению функций, входящих в уравнения.
Таким образом, для САР напряжения сварочной дуги, сигнальный граф которой приведен на Рисунке 3, система дифференциальных уравнений имеет вид (для простоты записи аргумент t переменных величин будем опускать):
1) Напряжение U1 пропорционально произведению задающего напряжения Uз и перемещения ручки потенциометра:
где К1 - коэффициент пропорциональности.
2) Ток I1 в обмотке возбуждения генератора определяется величиной напряжения U1. В силу того, что обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, эта связь имеет инерционный характер и описывается дифференциальным уравнением
где К2 - индуктивность обмотки возбуждения;
К3 - ее активное сопротивление.
,
3) Поток возбуждения генератора Ф1 зависит только от мгновенного значения тока возбуждения I1. Эта связь трудно выражается аналитически. Представим ее кривой намагничивания стали в статоре генератора:
4) Суммарный магнитный поток Ф, зависит от значений магнитных потоков Ф1 и Ф2 :
Ф= Ф1 + Ф2
5) Напряжение Uя, возникающее на щетках якоря генератора, зависит как от магнитного потока возбуждения генератора Ф, так и от скорости принудительного вращения якоря г. Согласно известным законам физики напряжение Uя пропорционально каждой из переменных Ф и г., т.е. пропорционально их произведению:
где К4 - электрическая постоянная якоря генератора.
6) Ток Iдв, протекающий по обмотке якоря двигателя, определяется разностью напряжения на щетках якоря Uя и противо-ЭДС Е, вырабатываемой вращающимся якорем.
Эта связь является инерционной в силу того, что якорь имеет значительную индуктивность, и описывается дифференциальным уравнением
где К5 - индуктивность обмотки якоря, К6 - ее активное сопротивление.
,
7) Вращающийся момент на валу двигателя Мдв определяется мгновенными значениями тока Iдв, протекающего по виткам якорной обмотки, и магнитного потока, возбуждения Фв, пересекающего витки якоря. Величина момента Мдв пропорциональна каждой из переменных Iдв и Фв:
где К7 - моментная постоянная якоря двигателя.
8) Угловое ускорение вала двигателя есть производная от угловой скорости его вращения дв. В свою очередь, угловое ускорение вала согласно закону Ньютона пропорционально действующему на него суммарному вращающему моменту, который равен разности вращающего момента Мдв и момента сопротивления нагрузки Мс, приведенного к валу двигателя:
где К8 - суммарный момент инерции якоря, редуктора и нагрузки, приведенный к валу двигателя.
9) Якорь двигателя, вращающийся со скоростью дв в магнитном потоке возбуждения Фв, фактически представляет собой генератор, вырабатывающий противо-ЭДС Е. Поэтому вид уравнения, связывающего Е с дв и Фв, такой же как и в п.5:
где К9 - электрическая постоянная.
10) Связь потока возбуждения двигателя Фв с током возбуждения Iв выразим аналогично п. 3 в виде кривой намагничивания стали в статоре двигателя:
11) Уравнение связи тока возбуждения двигателя Iв с напряжением возбуждения Uв аналогично уравнению в п.2 для тока возбуждения генератора:
где К10 и К11 - соответственно индуктивность и активное сопротивление обмотки возбуждения двигателя.
,
12) Скорость подачи электрода Vп пропорциональна скорости двигателя дв
где К12- коэффициент передачи редуктора.
13) Зависимость сопротивления сварочной дуги Rд и тока сварочной дуги Iд от напряжения трансформатора Uт

где К13, К14- коэффициенты пропорциональности
14) Скорость сжигания подложки Vс пропорциональна току сварочной дуги Iд

где К15- коэффициент пропорциональности
15) Величина зазора между электродом и подложкой L пропорциональна суммарной скорости, которая равна сумме скорости подачи электрода Vп и скорости сгорания подложки Vс
где К16- коэффициент пропорциональности
16) Сопротивление сварочной дуги Rд пропорционально зазору между электродом и подложкой L
где К17- коэффициент пропорциональности
17) Напряжение сварочной дуги Uд зависит от тока сварочной дуги Iд, а также от сопротивления сварочной дуги Rд . Напряжение сварочной дуги Uд пропорционально каждой из переменных Iд и Rд ,т.е. пропорционально их произведению:
где К18- коэффициент пропорциональности
18) Напряжение снимаемое с диагонали диодного моста пропорционально Uд.м напряжению сварочной дуги Uд

где К19- коэффициент пропорциональности
19) Уравнение связи тока возбуждения генератора I2 с напряжением возбуждения Uд.м аналогично уравнению в п.2 для тока возбуждения генератора:
где К10 и К11 - соответственно индуктивность и т.д.................


Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.