Система автоматического регулирования (2)

Курсовая работа
Содержание скрыть

Для заданной пары инструментальный и обрабатываемый материал выбираем значения коэффициентов и показателей степени: C p =8.25; x=1.0; y=0.75; n=1.1; q=1.3; w=0.2. Податливость системы СПИД фрезерного станка 6Р12 (ширина стола 320 мм) W=40 мкм/кН.

Необходимо провести синтез САР, позволяющий стабилизировать погрешность обработки с точностью при изменении t п в заданных пределах от tп =0,8 до tп =1.2.

Данные:

B=100ммD=150ммz=12V=100м/мин

S=0.06мм/зубИнструментальный материал — Т15К6

Обрабатываемый материал — углеродистая стальP=2.5кВт

U=110ВТип станка — 2ПН180LYXЛ4T1=0.118c

Т2=0,06сТду=0сТпу=0сТи=0с

Двигатель 2ПН180LYХЛ4, мощность 4.2 кВт, напряжение 110 В, n ном=750 об/мин, КПД=82% Rя=1.69 Ом, Rдп=0.981 Ом, Rв=131/34.7 Ом, Lя=64 мГн, Jном=0.23 кг*м^2.

1. Анализ исходных данных

Схема взаимодействия электропривода подачи стола фрезерного станка приведена на рис. 1:

САР должна регулировать выходную координату с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР. Блок задания (БЗ), состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора RЗ задает напряжение U з , величина которого определяет величину задания выходной координаты САР. Из напряжения задания, при помощи сумматора (С) вычитается напряжение обратной связи. Вычитание происходит по алгоритму . Напряжение обратной связи подается с помощью измерительной системы выходной координаты процесса резания (ДУ), которая с точки зрения динамики представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени ТДУ .

Напряжение, получившееся в результате суммирования, подается на корректирующее устройство (КУ).

Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Корректирующее устройство падает напряжение на усилитель (УС).

Усилитель является безынерционным звеном. Усиленное напряжение поступает на вход преобразователя электрической энергии (ПЭ).

Он преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является линейным звеном. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т 1 и Т2 . Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возмущение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

3 стр., 1398 слов

Электрооборудование и электрические схемы токарно-винторезного станка 1К

... станке 1К62 Схема соединений и подключения токарно-винторезного станка 1K62 Электрооборудование и электрическая схема токарно-винторезного станка модели 1М63 Токарно-винторезный станок 1М63 является скоростным универсальным станком, предназначенный для выполнения различных токарных и винторезных ... и распределения электрической энергии напряжением 380/220 В ... по техническим заданиям или эскизам ...

Вращение с вала двигателя передается на передаточное устройство (ПУ).

Передаточное устройство — это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики он является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Т ПУ . Процесс резания (ПР) имеет входную координату X, выходную координату Y и на него действует возмущение f.

Учитывая все сказанное выше мы можем составить функциональную схему.

2. Анализ процесса резания

Произведем анализ процесса резания как объекта управления. Анализ будем производить в несколько этапов:

1. Определение состава выходных координат ОУ.

2. Выбор выходной координаты, количественно определяющей качество хода ПР.

3. Выполнение математического описания.

(3)

4. Определение ограничений, в условии которых должен производится ПР.

5. Определение состава управляющих координат.

6. Выбор управляющей координаты, оказывающей самое эффективное воздействие на выходную координату при соответствующих ограничениях. По условию задания, диаметр и число зубьев фрезы, ширина фрезерования являются постоянными величинами, поэтому мы можем отнести их к входным параметрам. Показатель степени при nш мал, он составляет всего 0,2. Поэтому изменение частоты вращения шпинделя не будет оказывать существенного влияния на силу резания. Ее мы тоже можем отнести к входным параметрам. В качестве управляющей координаты выберем Sz .

7. Определение состава возмущений.

А формула (2) перепишется следующим образом:

где

(4)

8. Определение диапазона изменения возмущений.

9. Определение диапазона изменения выходной координаты при совместном действии возмущений.

до

Дмин= 40*0.386=15,44 мкм ,

Дмакс= 40*0.580=23,2 мкм

Дном= 40*3,984*1.0*0.06^0.75=19,319 мкм

10. Определение возможного диапазона изменения управляющего воздействия.

11. Определение заданной точности регулирования выходной координаты. Заданная точность

Так как реальное отклонение выходной координаты больше допустимого, то нам придется регулировать выходную координату, т. е. нам придется проектировать систему автоматического регулирования.

5 стр., 2417 слов

По тмм двигатель внутреннего сгорания

... курсовая работа, добавлен 13.10.2013 Проектирование и исследование кривошипно-ползунного механизма ДВС: нахождение скоростей, силовой расчет, определение параметров маховика. Кинематическое исследование планетарного механизма. Расчет геометрических параметров эвольвентного зацепления. курсовая работа, добавлен 17.09.2011 Краткое описание работы кривошипно-ползунного двигателя ...

Произведем разработку структурной схемы неизменяемой части САР, в которую входят все элементы кроме корректирующего устройства.

Преобразователь энергии , с точки зрения динамики процесса является апериодическим звеном второго порядка. Его передаточная функция:

Значение постоянных времени T 1 и T2 дано в исходных данных, а значение коэффициента передачи найдем из условия номинального значения напряжения якоря двигателя.

Согласно системе уравнений (3 ) двигатель можно представить в виде следующей схемы:

Все характеристики двигателя рассчитаем следующим образом:

1/Rя=0.592 Тэ=Lя/Rя=0.03787

Сe=(Uн-Iян*Rя)/щн

Сm=J*щн/Iя, где щн=78.5 рад/с, Uн=110 В, J=0.23*3=0,69, Iян=Pн/(Ю*Uя)= 27,7

Се*Ц=1,955 См*Ф=0,805

Тогда передаточная функция двигателя будет иметь вид:

Передаточное устройство является линейным звеном. Зная номинальные значения частоты вращения вала двигателя и подачи на зуб фрезерного станка, запишем передаточную функцию:

Процесс резания как объект управления с учетом возмущений опишем используя формулу (4).

Но описанный процесс резания будет нелинейным звеном, а в данной части ТАУ мы изучаем линейные звенья. Поэтому нам придется лианеризовать это звено. Для этого построим график изменения погрешности обработки от подачи и проведем касательную в рабочей точке этой зависимости.

Таким образом, процесс резания предстанет в следующем виде:

где К=?(?)/?(S), К=250. X 0 — отклонение касательной от начала координат. X0 =5. — возмущение, действующее на систему. K1 — коэффициент передачи системы при действии возмущения.

Датчик обратной связи, Wду(р)=Кду/(Тду*р+1), тогда Wду(р)=5 В/19,319=0.2588

Учитывая все сказанное выше составляется структурная схема.

Усилитель УС . Для обеспечения требуемых свойств САР его ткоэффициент принимаем Кус=999, т.к. Дз=Др/(1+Крс), где Дз=0.001*Др, тогда

Крс= 999=Кус*Кпэ*Кд*Кпу*Кпр*Кду=0,41*Кус, откуда Кус=2461.

4. Анализ устойчивости некорректированной САР

Для того, чтобы установить устойчива система или нет, воспользуемся логарифмическим критерием устойчивости. Для этого построим логарифмическую амплитудно-частотную характеристику и логарифмическую фазо-частотную характеристику разомкнутой системы. Передаточная функция разомкнутой системы будет выглядеть следующим образом:

Используя эту передаточную функцию строим ЛЧХ и ЛФХ:

По графику переходного процесса видим, что некорректированная САР является неустойчивой, т.к. ЛАХ пересекает ось абсцисс позже, чем кривая ЛФХ пересекает -180 . Из графиков видно, что система не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Необходимо применение корректирующего устройства.

5. Выбор корректирующего устройства

Из графиков ЛФХ и ЛЧХ, представленных в предыдущем пункте видно, что кривые необходимо «приподнять». Значит нам необходимо корректирующее устройство с запаздыванием по фазе. Нам подходит последовательно введенное корректирующее устройство, передаточная функция которого:

Коэффициенты подобраны таким образом, чтобы система имела максимальное быстродействие и не была колебательной. ЛФХ и ЛЧХ будут выглядеть следующим образом:

9 стр., 4439 слов

Технологический процесс восстановления распределительного вала ...

... Центровые отверстия План операций на восстановление распределительного вала ЯМЗ 238 № Наименование и содержание операции Оборудование Приспособления Инструменты ... число рабочих на посту, принимаем 1чел План технологического процесса на восстановление распределительного вала ЯМЗ-238 Дефекты Способ ... 1700 = 1 где: Туч - Годовая трудоёмкость работ по участку. Фдр - Действительный годовой фонд времени ...

Из графиков видно, что система имеет хорошие запасы устойчивости по модулю порядка 7 дб, по фазе порядка 36°. Быстродействие позволит системе быстро реагировать на возмущения, а параметры устойчивости не позволят вывести САР из равновесия.

Примером интегродифференцирующего контура может служить схема:

управление автоматический некорректированный качество

Произведем реализацию корректирующего устройства.

и Примем 0мкФ, а 0мкФ

кОм

кОм

6. Анализ качества САР

Для того, чтобы проанализировать качество проектируемой САР построим переходные процессы.

Переходной процесс выходной координаты при изменении управляющего воздействия для разомкнутой САР:

t,с

Переходной процесс выходной координаты при изменении возмущения для разомкнутой САР:

t,с

Переходной процесс выходной координаты при изменении управляющего воздействия для замкнутой разработанной САР:

t,с

Переходной процесс выходной координаты при изменении возмущения для замкнутой разработанной САР(на 10 секунде):

t,с

t, с

Из графика переходного процесса видно, что система устойчива.

По построенным переходным процессам мы можем судить о качестве разработанной САР. Разработанная САР удовлетворяет заданным показателям качества. Система имеет хорошее быстродействие( время переходного процесса 2 секунды), что позволяет ей быстро реагировать на действие возмущений, величина перерегулирования 13%.

Заключение

В настоящее время в промышленности и сельском хозяйстве применяют десятки тысяч различных типов систем автоматического регулирования (САР), которые обеспечивают высокую эффективность производственных процессов.

Была спроектирована система автоматического регулирования погрешности обработки при фрезеровании. Система удовлетворяет всем требуемым параметрам. Выбранный и использованный в проектировании метод с использованием ЛЧХ очень удобен благодаря своей простоте, наглядности и точности, что позволило сравнительно легко провести анализ и синтез САР. Мы получили систему, отвечающую всем поставленным требованиям, следовательно поставленная задача выполнена.