Для синтеза заданной САР требуется только подключить непосредственно двигатель, тахогенератор и концевые выключатели. Произведем выбор редуктора. На основании данных расчета выбираем редуктор Maxon Planetary Gearhead GP 32С 166 938 с передаточным числом 1:
33.Произведем выбор тахогенератора. Выберем тахогенератор TG-5/10.Тахогенератор постоянного тока TG-5/10 используется для аналогового измерения скорости вращения. Технические параметры тахогенератора TG -5/10:возбуждениепостоянными магнитами типа alnico;направление вращения — реверсивное;
постоянное напряжение на 1000,0 об/мин — 6В — исполнение А, 10В- исполнение В;пульсация в расчете на 1000 оборотов не превышает 1,2%;линейность в расчете на 5 000 оборотов не превышает 0,4%;ошибка в процессе реверсирования может равняться 0,2%;коэффициент температуры 0,02% К;сопротивление якоря составляет 120 Ом;максимальное значение тока 50 мА;максимальная скорость вращения 6000 об/мин;момент инерции — 1·10−9 кГ2. Произведем выбор концевых выключателей. Применим выключатели Д-301.Микропереключатели Д301 предназначены для коммутации электрических цепей постоянного и переменного токов в системах управления и сигнализации. Технические условия: 7ШО.
360.
006 ТУ. Основные технические и эксплуатационные характеристики Д301:
• Параметры цепи постоянного тока:
напряжение — 15 …80 В;
— коммутируемый ток при активной нагрузке — 0,05 …0,5 А;
— коммутируемый ток при индуктивной нагрузке — 0,05 …0,5 А;
• Падение напряжения на выводах — не более 260мВ;
• Износостойкость, число переключений — 20 000;
• Относительная влажность окружающей среды — до 98%;
• Рабочая температура окружающей среды -60 …+1800С;
• Общий гарантийный срок — 8лет;
• Масса — не более 9 г.
5. Синтез САРВ соответствии с вышеприведенными расчетами и выбором устройств определяем структурную схему САР в соответствии с принципами построения таких систем. Структурная схема САР приведена в графической части проекта. Для проведения частотного анализа расчетов и исследования характеристик САУ будем использовать пакет прикладных программ ControlSystemToolbox, который является приложением системы MatLab и ориентирован на решение задач по теории автоматического управления. Будем использоватьtf-модели на основе передаточных функцмй. Создадимtf-модель УУ.Т.к. УУ имеет в своем составе настраиваемый ПИД-регулятор, а электронную часть можно представить безинерционным звеном, то предварительно примем.
Позднее, при оптимизации частотных характеристик САР будет произведена корректировка корректирующих свойств УУ.>> Wuu=1Transferfunction:Wuu = 1Вводпередаточнойфункциидвигателя:
Передаточной функцией двигателя постоянного тока называется отношение преобразования Лапласа выходной величины — угловой скорости Ω - к преобразованию Лапласа входной величины — напряжения:
гдеU -напряжение на двигателе, равное 27 В, Мп — пусковой момент двигателя, равный 150·10−4 Н·м.>> Wd=tf ([111.
1],[0.039,1])Transfer function: Wd = 111.
1 —————- 0.039 s + 1Вводпередаточнойфункцииредуктора:>> Wr=0.03 Transfer function: Wr = 0.0300.
Вводпередаточнойфункциитахогенератора:>> Wtg=166.
6Transfer function: Wtg = 166.
Теперь с tf-моделями передаточных функций можно осуществлять необходимые действия и функциональные преобразования. Определим передаточную функцию разомкнутой системы:>> Wraz= Wuu *Wd*WrTransferfunction:Wraz = 3.333 —————- 0.039 s + 1Определим передаточную функцию замкнутой системы:>> Wz=feedback (Wraz, Wtg) Transferfunction:Wz = 3.333 ———————- 0.039 s + 556.
3Построим переходный процесс нескорректированной САР:>> step (Wz); gridonРис. 8. Переходной процесс в исходной системе. Анализ полученных результатов показывает неудовлетворительное качество спроектированной САР, т.к. переходный процесс не выходит на установившееся значение — нормированной 1. Это объясняется несогласованностью коэффициентов элементов САР. Произведем коррекцию САР. Коррекцию будем производить с помощью подсистемы sisotool, которая позволяет в диалоговом режиме автоматически определять параметры корректирующих звеньев — регуляторов по желаемому переходному процессу.>> sisotool (Wz)Рис.
9. Переходной процесс в скорректированной системе. При корректировке был интерактивно подобран корректный коэффициент усиления П-регулятора, входящего в состав УУ — 3500.
Это значения следует считать уставкой П-регулятора УУ. Скорректированный переходный процесс носит апериодический характер, перерегулирования и колебательности не наблюдается. Процесс носит сходящийся характер. Время переходного процесса (вхождение в 5% зону установившегося нормированного значения, равного относительной 1) равно 1,74·10−5с следует считать оптимальным. Частотный анализ скорректированной САР показал хорошее качество переходного процесса.
Заключение
.
В разработанном проекте был произведен расчет устройства перемещения детали по поверхности рабочего стола в заданном временном цикле, а также синтез САР, определены ее частотные, точностные и динамические характеристики. На основании анализа был сделан вывод о несоответствии полученных характеристик исходным данным, в связи с чем были произведены необходимые коррекции. Частотный анализ скорректированной САР показал хорошее качество переходного процесса. При проведении расчетов и исследования характеристик САУ был использован пакет прикладных программ ControlSystemToolbox, который является приложением системы MatLab и ориентирован на решение задач по теории автоматического управления, а также подсистема sisotool, которая позволяет в диалоговом режиме автоматически определять параметры корректирующих звеньев — регуляторов по желаемому переходному процессу. В целом выполненная работа соответствует требованиям задания на проектирование. Перечень использованной литературы.
Шапран А.А., Новикова Н. Б, Электрические приводы мехатронных и робототехнических систем, Екатеринбург, УрГУПС, 2014.
Волков Н.И., Миловзоров В. П. Электромашинные устройства автоматики.М.: Высш. Шк., 1986.
Воробьев Н. И. Проектирование электронных устройств: Учеб. пособие дпя вузов.: — М. Высш. Шк., 1989.
краткий каталог фирмы autonics-www.autonics.ruЧечет.
Ю.С.Электрические машины автоматических устройств. Энергия. М.- Л. 1964.
Волков Н.И., Миловзоров В. П. электромашинные устройства автоматики: Учеб. Для вузов. -М.: Высш.
шк., 1986.
Алексенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем, М.: Радио и связь, 1985.
Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник Под редакцией С. В. Якубовского. — М.:Радио и связь, 1989.
Сабинин Ю. А. Электромашинные устройства автоматики. Учебник для вузов, — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1988.
Микродвигатели для систем автоматики: Справочник; Под ред. Э. А. Лодочникова, Ф. М. Юферова. М.: Энергия, 1969.
Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления.- Изд. 4-е, перераб. и доп. — СПб, Изд-во «Профессия», 2003.-752 с.: ил. Дьяконов В., Круглов В.
MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. — СПб.: Питер, 2002.- 448.: ил. Ерофеев А. А. Теория автоматического управления: Учебник для втузов.- 2-е изд., перераб.
и доп. — СПб.: Политехника, 2003. — 302 с.: ил.
