Расчет позиционно-следящего электропривода постоянного тока

Ф е д е р а  л ь н о е  а г е н т  с т в о  п  о  о б р а  з о в а н  и ю   Р Ф.

Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования.

Самарский Государственный  Технический Университет. 
 
 
 
 
 

Кафедра: “Электропривод и  промышленная автоматика“. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой проект

  по дисциплине: «СУЭП»

на  тему: «Расчет позиционно-следящего электропривода

постоянного тока» 
 
 

Вариант №16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Работу  выполнил студент:                                                                 А.С. Седунов

Группа:                                                                                                 4 – ЭТФ – 6 
 

Проверил  преподаватель:                                    

к.т.н., доцент                                                                                       А.В. Стариков 
 
 
 
 
 
 

Самара 2011

Содержание. 

1. Техническое  задание………………………………………………………..…….3

2. Выбор типа  исполнительного двигателя постоянного  тока методом эквивалентных величин…………………………………………………………..…4

3. Определение  параметров передаточных функций электродвигателя и силового преобразователя……………………………………………………….….6

4. Расчет регуляторов  непрерывного прототипа позиционно-следящего  электропривода…………………………………………………………………..….7

5. Нахождение  дискретных передаточных функций: непрерывной части системы с учетом экстраполятора нулевого порядка, цифрового управляющего устройства и замкнутого электропривода в целом………………………………10

6. Построение частотных характеристик разомкнутой и замкнутой системы рассматриваемого электропривода, как с учетом, так и без учета процесса квантования по времени…………………………………………………………... 13

7. Построение графиков переходных процессов в электроприводе по отношению к управляющему и возмущающему воздействиям.

Построение производить  для двух случаев: для непрерывного прототипа электропривода и с учетом квантования по времени в цифровой

части………………………………………………………………………………... 15

8. Расчет параметров  корректирующего устройства по  управляющему воздействию для  компенсации динамических ошибок  слежения………………17

10. Список использованной литературы……………………………….…………20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1. Техническое задание. 

   Цель  курсового проекта

   Целью курсовой проекта является освоение инженерных методов расчета цифровых и цифроаналоговых систем следящих электроприводов. 

   ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

     В соответствии с кинематической  схемой исполнительного механизма (рис. 1) и заданным вариантом требуется:

1) провести  расчет позиционно-следящего электропривода  постоянного тока, построенного по принципу СПР (нечетные варианты) или структурно-минимального электропривода (четные варианты) с учетом квантования по времени в цифровой части;

1. представить функциональную и структурную схемы электропривода, а также рассчитанные статические и динамические характеристики.

Рис.1

 Исходные данные для расчета.

   Исходными данными для расчета являются: диаграмма (рис. 2) изменения во времени  статической силы F_С нагрузки; масса m перемещаемого узла; шаг h и к. п. д. h₁ передачи «винт - гайка»; передаточное отношение i и к. п. д. h₂ редуктора; момент инерции J_В винта; максимальная V_MAX скорость перемещения подвижного узла; постоянная времени T_сп силового преобразователя; коэффициент k_дп передачи датчика положения. 
 
 

№ вар.	F1, кН	F2, кН	F3, кН	t1, мин.	t2, мин.	t3, мин.	m, кг
16	60	135	120	10	20	10	400

 

h, мм/об h1 i h2 JВ, кгм2 VMAX, м/мин Tсп, с kдп 5 0,97 6 0,89 0,025 0,4 0 1

 
 
 

            F_С 

            F₂

 
 

           F₃ 
 

            F₁   
 

                          t₁                     t₂                    t₃                                    t

Рис 2. Диаграмма изменения во времени статической силы F_С нагрузки. 
 

2. Выбор  типа исполнительного двигателя  постоянного тока методом эквивалентных  величин 

    Для выбора типа электродвигателя приведем силы, действующие на исполнительный механизм к валу электродвигателя, по формуле:

, где  м/рад

Нм

Нм

Нм

    Скорость на валу электродвигателя, соответствующая максимальной скорости движения исполнительного механизма:

рад/с.

об/мин.

Выбор электродвигателя будем производить  методом эквивалентного момента.

Нм

По эквивалентному моменту и максимальной скорости выбираем двигатель типа   2ПБ100М со следующими техническими характеристиками:

М_н= 37 Нм

М_max=350 Нм

I_н=54 А

n_н=1000 об/мин

n_max=2000 об/мин

J_н=0,174кг*м²

Т_я=0,00735с

Т_м=0,022с 

    Проверим  двигатель на перегрузочную способность. При этом должно выполняться соотношение:

.

где

 
 

350³ 20,7401+500*0.1747

350 Нм ³108,09 Нм

Выбранный двигатель подходит для решения  поставленной технической задачи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Определение параметров передаточных функций электродвигателя исполнительного механизма и силового преобразователя

Передаточная  функция двигателя по управляющему воздействию

,

   Из уравнений , находим =73.87 В

    

(рад/Вс), 

    

(Вс/рад)

    

(Ом)

    

(с),

    

Нм/А,

    

(с) 

      Отсюда  параметры передаточной функции двигателя по управляющему воздействию: 

 

Корни знаменателя передаточной функции: 

                                     р₁= – 114,828

                                     р₂= – 43,902 

Следовательно, передаточную функцию двигателя  можно представить двойным апериодическим звеном:

, где (с),

             (с). 

Передаточная  функция исполнительного механизма:

, где  

      Передаточная  функция транзисторного силового преобразователя  – безинерционное звено с коэффициентом передачи (В/дискр). 
 
 

4. Расчет  регуляторов непрерывного прототипа  позиционно-следящего электропривода 
 

    Структурная схема следящего структурно-минимального электропривода приведена на рисунке.

Рис. 3. Структурная схема следящего  структурно-минимального электропривода.

 

   В следящем структурно-минимальном электроприводе используется только один датчик обратной связи – датчик положения –  с коэффициентом передачи k_ДП. Транзисторный силовой преобразователь представлен на структурной схеме безинерционным звеном с коэффициентом передачи k_СП. 

   Первый  регулятор R₁(p) представляет собой пропорционально-дифференциальное (форсирующее) звено с передаточной функцией 

   

,

                                                                                                          

где k_ПД – коэффициент передачи, а T_ПД – постоянная времени пропорционально-дифференциального регулятора.

    Он  предназначен для компенсации наибольшей постоянной времени объекта управления, под которым понимается электродвигатель с исполнительным механизмом.  
 

    Передаточная функция объекта управления :

    

. 

      В зависимости от соотношения  постоянных времени T_я и T_м последнее выражение можно представить в виде

    

или

    

.

    В первом случае, полагая, что T₁ < T₂, выбирают постоянную времени пропорционально-дифференциального регулятора

    

.

    Во  втором случае, когда объект управления имеет колебательную составляющую, выбирают

    

.

    Второй  регулятор R₂(p) в структурно-минимальном электроприводе – интегральный – с передаточной функцией

    

,

где T_и – постоянная времени.