Теория автоматического управления

Аннотация 

    В данном курсовом проекте по дисциплине “Теория автоматического управления” спроектирована система стабилизации ЧВШ с обратной связью по моменту для станка модели ИС800ПМФ4. Спроектированная следящая система предназначена для автоматического регулирования. В общий объем курсового проекта входит графическая часть, которая состоит из функциональной схемы, кинематики привода главного движения станка мод. ИС800ПМФ4, частотных характеристик, структурной схемы и критериев устойчивости системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Введение

    Следящий  привод представляет собой сложную  многоконтурную систему  автоматического управления, замкнутую по положению. В состав этой системы входит: регулируемый электропривод с двигателем и регулятором тока, система управления приводом главного движения и питания датчиков положения от устройства ЧПУ, механическая передача, охваченная обратной связью по положению. Механическая передача, не охваченная обратной связью, не является внутренним звеном следящего привода и оказывает на него внешнее возмущающее воздействие в виде дополнительного статического момента нагрузки и дополнительного момента инерции. При наличии зазоров в механической передаче следящему приводу приходится работать в режиме не только возмущения по нагрузке, но также и с переменным моментом инерции, что в ряде случаев может привести к появлению автоколебаний в системе регулирования. Все внутренние звенья следящего привода оказывают взаимное влияние друг на друга и должны рассматриваться как составные части системы автоматического управления.

    Существенное  влияние на качество обработки и производительность оказывают погрешности следящего привода, которые могут быть рассчитаны по коэффициентам усиления следящего привода при управляющем и возмущающем воздействиях и по передаточным функциям системах автоматического управления.  

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.СТАТИЧЕСКИЙ  АНАЛИЗ СИСТЕМЫ

    

    АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 

    1.1. Составление функциональной схемы системы автоматического управления. 

    Функциональная  схема системы  автоматического  управления составляется в соответствии с  заданием. 

    

    Рис.1   Функциональная схема системы автоматического управления 
 

    С задающего устройства на звено сравнения  подается задающее воздействие  U_З. С выхода звена сравнения сигнал подается на регулятор скорости, с которого сигнал поступает на второе сравнивающее устройство. Со второго сравнивающего устройства сигнал подаётся на регулятор тока, после которого сигнал подаётся на тиристорный преобразователь и на электродвигатель. С двигателя путём механической связи обороты передаются на шпиндель станка.

      
 
 
 
 

    При появлении на объекте  управления внешнего воздействия регулируемый параметр Um начинает изменяться. Регулирование по моменту осуществляется при помощи датчика тока. Сигнал с датчика тока поступает на звено сравнения. В звене сравнения происходит сравнение задающего сигнала и сигнала обратной связи, которое пропорционально выходному параметру Uc. Результат сравнения вновь подается по той же цепочке на объект управления, стремясь вернуть регулируемый параметр к своему заданному значению.

    Перейдем  к составлению  функциональной схемы  управления приводом поперечной подачи станка модели ИС800ПМФ4. Рассматриваем привод главного движения станка

     

    M-Электродвигатель 4ПФ160L

    P=22 Квт

    n=4500 мин^-1

      
 

1.2.   Расчет статических характеристик САУ. Определение передаточных функций звеньев системы, составление структурной схемы САУ. 
 

 
 
 
 
 
 
 

Рис.2   Схема замещения  ДПТ 
 

    Составляем  уравнения, которое  бы характеризовало  механическую и электрическую  часть привода.

                        

                                       

                                                               

                                                    

где: M – электромеханический момент развиваемый двигателем, Н·м;

Jпр- суммарный приведенный момент инерции двигателя, кг·м²;

Мс- момент сопротивления, приведенный к  валу двигателя, Н·м;

 - динамический момент, возникающий в переходных режимах при

          пуске и торможении, кг·м².

                                                   
 

Разделим  уравнение на с : 

                                                   
 

Учитывая, что: 

  

                                                                                

где:

  Тя - постоянная времени  цепи якоря (электромагнитная  постоянная времени  двигателя), с;

  β – жесткость  механической характеристики  двигателя, Н·м·с.

Учитывая  эти преобразования получим следующую систему уравнений: 

 

                                                         

     Учитывая, что  - электромеханическая постоянная времени двигателя. Это время за которое электродвигатель разгоняется до w0 под действием постоянного пускового момента. Таким образом система уравнений описывает динамику электродвигателя.

                    

                                                           

                                                           

        

        

Рис.3  Структурная схема электродвигателя постоянного тока

       

        Составляем  структурную схему автоматической следящей системы с обратной связью по моменту.

 

Рис.4   Структурная схема автоматической следящей системой с обратной связью по моменту:

   Техническая характеристика электродвигателя ИС800ПМФ4:

   

 Номинальная мощность: Р_n=22 кВт

 Номинальная частота вращения:   n_ном=775 об/мин

 Максимальная  частота вращения:   n_мах= 4500 об/мин

 Номинальное напряжение:   U_ном=440 В

 Ток якоря:   I_я=58,7 А

 Момент  инерции якоря:   J_я=395×10^-3 кг∙м²

 Суммарная индуктивность якоря:   L_я= 17 мГн

 Суммарное сопротивление якоря:   R_{я доб}=1,52 Ом

 Коэффициент полезного действия: h=81,3% 

 Крутящий  момент на шпинделе станка, найдем по известной  формуле:

 

 

Найдем  электромеханическую  постоянную:

                                 , где

 i — минимальное передаточное отношение привода главного движения

 

 

 Скорость  идеального холостого  хода:

 

 
 

Найдем  номинальную угловую  скорость двигателя:

 

   (1.1.14) 

 Из  формулы (1.1.2) найдем ЕДС якоря:

 

 

 Из  формулы (1.1.1) найдем сопротивление якоря:

 

 
 
 

 Суммарное сопротивление:

 

 

 Определим пусковой момент:

 

               пусковой ток:

 

 

 Номинальная угловая скорость загруженного двигателя:

 

,где

 

  — суммарный  крутящий момент

 

 Приведенный момент инерции равен:

 

,где:

 J_дм - момент инерции движущейся массы.

 

кг∙м²

 Находим постоянные времени  электродвигателя:

 

с  

 

с

 Определяем  коэффициенты обратной связи:

 

    

     Найдем  частоты вращения шпинделя и электродвигателя, а также угловые  скорости двигателя  при заданных скоростях  резания:

Диаметр заготовки D=165мм

Диапазон  скоростей резания  V_n=5 м/мин  V_v=130 м/мин

Рабочая скорость резания  V_r=100 м/мин