Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "электромеханические системы"

.

При настройке контура скорости на симметричный оптимум в системе наблюдается значительное увеличение динамической ошибки (перерегулирования) по управляющему воздействию, обусловленное наличием в регуляторе скорости форсирующего звена с передаточной функцией W(s) = 1+4(2TУ+TФ)s. Для того чтобы переходный процесс соответствовал прежней настройке контура на модульный оптимум, необходимо на входе системы перед задающим воздействием включить звено с передаточной функцией обратной передаточной функции форсирующего звена, то есть
.

Данное входное звено Wвх(s) играет роль задатчика интенсивности. Структурная схема с входным звеном представлена на рис. 2.4.

Порядок выполнения работы

Данные для расчета используются из отчетов по курсу "Элементы и устройства автоматических систем" и лицевой панели данной работы.

  1. Ознакомиться с расположением и назначением элементов системы и органов управления на лицевой панели макета.

  2. По заданному преподавателем варианту исходных данных рассчитать параметры настроек регулятора тока и регулятора скорости при настройке контуров на МО (параметры рассчитать заранее).

  3. Рассчитать значение установившейся ошибки по возмущающему воздействию в процентах к естественному перепаду скорости двигателя при значении тока в якорной цепи 1.5 А.

  4. Перед включением тумблера "СЕТЬ" установить потенциометр задающего напряжения Uз в положение "0" (при этом тумблер К1 должен быть в верхнем положении 2), коэффициент усиления усилителя в положение "10", момент сопротивления - "0", т. е. тумблер включения муфты К2 в положение "ВЫКЛЮЧЕНО".

  5. Собрать двухконтурную систему регулирования скорости двигателя с подчиненным токовым контуром. Обратная связь по току реализуется с помощью сопротивления RШ , включенного в якорную цепь двигателя и равного 1 Ом.

  6. Установить параметры регуляторов тока и скорости в соответствии с расчетом по п. 2 при заданном значении kУ, выставить значение kУ, включить тумблер "СЕТЬ".

  7. С помощью задающего потенциометра Rз установить максимальное значение напряжения на выходе усилителя UУ = 20 В, соответствующее максимальному значению регулируемой скорости двигателя ωmax. Рассчитать значение ωmax и определить ее экспериментально, используя измерительные приборы.

  8. Подключить к дополнительным клеммам тахогенератора осциллограф и при ступенчатом изменении задающего напряжения ΔUз (тумблером К1) по кривой переходного процесса, наблюдаемого на экране осциллографа, определить время регулирования tр и максимальное перерегулирование σmax% исследуемой двухконтурной системы.

  9. При значении UУ = 20 В включить муфту тумблером К2 и установить потенциометром "МОМЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ" ток якоря двигателя IЯ=1.5 А, определив при этом значение установившейся ошибки Δωр от возмущающего воздействия: , а UУ - напряжение на выходе УПТ на холостом ходу двигателя, UТГс - напряжение тахогенератора при IЯ = 1.5 А. Подключив вольтметр к выходу элемента сравнения и измерив ΔU, определить суммарную ошибку системы регулирования скорости . Включая и выключая муфту зарисовать переходный процесс ω(t) и IЯ(t) с экрана осциллографа при сбросе и набросе нагрузки.

  10. С помощью задающего потенциометра Rз установить минимальное значение напряжения на выходе усилителя UУ = 5 В, соответствующее минимальному значению регулируемой скорости ωmin и при заданном значении скорости повторить эксперименты по пп. 8 и 9.

  11. Перейти к системе, реализующей настройку контура скорости на СО, рассчитать параметры регулятора скорости для заданного варианта (параметры рассчитать заранее), включить систему без использования входного звена.

  12. Повторить эксперимент, аналогичный предыдущему, в соответствии и в последовательности с пп. 7–10.

  13. Включить входное звено и полностью повторить эксперимент (пп. 8 и 10).

Оформление отчета

Результаты выполненной работы должны быть представлены в виде отчета, содержащего:

  1. Принципиальную схему макета установки.

  2. Структурные схемы двухконтурной системы регулирования скорости для различных вариантов реализации согласно пп. 2, 11, 13.

  3. Расчеты параметров регуляторов при настройке контуров на МО и СО.

  4. Расчет параметров входного звена при настройке контура скорости на СО.

  5. Расчет установившихся ошибок по возмущающему воздействию в процентах к естественному перепаду скорости двигателя Δωс в системе с настройкой контура скорости на МО.

  6. Обработку результатов эксперимента по пп. 8–10, 12, 13, т. е. определение tр, σmax%, Δωр, Δω и сопоставление их с теоретическими, между собой и с результатами, получаемыми в лабораторной работе № 1 исследования одноконтурной системы регулирования скорости (представить в виде сводной таблицы).

  7. Анализ влияния входного звена на характер переходных процессов при настройке контура скорости на СО.

  8. Сравнительный анализ переходных процессов в контуре тока для всех исследуемых структур.

  9. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 3

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ

ПОЛОЖЕНИЯ МАГНИТНОГО ТЕЛА

Целью работы являются:

  1. Изучение принципа действия и математического описания системы стабилизации положения магнитного тела.

  2. Уточнение математической модели объекта управления и системы в целом.

  3. Расчет параметров корректирующих устройств (в том числе машинными методами).

  4. Экспериментальное определение статических и динамических характеристик системы регулирования.

Общие указания

Н
а рис. 3.1 представлена структурная схема системы автоматического регулирования положения ферромагнитного тела (ФМТ), на которой приняты следующие обозначения: ОУ (объект управления) - ФМТ (полый шарик из Ni), подвешиваемое в поле электромагнита (ЭМ) под действием электромагнитной силы (FЭМ) на расстоянии  от ЭМ; ДОС (датчик обратной связи) - датчик положения, дающий информацию о положении ФМТ относительно ЭМ; УПТ - усилитель постоянного тока, питающий обмотку ЭМ(IЭМ). Напряжение UЭМ на выходеусилителя, подаваемое на обмотку ЭМ, изменяется в соответствии с сигналом рассогласования (U). Процесс изменения тока в обмотке ЭМ имеет вид

, (3.1)

где rЭМ - сопротивление обмотки, Ом; w - число витков в обмотке; Ф - магнитный поток, Вб.

Умножая (3.1) на IЭМdt, получаем: . (3.2)

Предположим, что в рассматриваемой системе происходит перемещение подвешиваемого ФМТ вдоль направления, противоположного направлению силы тяжести на dl (рис. 3.2). При этом магнитная энергия системы W изменяется на dW и совершается механическая работа FЭМdl. Из закона сохранения энергии следует, что энергия, сообщаемая источником напряжения за время dt, должна равняться сумме энергии, выделяющейся в виде теплоты в сопротивлении обмотки ЭМ, энергии, затрачиваемой на совершение механической работы, и приращения энергии магнитного поля dW:

. (3.3)

Из сопоставления (3.2) и (3.3) следует:

.

Электромагнитная сила FЭМ может быть выражена через магнитную проводимость G воздушного зазора:

, (3.4)

, (3.5)

. (3.6)

С учетом (3.4) – (3.6) выражение для электромагнитной силы имеет вид

. (3.7)

Знак "–" в (3.7) означает, что положительному электромагнитному усилию FЭМ соответствует уменьшение воздушного зазора . Для вычисления FЭМ по (3.7) необходимо иметь выражение для расчета проводимости воздушного зазора между плоскостью и сферой для электромагнита броневого типа. Согласно [1], магнитную проводимость воздушного зазора под сердечником можно определить по формуле:

, (3.8)

где ; Rсф- радиус сферы, см; rс - радиус сердечника, см.

  • Уравнение движения подвешиваемого ФМТ имеет вид:

  • , (3.9)

где m - масса ФМТ, кг; H - расстояние от ЭМ до центра тяжести ФМТ, см.

Вычисляемая согласно формул (3.7) и (3.8) электромагнитная сила FЭМ(, IЭМ) представляет нелинейную зависимость, вследствие этого уравнение (3.9) оказывается нелинейным. Однако, учитывая малый диапазон регулирования, можно выделить участок, на котором с допустимой точностью можно принять линейную модель ОУ (ФМТ). Для этого, разлагая правую часть выражения (3.9) в ряд Тейлора и ограничиваясь только первыми членами ряда, получим линеаризованное уравнение движения подвешиваемого ФМТ в отклонениях:

Откуда получаем

, (3.10)

так как и

где

где 0 - зазор, соответствующий уравновешенному положению ферромагнитного тела; - значение тока в обмотке ЭМ, соответствующее уравновешенному положению ФМТ.

Переходя в (3.10) к изображениям по Лапласу, получаем передаточную функцию:

. (3.11)

Знак "–" в (3.11) означает, что увеличению тока в обмотке ЭМ соответствует уменьшение воздушного зазора. В соответствии со структурной схемой (рис. 3.1) входной величиной ОУ (ФМТ) является электромагнитная сила (FЭМ), а ПФ ОУ определяется как . Однако при составлении математического описания движения подвешиваемого тела не удалось выделить FЭМ как координату и получить передаточную функцию ОУ в виде . Поэтому приведенный вывод математической модели ОУ (ФМТ) неразрывно связан с выводом математической модели электромагнита. Изложенное можно проиллюстрировать структурной схемой, приведенной на рис. 3.3. Обмотка ЭМ имеет передаточную функцию инерционного звена 1-го порядка:

, (3.12)

где ; .

Передаточную функцию (3.11), представляющую собой согласно рис. 3.3 последовательное соединение ЭМ и ОУ, лучше представить в стандартном виде

(3.13)

.

Согласно проведенным исследованиям, измерениям и расчетам исходные данные для определения числовых значений параметров передаточных функций (3.12) и (3.13) следующие: m = 0.0107 кг; Rсф = 0.016 м; [= 1.5 А, 0 = 2.2 cм]; [= 1.6 А, 0 = 2.4 cм]; [= 1.7 А, 0 = 2.6 cм]; [= 1.8 А, 0 = 2.8 cм]; [= 1.9 А; 0 = 2.95 cм]; rс= 6 см; L = 0.185 Гн; rЭМ= 23 Ом. Расчет параметров a и b в (3.11) и (3.13) из-за сложности вычислений осуществлялся машинным способом. Результаты расчета приведены для точки равновесия [= 1.7 А, 0 = 2.6 cм]: a = 39.2; b = 12.7. Результаты расчетов параметров а и b для других точек равновесия не приводятся, так как их значения отличаются не более чем на 3 % от представленных значений параметров.

Для расчета системы регулирования положения ФМТ согласно рис. 3.1 необходимо определить вид передаточных функций УПТ и ДОС, а также значения их параметров. При проведении лабораторных занятий на этом же макете по курсу "Элементы и устройства систем управления" указанные элементы являются объектом исследования, в результате проведения которого необходимо получить статические и динамические характеристики УПТ и ДОС, используемые в дальнейшем при выполнении работ по данному курсу. Передаточные функции УПТ и ДОС имеют следующий вид:

  1. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "элементы и устройства автоматических систем"

    Методические указания
    Исследование элементов систем управления: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Элементы и устройства автоматических систем" / Сост.
  2. Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы"

    Методические указания
    Исследование элементов и синтез систем автоматического управления: Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы", "Технические
  3. Методические указания к проведению лабораторных работ по дисциплине «автоматизированный электропривод» часть основы электропривода

    Методические указания
    Цель работы — изучить механические характеристики электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением и способы регулирования его частоты вращения.
  4. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей, все формы обучения

    Методические указания
    Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» составлены на основании рабочих программ дисциплины «Безопасность жизнедеятельности».
  5. Учебно-методический комплекс по дисциплине «управление техническими системами» для студентов 4 курса специальности: 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» (СМ)

    Учебно-методический комплекс
    Цель учебной дисциплины состоит в том, чтобы на основе изу­чения теории автоматического управления, принципа действия, кон­структивных особенностей и области применения устройств авто­матики, методов их построения, эксплуатации и ремонта
  6. Обеспечение образовательного процесса учебной и учебно-методической литературой по заявленным к лицензированию образовательным программам n п/п (13)

    Программа
    Reimann, Monika. Основы грамматики = Grundstufen-Grammatik. Russische Version : немецкий язык как иностранный : объяснения и упражнения / M. Reimann .— Ismaning : Max Hueber Verlag, 2 .
  7. Отчет о самообследовании основной образовательной программы по специальности 260203 Технология сахаристых продуктов

    Содержательный отчет
    Подготовка дипломированных специалистов по основной образовательной программе (ООП) по специальности 260203 Технология сахаристых продуктов ведется в Воронежской государственной академии с 1924 года.
  8. План издания учебной и методической литературы уральского государственного университета путей сообщения на 2009 год

    Документ
    Лабораторные работы по программированию в системе Delpfi для специальностей 190402–Автоматика, телемеханика и связь, 080801– Прикладная информатика в экономике
  9. Программа дисциплины по кафедре "Cтроительные и дорожные машины " технические основы создания машин

    Программа дисциплины
    Программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями Государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом

Другие похожие документы..