Система автоматической стабилизации скорости двигателя постоянного тока в системе генератор-двигатель с тиристорным преобразователем

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО 

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра МАЭС 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине: Теория автоматического управления

тема: Следящий электрический привод угла поворота исполнительного механизма с транзисторным широтно-импульсным преобразователем 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                            Выполнил студент  группы ЗТ-45

                                            __________________ М.А. Назаров

                                            «____» __________________ 2006 г.

                                            Принял ассистент  кафедры МАЭС

                                             __________________ И.В. Дуданов

                                             «____» _________________ 2006 г.  
 
 

Самара 2006 г.

Оглавление.

стр.

Задание на курсовую работу ----------------------------------------------------------3                                                                                 

1.Описание  работы системы                                                                                                       

      1.1Принцип работы электрической схемы.  ---------------------------------------4-5                                                                                                   

1.2 Описание  работы функциональной схемы-------------------------------------5          

2. Описание основных звеньев системы.

      2.1 Принцип действия сельсинов-----------------------------------------------------6-8

2.2  Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока----------8-12                                      

2.3   Устройство  и принцип действия операционного  усилителя----------11-13                                                                

2.4  Устройство и принцип действия редуктора-------------------------------14-15

     2.5 Принцип действия транзисторного широтно-импульсного преобразователя (ШИП). Регулирование выходного напряжения посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ).------------------------------------------15-17

     3. Уравнения движения и передаточные функции объекта управления по отношению к управляющему и возмущающему воздействию.-----------------18-21

    4. Передаточная функция системы в замкнутом и разомкнутом состоянии по отношению к управляющему воздействию.----------------------------------------22-23

     5. Передаточная функция системы замкнутая по отношению к возмущающему воздействию.---------------------------------------------------------23-24

     Список литературы------------------------------------------------------------------25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание на курсовую работу. 

Вариант  3-2.

Следящий  электрический привод угла поворота исполнительного  механизма с транзисторным  широтно-импульсным преобразователем. 

   В соответствии с заданным вариантом необходимо рассмотреть систему автоматического управления с целью её дальнейшего проектирования.

   Курсовая  работа должна содержать:

1. Описание работы системы.Описание работы функциональной схемы.
2. Описание основных звеньев системы.
3. Уравнения движения и передаточная функция объекта управления по отношению к управляющему и возмущающему воздействию.
4. Передаточная функция системы разомкнутой и замкнутой по отношению к управляющему воздействию.
5. Передаточная функция системы замкнутая по отношению к возмущающему воздействию.

 

Исходные  данные. 

 
 
 

Рисунок. Электрическая схема системы  автоматического управления.

1. Принцип работы  системы.

1.1 Принцип работы  электрической схемы. 
 
 

   

   Системы регулирования положения представляют собой класс систем с чрезвычайно широким диапазоном назначений. Они находят применение в различных промышленных установках и работах в качестве систем наведения антенн, для стабилизации различных платформ в условиях качки оснований, на которых монтируется эти платформы, и т. п.

   Контроль  положения осуществляется с помощью датчиков, которые в аналоговой или дискретной форме дают информацию о перемещении рабочего органа механизма на протяжении всего пути. В качестве датчиков используются сельсины, вращающиеся трансформаторы, индуктосины, импульсные и цифровые датчики.

   В нашем случае измерительным элементом  являются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. Сельсин – датчик (СД) связан с исполнительным органом (ИО), который  приводится двигателем М через редуктор Р_Д.

   Подача  на вход управляющего воздействия, которым является поворот задающего сельсина (СЗ) на некоторый угол Θ₃  относительно, согласованного с сельсином-датчиком (СД), положения, вызывает появление на однофазной обмотке СД напряжения переменного тока U_С.Д.,  значение которого определяется значением угла рассогласования, а фаза – направлением поворота относительно согласованного положения, т. е. знаком угла.

   Напряжение, появившееся на выходе регулятора положения, воздействует на вход контура скорости, и двигатель вращается, отрабатывая  рассогласование до тех пор, пока не установится равенство Θ = Θ_З.

   Параметрами, характеризующими неизменную часть  контура положения, является передаточное число редуктора i, коэффициент передачи пары сельсинов К_СС, связывающий напряжение на выходе СД с угловым рассогласованием ΔΘ, и передаточный коэффициент фазочастотного усилителя К_ФЧУ. 

1.2 Описание работы  функциональной схемы. 

   В данной работе рассматривается следящий электропривод угла поворота исполнительного  механизма с транзисторным силовым  широтно-импульсным преобразователем (ШИП). По виду электрической схемы системы автоматического управления (см. задание) составим структурную схему системы:  
 

    Рисунок 2.1. Функциональная схема системы. 
 

    В качестве выходной координаты в данном объекте управления принимаем угол поворота исполнительного механизма, «Θ»; управляющего воздействия – напряжение якоря, «U_я»; возмущающего воздействия  –  момент статической нагрузки, «М_с». Основными звеньями системы являются: сельсинная пара совместно с фазочувствительным усилителем (ФЧУ), «ФЧУ»; усилитель, «У»; широтно-импульсный преобразователь, «ШИП»; объект управления (двигатель постоянного тока независимого возбуждения), «М» и редуктор, «РЕД». 
 
 

                       2. Описание основных звеньев системы.

                   

                      2.1. Принцип действия сельсинов.

 

   Сельсинная  пара совместно с ФЧУ описывается безинерционным звеном.  

     Уравнение движения, которого будет:

.

   В нашем случае:

.

   Перейдём в (4.4′) к изображению по Лапласу:

.

   Тогда передаточная функция имеет вид:

.

                                          

  Принцип действия сельсинов. В системах автоматического контроля и регулирования иногда необходимо передавать на расстояние заданный угол поворота вала контролируемого или регулируемого объекта или получать информацию об угловом положении вала этого объекта. Для этой цели применяют системы дистанционной передачи угла на электрических машинах синхронной связи, называемых сельсинами. Сельсины относятся к информационным электрическим машинам, так как преобразуют угол поворота в электрический сигнал и, наоборот, электрический сигнал в угловое перемещение.

   На  рис. 1.1 показаны структурные схемы  систем дистанционной передачи угла поворота вала с помощью сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП, соединенных линией связи ЛС. При повороте вала В на угол α. (рис. 1.1, а) сельсином-датчиком вырабатывается соответствующий этому углу сигнал, который передается по линии связи на сельсин-приемник СП, где он преобразуется в угловое перемещение ротора СП на угол α. Рассмотренная система называется индикаторной, так как вал сельсина-приемника поворачивает стрелку индикатора И, отмечающую на шкале угол поворота вала В. Индикаторная система только передает информацию об угловом положении контролируемого вала.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.1. Структурные схемы систем дистанционной передачи угла поворота вала на сельсинах: индикаторная (а), трансформаторная (б). 

    Если требуется воспроизвести угол поворота α вала В на каком-либо рабочем механизме, то система дополняется усилителем мощности У и исполнительным двигателем ИМ (рис. 1.1, б), который через редуктор Р создает на валу рабочего механизма РМ вращающий момент, достаточный для поворота вала на угол α. Одновременно поворачивается ротор сельсина-приемника СП на угол α. Такая система дистанционной передачи называется трансформаторной.

   Сельсины  применяют также в системах электрического вала, осуществляющих синхронное вращение валов нескольких механизмов, находящихся на расстоянии друг от друга.

   В нашем случае система дистанционной  передачи угла является трансформаторной. Рассмотрим её подробно.

   Трансформаторная система дистанционной передачи угла используется для передачи угла поворота на вал рабочего механизма, когда необходим значительный вращающий момент. Основные элементы трансформаторной системы (рис. 1.3): сельсин-датчик СД, сельсин-приемник СП, усилитель мощности У, исполнительный двигатель ИМ и редуктор Р, предназначенный для редукции частоты вращения и усиления вращающего момента. Усилитель, мощности У используется для усиления мощности сигнала на выходе сельсина-приемника до уровня, достаточного для приведения в действие исполнительного двигателя ИМ Трансформаторная система передачи следящая система с обратной связью по положению вала регулирующего органа рабочего механизма РО. Редуктор Р системы имеет два выхода: один присоединяется к валу рабочего механизма, другой – к валу сельсина-приемника.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.3. Схема трансформаторной системы  дистанционной передачи угла. 

   Конструкция сельсинов.

   По  конструкции различают: контактные и бесконтактные сельсины. Контактные сельсины. Отличительный признак контактных сельсинов – наличие у них контактных колец и щеток, посредством которых обмотка ротора соединяется с внешней цепью. Обычно сельсины делают двухполюсными. Магнитную систему контактного сельсина (сердечники статора и ротора) делают из листовой электротехнической стали. Сельсины могут быть явнополюсными и неявнополюсными. В явнополюсных сельсинах один из элементов магнитопровода (статор или ротор) имеет два явно выраженных полюса с полюсными катушками обмотки возбуждения ОВ. Тогда другой элемент (ротор или статор) делают неявнополюсным с распределенной обмоткой синхронизации ОС, состоящей из трех обмоток фаз, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 120° (рис. 1.5, а, б). Если ротор сельсина-приемника явнополюсный, то на его сердечнике обычно располагают демпферную обмотку ДО в виде короткозамкнутого витка, ось которого перпендикулярна оси полюсов. В неявнополюсных сельсинах обмотки статора и ротора делают распределенными.