Система автоматического регулирования высоты подъема груза

_{Министерство  высшего и профессионального  образования}

Самарский государственный технический  университет

 

 

 

 

 

Кафедра “АУТС”

 

 

 

 

Курсовая работа по предмету

“Элементы и устройства систем управления” 

 

''Система автоматического  регулирования высоты подъема  груза''.

 

Вариант 2.1

 

 

 

 

 

                                                              Выполнил: студент III-А-15

                                                                                

                                                              Проверил преподаватель                         

                                                             Михеев Александр Григорьевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2005

 

 

 

 

 

Содержание.

1. Задание.
2. Разработка детальной функциональной схемы и системы управления.
3. Кинематическая схема механической части системы, расчет и анализ моментов нагрузки, возникающих на каждом из валов системы.
4. Выбор двигателя.
5. Выбор всех звеньев функциональной схемы.
6. Структурная схема системы, ее статистический расчет.
7. Графическая часть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание.

Дана  исходная система.

Необходимо: Разработать систему управления подъемом ковша с металлом на заданный уровень h относительно тележки подъемного крана.

 

Исходные  данные:

1. масса тележки   =5 т,

2. масса ковша  =2 т,

3. момент  инерции двигателя   =0.2 [кг*м ],

4. передаточное  число редуктора   =24,

5. к.п.д. редуктора   =0.95,

6. диаметр  колеса  =0.5 м,

7. момент  инерции нагрузки  =0.15  [кг*м ] ,

8. статизм системы =1.5 %

9. Уровень  H=6м,

10. Время Dt=90с,

11. Задающее  напряжение U_З=5В,

12. Радиус  барабана r_б=0.25м.

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень  вопросов подлежащих разработке в курсовой работе:

 

1. По  исходным данным разработать детальную  функциональную схему соответствующей  системы управления.
2. На основе полученной кинематической схемы механической части системы произвести анализ и расчет моментов нагрузки, возникающих на каждом из валов этой кинематической схемы.
3. По полученному значению момента нагрузки на выходном валу и необходимой скорости вращения вала двигателя произвести его выбор.
4. Имея данные об исполнительной части системы произвести выбор всех звеньев функциональной схемы и дать их математическое описание, доведя его до передаточной функции с известными значениями ее основных параметров.
5. Разработать структурную схему системы и дать ее статический расчет, определив необходимую величину коэффициента усиления разомкнутой системы.
6. Оформить результаты разработки в виде пояснительной записки формата А4 и графической части проекта.

 

 

Содержание  графической части проекта:

1. Общая функциональная схема системы или ее блок-схема.
2. Структурная схема системы с указанием всех действующих возмущений как на объект управления, так и на звенья системы.

 

 

1. По  исходным данным разработать детальную  функциональную схему соответствующей  системы управления.

При построении замкнутых САУ используется принцип управления по отклонению. В соответствии с ним появление возмущения на объекте f(t) будет приводить к появлению возмущения на y(t).

       Очевидно, что с изменением выходной  величины  меняется сигнал обратной связи Х_ОС, следовательно, для управления выходной величиной объекта в узле сравнения А формируется сигнал отклонения (1)  . Этот сигнал отклонения, пройдя через регулирующие устройства и исполнительный механизм, будет формировать управляющее воздействие m на входе объекта .

        Это управляющее воздействие  компенсируют f(t) , возвращая к заданному значению.

Поведение данной системы обычно описывается  по передаточной функции данной системы  относительно входного сигнала.

передаточная  функция разомкнутой системы.

При оценке общих свойств САУ  данного типа в первую очередь  рассматривается статический режим. Очевидно, что в идеальном случае в статическом режиме должен быть сигнал d=0 (идеальные статические свойства системы).

Для перехода к статическим свойствам  системы и звеньев в целом, необходимо рассмотреть соответствие передаточной функции при р®0.

С этой точки зрения наряду с передаточной функцией замкнутой системы, можно  рассмотреть передаточную функцию  замкнутой системы по ошибке.

Если  в этом выражении рассмотреть  отработку типового входного сигнала, равного d из уравнения можно получить следующее уравнение.

статический режим: р®0

Тогда

Соотношение устанавливает связь между погрешностью регулирования и свойствами контура  управления. Коэффициент передачи разомкнутой  системы:

Если  задана d_доп то

, где d_доп – заданная погрешность в относительном виде.

d_доп = 0.015

Среди элементарных динамических звеньев  САУ присутствует одно звено с  идеальными статическими свойствами. Это интегрирующее звено следующего вида:

Введение подобного звена в  основной контур автоматически делает коэффициент усиления разомкнутой  системы равным ¥. Это означает, что погрешность d обращается в 0.

Так как интегрирующее звенья являются неустойчивыми, то их называют астатическими. При астатическом регулировании  статическая погрешность должна равняться 0, однако наличие зоны нечувствительности в интегрирующих звеньях может  давать некоторое остаточное отклонение d.

При астатическом законе приведение статического расчета сведется к  определению зоны нечувствительности системы, которая проводится ко входу управляющего или усилительного прибора.

Для данного примера разработанная  функциональная схема имеет вид:

                                                           М_С            J_å

       d 

      

      DU                                     U_тр                            w     

 

     -

          U_тг  

 

 

 

 

 

 

где  Уп.Пр – управляемый преобразователь, состоящий из усилителя и тиристорного преобразователя.

Д – двигатель,

Ред – редуктор,

Дос – датчик обратной связи,

Тг – тахогенератор,

a_с – согласующее звено.

 

 

2. На основе полученной кинематической схемы механической части системы  произвести анализ и расчет моментов нагрузки, возникающих на каждом из валов этой кинематической схемы.

 

Механическая  часть электромагнитной системы  включает в себя все связно движущие массы: двигателя, передающего устройства и исполнительного механизма  машины. К ротору двигателя при скорости w приложен электромагнитный момент M, под действием которого механическая часть приводится в движение. Непосредственное представление о движущихся массах установки и механических связях между ними дает кинематическая схема электропривода

      Для данной системы  кинематическая схема будет иметь  вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Д – двигатель,

Р - редуктор,

СМ1 – соединительная муфта,

J1 –J8 – моменты инерции различных частей кинематической схемы,

СМ2 – соединительная муфта, приводящая во вращение барабан Б, преобразующий вращательное  движение в поступательное перемещение груза Гр.

2) Каждый вращательно движущий элемент обладает моментом инерции J₁ – J₈, и связан с (i+1) элементом механической связью, обладающих жесткостью C_i.

Расчетная схема для данной системы  имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                  М_С

 

 

 

 

Спрi – приведенные эквивалентные жесткости.

Jпрi – приведенные моменты инерции.

М – электромагнитный момент приложенных к ротору.

DM_Р – момент потерь в редукторе.

М_С – суммарный приведенный к валу двигателя момент статической нагрузки.

 

Расчетная часть.

 

а) Определим линейную скорость подъема  ковша.

Н=6м.

t=180c.

V_ЛИН=6/180=0.03м/с

 

б) Определяем угловую скорость вращения барабана.

 

в) Определим суммарный момент инерции.

В случае приведения к валу двигателя  J_S:

[кг×м²]      

 

г) Все силы и моменты нагрузки, приложенные  к механической части электропривода, делятся на силы и моменты механических потерь и силы и моменты, представляющие полезные нагрузки исполнительного  механизма 

- приведенный момент силы  тяжести G.

М_С=М_ПОЛ / i_Р*k_р;

 

М_с= 208[кг *м² /с²] ;

 

 

д) Определим вращающую скорость двигателя.

 

е) Определим мощность двигателя.

 

;   

к =1.65 –  запас мощности необходимый для  создания ускорения, преодоления максимумов нагрузочного момента и учета  КПД редуктора.

 

3. По полученному значению момента  нагрузки на выходном валу и необходимой  скорости вращения вала двигателя произвести его выбор.

 

    Выбираем двигатель П-42: двигатель  единой серии П, изготовленный с параллельной и легкой обмотками возбуждения, что обеспечивает устойчивые скоростные характеристики. Выводы параллельной и последовательной обмоток возбуждения присоединены к отдельным зажимам.

    Двигатель допускает регулирование  скорости вращения выше номинальной  путем изменения тока возбуждения,  но не выше наибольшей скорости  вращения, при Р на валу не выше номинальной :

1,5 кВт - номинальная мощность;

750 об/мин – номинальная скорость вращения;

18,76 А – номинальный ток возбуждения;

73 %,

n_мак= 1500 об/мин,

m= 88 кг,

U=110 B – защитное исполнение, номинальное напряжение;

       CD²=0.18 кг×м² – маховый момент;

        R_Я= 0.76 Ом ;

    

 

4. Имея данные об исполнительной части  системы произвести выбор всех звеньев  функциональной схемы и дать их математическое описание, доведя его до передаточной функции с известными значениями ее основных параметров.

 

Звенья  функциональной схемы:

а) редуктор;

б) тиристорный преобразователь;

в) тахогенератор;

г) двигатель;

д) датчик обратной связи;

е) усилитель.

а) Редуктор.

 

Выбираем  два редуктора с номинальным  передаточным числом I_ред=24; 

Типоразмер  редуктора: Ц2У-250-24-2242, ГОСТ 20373-80.

Параметры: номинальный крутящий момент на валу M_ном=1000 Н×м

h³0.98

m=51 кг.

 

б) Тиристорный преобразователь.