Анализ систем автоматического управления

Схемотехнический синтез системы автоматического управления. Анализ заданной системы автоматического управления, оценка ее эффективности и функциональности, описание устройства и работы каждого элемента. Расчет характеристик системы путем моделирования.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Схемотехнический синтез системы автоматического управления

Разработать схемотехническое решение системы управления рукой промышленного робота. Необходимо описать функционирование системы, обратив особое внимание на доказательство ее работоспособности и области применения. При описании системы нужно четко сформулировать, что именно система должна делать, для чего она предназначена. В том числе необходимо ответить на следующие обязательные вопросы:

* какая задача регулирования решается данной САУ;

* каков предполагаемый диапазон работоспособности системы;

* какой принцип регулирования использован в данной САУ;

* что является объектом регулирования;

* что является регулируемой переменной;

* имеется ли в системе устройство сравнения и если да, то как оно работает.

Описание работы системы автоматизированного управления прессом.

В качестве промышленного робота представлен автоматизированный пресс входящий в цепь конвейера.

Представленная на рис. 2 схема автоматизированного управления прессом включает следующие элементы:

Объектом управления является пресс 1, который перемещается за счёт штока 2. Шток перемещается когда в гидроцилиндре 3 создаётся давление. Давление в гидроцилиндр подаётся по трубопроводу 4. Для подачи давления в гидроцилиндр установлен магнитный клапан 5, который в состоянии покоя закрыт. Система питается гидро - средой по трубопроводу 6. В качестве усилителя является компрессор 7. Компрессор вращается электродвигателем 8. Включение системы в работу осуществляется переводом ключа 9 в замкнутое положение. Остановка системы происходит когда концевик 10 размыкает ключ 9. Концевик также является датчиком нижнего положения пресса.

Принцип работы схемы управления прессом основан на поступлении сигнала от конвейера, в этот момент срабатывает магнитный клапан (устройство клапана в Приложении 1). Когда клапан открыт гидро - среда под давление поступает в гидроцилиндр. В нижнем положении пресса срабатывает концевик и система возвращается в состояние покоя.

Структурная схема работы системы представлена на рис. 1.

Рис. 1 Структурная схема работы системы управления прессом

Рис. 2 Схема автоматизированного управления прессом

Система работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени пресс находится в верхнем положении, система в состоянии покоя. Этому состоянию системы соответствует разомкнутое положение ключа 9, плунжер 11 в магнитном клапане 5 закрывает трубопровод подачи давления 6. Если от конвейера поступит сигнал включения системы, то замкнётся ключ 9 стоящий в электрической цепи магнитного клапана 5. В результате появления напряжения на обмотке 12 клапана 5, плунжер 11 откроет трубопровод подачи давления 6 и одновременно закроет трубопровод сброса давления 13. Так как трубопровод 4 открыт в любом положении клапана, давление начнет поступать в гидроцилиндр 3. По мере повышения давления в камере гидроцилиндра, мембрана 14 начнёт перемещаться вниз. Так как мембрана и шток 2 жестко закреплены, шток будет также перемещаться вниз. Шток будет давить на пресс 1, тем самым осуществляется обработка детали 15 расположенной на конвейере. Когда пресс переместится в нижнее положение, концевик 10 достигнет ключа 9. Это будет означать, что пресс 1 выполнил работу и ключ 9 разомкнётся. Подача напряжения на магнитный клапан 5 прекратится. Пружина 16 переведёт плунжер в начальное положение, тем самым закрыв трубопровод подачи давления 6 и открыв трубопровод сброса 13. Это приведет к падению давления в камере гидроцилиндра 3, пружина 17 поднимет вверх мембрану 14 увлекая за собой шток 2 и пресс 1. В этом состоянии система будет находится в начальном положении.

В данной системе используется регулирование жесткого типа. Так как положение концевика изначально установлено на строго определённый уровень. Целесообразность такого метода в данной системе обусловлено тем, что прессование деталей должно быть с равной амплитудой движения пресса, иначе детали будут не идентичны.

Объектом управления в этой системе является движение пресса.

Объектом регулирования является положение концевика, однако он задан заранее при проектировании системы.

В системе не применяется устройств сравнения, включение системы в работу происходит по мере поступления сигнала от конвейера.

2. Анализ заданной системы автоматического управления

Для приведенной ниже системы автоматического регулирования с заданными в таблице параметрами выполнить следующие действия.

1. Описать устройство и работу элементов и всей системы.

2. Составить структурную схему системы и определить передаточную функции замкнутой систем (относительно задающего воздействия и ошибки). Составить соответствующие дифференциальные уравнения и уравнения статики.

3. Для полученной передаточной функции замкнутой системы рассчитать нули и полюса системы. Рассчитать степень устойчивости и колебательность системы. Построить соответствующие асимптотические ЛАЧХ.

4. Путем моделирования на ЭВМ построить кривую переходного процесса относительно задающего воздействия. Определить основные показатели переходного процесса (перерегулирование, время переходного процесса).

5. Путем моделирования исследовать влияние коэффициента передачи усилителя напряжения на статическую точность, динамические характеристики (перерегулирование и время переходного процесса) и устойчивость (размещение полюсов) заданной САУ.

Рис. 3 Функциональная схема системы управления курсом корабля с жесткой обратной связью

П1 - задающий потенциометр,

П2 - потенциометр обратной связи,

ГЗК - гироскопический задатчик курса,

УН - усилитель напряжения,

КУ - корректирующее устройство,

ТП - тиристорный преобразователь,

ИД - исполнительный двигатель постоянного тока,

ЦП1, ЦП2 - цепные передачи.

Для линеаризованной относительно некоторой рабочей точки модели элементы схемы описываются следующими дифференциальными уравнениями:

Задатчик курса, потенциометры П1 и П2

Усилители и корректирующее устройство

Двигатель и редуктор

В приведенных уравнениях

- углы поворота движков реостатов потенциометрического моста относительно средней точки шкалы,

- угол поворота оси ИД,

- угол поворота руля,

- напряжение на выходе реостатного датчика,

- напряжение на выходе усилителя напряжения,

- скорость вращения вала двигателя,

- якорное напряжение двигателя постоянного тока,

- момент инерции корпуса,

- коэффициент демпфирования в жидкости.

Стрелка задатчика курса задает курс корабля относительно направления на север. Она сохраняет свое положение в пространстве при поворотах корабля. Положение стрелки может быть изменено по команде с мостика корабля. Обмотки потенциометров жестко связаны с корпусом корабля.