Курсовая работа - Интегрированные системы проектирования и управления

Подождите немного. Документ загружается.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

Оглавление

Введение 3

Анализ исходных данных 4

Анализ процесса резания как объекта управления 7

Разработка структурной схемы САР 9

Основной контур системы 14

Обоснование необходимости применения адаптивного управления 16

Выбор класса адаптивной системы управления, функциональная схема 19

Разработка структурной схемы адаптивной системы управления, расчет

элементов контура адаптации 20

Выводы о качестве работы АдСУ по результатам моделирования 23

Заключение 26

Список литературы 27

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

Введение

В последние десятилетия возникла необходимость осуществлять

автоматическое управление объектами, параметры которых в результате

изменений во внешней среде также изменяются в широком диапазоне. К такого

рода объектам прежде всего относятся промышленные объекты, работающие на

сырье с сильными случайными колебаниями параметров, летающие объекты –

самолеты и ракеты, проникающие в верхние слои атмосферы. Параметры и

структура систем управления могут меняться непредвиденным образом в

процессе функционирования системы управления, характер возмущающих

воздействий, принятых при расчете может не соответствовать их действительным

характеристикам. Все это на практике приводит к расстройке системы,

отклонению от расчетных режимов работы, снижению качества управления и

даже к потере устойчивости.

В последнее время установилось более или менее общепризнанное

представление об одном из наиболее разработанных и распространенных в

практике классе адаптивных систем, получивших название

самонастраивающихся (СНС), разработка одной из которых является основной

целью данной курсовой работы.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

Анализ исходных данных

Схема системы автоматического регулирования (САР) выходной

координаты Y приведена на рис. 1:

Рисунок 1. Схема системы автоматического регулирования (САР) выходной

координаты.

САР регулирует выходную координату процесса резания металла с

заданной точностью. Каждый процесс резания характеризуется своей выходной

координатой, которая на функциональной схеме обозначена буквой Y. Процесс

резания на схеме (рис.1) обозначен функциональным блоком ПР, управляющей

координатой ПР является глубина резания S (на схеме обозначена Х),

возмущающим воздействием является подача t и скорость резания V (на схеме

обозначены буквой f).

ПУ – передаточное устройство, это механическая система,

преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию

управляющего воздействия процесса резания. ПУ является линейным звеном. С

точки зрения динамики является апериодическим звеном первого порядка с

постоянной времени

ПУ

. Двигатель Д преобразует электрическую энергию в

механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной

постоянного тока с независимым возбуждением. Возбуждение машины

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не

изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование

скорости n

двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

ПЭ – преобразователь электрической энергии, преобразует

электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в

электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного

напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь

электрической энергии является линейным звеном. Выходное напряжение U

равно номинальному значению при напряжении управления 10 В. С точки зрения

динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго

порядка с постоянными времени

УС – усилитель. Является безынерционным звеном, усиливает

напряжение, поступающее от корректирующего устройства.

КУ – корректирующее устройство. Корректирует динамические

свойства САР. Статический коэффициент передачи КУ равен единице.

БЗ – блок задания. Блоком задания задается напряжение

, его

величина определяет величину задания выходной координаты САР. БЗ содержит

в себе источник стабилизированного напряжения

СТ

и резистор R3.

5

СТ

В.

ДУ – измерительная система выходной координаты процесса резания.

Представляет собой с точки зрения динамики апериодическое звено первого

порядка с постоянной времени

ДУ

. При номинальном значении выходной

координаты выдаёт напряжение

5

ОС

В.

С – сумматор на базе операционного усилителя и на резисторах R

, R

. Является безынерционным звеном с коэффициентом передачи равным

единице. На резистор R

сумматора поступает положительное напряжение U

блока задания. На резистор R

поступает напряжение обратной связи U

ОС

отрицательным знаком. Просуммированное напряжение поступает с сумматора

на КУ. Суммирование осуществляется по алгоритму

ОСЗС

UUU 

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

Функциональная схема САР представлена на рис.2:

Рисунок 2. Функциональная схема САР.

По алгоритму функционирования данная САР является следящей. В ней

выходная величина – скорость – регулируется с заданной точностью при

изменении напряжения на входе, т.е. система управляет выходной координатой.

На вход системы подается напряжение

, соответствующее заданной скорости

резания. Это напряжение сравнивается с напряжением

ОС

, поступающим с

датчика обратной связи – например, естественной термопары. Если существует

ненулевая разница этих напряжений – ошибка регулирования



, то она с

соответствующим знаком поступает на КУ, УС, ПЭ. ПЭ таким образом меняет

напряжение на своем выходе, чтобы свести ошибку регулирования путем

изменения скорости вращения двигателя к минимуму или нулю. Если на систему

действуют возмущения, то система с обратной связью будет компенсировать эти

возмущения, поддерживая температуру в области резания постоянной.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

Анализ процесса резания как объекта управления

1. Определение состава выходных координат ПР. В качестве выходных

координат можно взять температуру в зоне резания, параметры стружки, силу

резания, уровень шероховатости обработанной поверхности, скорость резания и

др.

2. Выбор выходной координаты, наиболее эффективно действующей на

процесс резания. За выходную координату возьмём скорость резания, будем

стремиться поддерживать ее на уровне оптимальной, которой соответствует

минимальный износ инструмента, максимальное качество процесса резания и

др.

3. Математическое описание ОУ: уравнение (1) отражает влияние на

оптимальную скорость различных факторов.

ОУ описывается следующим уравнением:

51.0)lg*58.081.0(91.046.001.156.5

****)*1.0(*







rвtпSSвCvV

(1)

4. Определение ограничений, в условии которых должен действовать ПР.

Температура в зоне резания не должна превышать 800 С, чтобы не плавился

резец. Также рекомендуется работать в той зоне скоростей (температур), где не

образуется нарост на вершине режущего инструмента.

5. Определение состава управляющих координат(УК). На выходную

координату оказывают влияние глубина резания tр, подача S, радиус вершины.

6. Выбор управляющей координаты , оказывающей самое эффективное

воздействие на выходную координату. Из уравнения (1) видно, что подача

наиболее эффективно влияет на скорость резания. Кроме того, изменять подачу

металлорежущего станка несложно. Поэтому выберем в качестве управляющей

координаты подачу S.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

7. Определение состава возмущений. По условию, на ПР в качестве возмущения

действует изменение величины снимаемого припуска, твердость инструмента,

величина износа задней поверхности инструмента.

8. Определение диапазона изменения возмущений

изменяется в пределах от 0,5 до 0,7 мм, т.е. Δ

=0,2мм.

Учитывая вышесказанное, ПР в качестве объекта управления можно

представить в упрощенном виде следующим образом:

∆t

S Процесс резания V

Рисунок 3. Функциональная схема процесса резания как объекта управления.

9. Определение отклонения выходной координаты при совместном действии

возмущений: скорость резания будет изменяться в пределах

(Sв при температуре 680 составляет 710 МПа)

0мин

= 10

5.56

•(0,1•920•10

)

-1.01

•(0,21•10

-3

)

-0.46

•(0,5•10

-3

)

-0.91

•(0,5•10

-3

)

(0.81+0,58•lg45)

•

-0.51

=44 м/мин

0макс

=10

5.56

•(0,1•920•10

)

-1.01

•(0,21•10

-3

)

-0.46

•(0,7•10

-3

)

-0.91

•(0,5•10

-3

)

(0.81+0,58•lg45)

•

-0.51

=59,8 м/мин

9.51

448.59











MINMAX

Vном

м/мин

0тклонение выходной координаты получилось равным

Сравнение точности с заданной:

9.7





HOMMAXР

%%07.0%22.15

51.9

%100*

ном













Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления

Реальное отклонение выходной координаты больше допустимого .

Разработка структурной схемы САР

Структурную схему составим на основании функциональной схемы на

рис. 2. Структурная схема неизменяемой части САР будет включать в себя все

элементы САР, кроме корректирующих устройств.

Преобразователь энергии. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет

собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т1 и Т2.

Его передаточная функция имеет вид:

)1*2(*)1*1(

)(





pTpТ

Kпэ

пэ

значения постоянных времени даны в таблицах, коэффициент

Кпэ=Uc/10=11В,

Тогда

)1*06.0(*)1*118.0(

)(





пэ

Двигатель. Используя систему уравнений (2) двигателя

U=E+I*R+L*dI/dt;

E=Ce*Ф* ω; (2)

M=Mc+J*d ω/dt;

M=Cm*Ф*I;

8,13

110725,0

1100













08,157

150014,32















рад/с

6546,0

08,157

52,08,13110











НН

RIU



В*с/рад

МP







0028,7

08,157

1100





Н*м

507,0

8,13

0028,7



Н*м/А

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Синтез адаптивной системы управления



































еМ

ОСП

p)R/L(1

R/1

p)R/L(1

R/1

)p(W)p(W1

)p(W

1056.000228.0

52905,1

331578,001872.0000756,0

507,0

)(



























pppp

ФСФCpRJpJL

ФC

pJLpRJ

ФСФC

pJpLR

ФС

еM

, его структурную схему можно представить следующим образом:

Рисунок 4. Структурная схема электродвигателя

Передаточное устройство является линейным звеном. С точки зрения динамики

является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Тпу,

тогда Wпу(р)=Кпу/(Тпу*р+1),

Тпу=0, следовательно

Wпу(р)=Sном/n ном, Wпу(р)=0.21/1500=0.00014

Процесс резания (ПР) описывается уравнением

51.0

)lg*58.081.0(91.0

46.001.1

56.5

****)*1.0(*











впвv

rtSSCV

p)R/L(1

R/1



)p(U

)p(I

M)p(M 

)p(E

)p(



)p(



)p(E)p(U 