Файл: Кафедра атп курсовая работа по Теории автоматического управления на тему система автоматического регулирования старков С. Л гр. Атп324 Проверил Коуров Г. Н. Уфа2022 Содержание.docx

Министерство образования Российской Федерации
Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет

Кафедра АТП
Курсовая работа

по

«Теории автоматического управления»

на тему

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Выполнил: Старков С.Л

гр. АТП-324

Проверил: Коуров Г. Н.


Уфа-2022

Содержание

Введение

Теория автоматического регулирования изучается во всех высших технических учебных заведениях в качестве одной из базовых дисциплин. На ее основе в дальнейшем читаются такие курсы, как теория автоматического управления, автоматизированные системы переработки информации, управление технологическими и организационно – экономическими процессами, теория автоматизированного проектирования систем и их математическое обеспечение, теория принятия инженерных решений, а также целый ряд дисциплин специального назначения. Объекты и устройства систем регулирования отличаются по своей физической природе и принципам построения, поэтому проектировщику необходимо не только иметь хорошую подготовку в области механики, электротехники, электроники, но и уметь учитывать специфические особенности объекта. С целью овладения практическими навыками использования методов теории автоматического регулирования будущие специалисты в процессе обучения выполняют домашние задания, курсовые и дипломные работы по проектированию систем управления конкретными объектами.

Трудность выполнения проектных работ в значительной степени определяется сложностью математического аппарата, используемого при описании объектов и систем автоматического регулирования (САР). Для непрерывных объектов с сосредоточенными и распределенными параметрами – это обыкновенные дифференциальные и интегральные уравнения и дифференциальные уравнения в частных производных соответственно; а для объектов информация с которых снимается в дискретные моменты времени, - разностные уравнения. В такой форме описываются в частности, и процессы в управляющих вычислительных машинах, получивших к настоящему времени весьма широкое распространение в САР.

---

Задание

При фрезеровании заготовки погрешность обработки вызвана упругими деформациями системы СПИД и зависит от колебаний составляющей силы резания P_x. Колебания силы P_x обусловлено изменением величины суммарного припуска f_п. Погрешность обработки определяется по формуле:

(1)

где W – податливость системы шпиндель – стол;

Сила P_x определяется по формуле:

(2)

где C_p – коэффициент, учитывающий особенности условий обработки;

x, y, n, q, w – показатели степени;

D, z – диаметр и число зубьев фрезы;

B – ширина фрезерования;

S_z – подача на зуб;

- скорость вращения шпинделя.

Для заданной пары инструментальный и обрабатываемый материал выбираем значения коэффициентов и показателей степени: C_p=8.25; x=1.0; y=0.75; n=1.1; q=1.3; w=0.2. Податливость системы СПИД фрезерного станка 6Р12 (ширина стола 320 мм) W=40 мкм/кН.

Необходимо провести синтез САР, позволяющий стабилизировать погрешность обработки с точностью при изменении t_п в заданных пределах от t_п=0,7 до t_п=1.0.

Данные:

B=150мм D=250мм z=12 V=120м/мин

S=0.05мм/зуб Инструментальный материал – ВК8

Обрабатываемый материал – углеродистая сталь P=2.5кВт

U=220В Тип станка – 2ПН180LYXЛ4 T1=0.107c

Т2=0,17с Тду=0с Тпу=0с Ти=0с
Двигатель 2ПН180LYХЛ4, мощность 0,63 кВт, напряжение 220 В, n ном=750, КПД=82% Rя=1.69 Ом, Rдп=0.981 Ом, Rв=131/34.7 Ом, Lя=64 мГн, Jном=0.23 кг*м^2.

1 Анализ исходных данных

Схема взаимодействия электропривода подачи стола фрезерного станка приведена на рис. 1:



САР должна регулировать выходную координату с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР. Блок задания (БЗ), состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора RЗ задает напряжение U_з, величина которого определяет величину задания выходной координаты САР. Из напряжения задания, при помощи сумматора (С) вычитается напряжение обратной связи. Вычитание происходит по алгоритму

---

. Напряжение обратной связи подается с помощью измерительной системы выходной координаты процесса резания (ДУ), которая с точки зрения динамики представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени Т_ДУ. Напряжение, получившееся в результате суммирования, подается на корректирующее устройство (КУ). Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Корректирующее устройство падает напряжение на усилитель (УС). Усилитель является безынерционным звеном. Усиленное напряжение поступает на вход преобразователя электрической энергии (ПЭ). Он 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 энергии является линейным звеном. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т₁ и Т₂. Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возмущение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U. Вращение с вала двигателя передается на передаточное устройство (ПУ). Передаточное устройство – это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики он является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Т_ПУ. Процесс резания (ПР) имеет входную координату X, выходную координату Y и на него действует возмущение f.

Учитывая все сказанное выше мы можем составить функциональную схему.

2 Анализ процесса резания

Произведем анализ процесса резания как объекта управления. Анализ будем производить в несколько этапов:

1. 
   Определение состава выходных координат ОУ. При фрезеровании, в качестве выходных координат мы получаем: силу резания P_x, толщину стружки, вращающий момент, мощность;
   
2. 
   Выбор выходной координаты, количественно определяющей качество хода ПР. По заданию нам необходимо регулировать погрешность обработки с заданной точностью. За выходную координату примем погрешность обработки Δ Погрешность обработки, в свою очередь, по (1) прямопропорциональна силе резания P_x.
   
3. 
   Выполнение математического описания. Зависимость выходной координаты Δ от различных влияющих на нее факторов описывается с помощью формулы (1). Но при составлении, в дальнейшем структурной схемы, нам придется использовать следующую систему уравнений для описания двигателя:
   

---

(3)

4. 
   Определение ограничений, в условии которых должен производится ПР. Основным ограничением будет то, что напряжение может регулироваться только вниз, т. е. мы можем только уменьшать входную координату X;
   
5. 
   Определение состава управляющих координат. На выходную координату оказывают влияние: диаметр фрезы D, число зубьев фрезы z, ширина фрезерования B, подача на зуб S_z, частота вращения шпинделя n_ш.
   
6. 
   Выбор управляющей координаты, оказывающей самое эффективное воздействие на выходную координату при соответствующих ограничениях. По условию задания, диаметр и число зубьев фрезы, ширина фрезерования являются постоянными величинами, поэтому мы можем отнести их к входным параметрам. Показатель степени при n_ш мал, он составляет всего 0,2. Поэтому изменение частоты вращения шпинделя не будет оказывать существенного влияния на силу резания. Ее мы тоже можем отнести к входным параметрам. В качестве управляющей координаты выберем S_z.
   
7. 
   Определение состава возмущений. По условию задания на процесс резания, в качестве возмущений, действует колебание величины снимаемого припуска. Учитывая все это, мы можем представить процесс резания в качестве объекта управления следующим образом:
   

---

n_ш

Δ

Процесс резания

D

B

S_z

z


А формула (2) перепишется следующим образом:

, где C=C^pBⁿz/2D^qn^w=9,177 (4)

8. 
   Определение диапазона изменения возмущений. Возмущение изменяется в пределах от 0,7 мм до 1,0 мм.
   
9. 
   Определение диапазона изменения выходной координаты при совместном действии возмущений. Согласно формуле (4) выходная координата P_x будет изменяться в пределах от
   

P_{x min}=9.177*0.7*0.05^0.75=0.679 кН до

P_{x max}=9.177*1*0.05^0.75=0.970 кН

Δмин=40*0.679=27.16 мкм,

Δмакс=40*0.970=38.8 мкм

Δном=40*9.177*1.0*0.05^0.75=38.81 мкм

10. 
    Определение возможного диапазона изменения управляющего воздействия. Учитывая функциональные возможности фрезерного станка, мы можем изменять подачу в диапазоне от 0,005 мм/зуб до 0,05 мм/зуб.
    
11. 
    Определение заданной точности регулирования выходной координаты. Заданная точность ,
    

Так как реальное отклонение выходной координаты больше допустимого, то нам придется регулировать выходную координату, т. е. нам придется проектировать систему автоматического регулирования.

3 Разработка структурной схемы неизменяемой части САР

Произведем разработку структурной схемы неизменяемой части САР, в которую входят все элементы кроме корректирующего устройства.

Преобразователь энергии, с точки зрения динамики процесса является апериодическим звеном второго порядка. Его передаточная функция: Значение постоянных времени T₁ и T₂ дано в исходных данных, а значение коэффициента передачи найдем из условия номинального значения напряжения якоря двигателя.

K_ПЭ=U_Я/U_УС=220/10=22В; W_ПЭ(р)=22/((1+0,17р)(1+0,107р))
Согласно системе уравнений (3) двигатель можно представить в виде следующей схемы:

---