«Приборная электромеханическая следящая система»

скачать doc

МПС РФ

МГУПС

Кафедра «Управление и информатика в технических системах»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине: “Электромеханические системы”

На тему: «Приборная электромеханическая

следящая система»

Выполнил студент гр. АУИ-412: Щукарев Ф.В.

Принял: Давыдюк В.Б.

МОСКВА 2001

Введение
В системах автоматического управления технологическими процессами широко применяются электромеханические системы.

Почти две трети всей энергии, вырабатываемой электрическими станциями , преобразуется в механическую электромеханическими системами . В связи с этим специалисты в области управления техническими системами должны владеть принципами построения электромеханических систем , методами расчета и анализа их статических и динамических характеристик , при которых достигается экономия электроэнергии .

Для обеспечения высоких технико-экономических показателей проектируемой системы необходимо выбрать структуру системы, элементы, входящие в неё, таким образом , чтобы они функционировали в оптимальном режиме. Поэтому в процессе работы над курсовым проектом формируются основы системного подхода, в котором с учетом характеристик отдельных элементов синтезируется структура системы, наилучшим образом отвечающая техническим требованиям.

Разработка приборной электромеханической следящей системы потребует изучения известных реализаций электромеханических систем.

Отсюда задачей курсового проектирования является использование сведений и данных, содержащихся в научно-технической и справочной литературе. Итогом работы над курсовым проектом должно быть решение, основанное на использовании современной элементарной базы.

СОДЕРЖАНИЕ
Задание...........................................................................................…….4

Исходные данные..........................................................................……..5

Выбор ДАД................................................................... ...........………6

1.1Проверка правильности выбора двигателя......... ..……...6

1.2Механическая характеристика............................. ..……..7

1.3Регулировочная характеристика........................... ...……8

Проектирование редуктора............................................. ........……9

2.1 Оптимальные передаточные числа РС……………………9

2.2 Выбор количества ступеней..... ..... ..... ..... ..... ..... ..…...9

2.3 Разработка кинематической схемы редуктора..... .….11

2.4 Расчет приведенного момента инерции редуктора ....11

Выбор типовых элементов............................................. ........……12

Выбор СКТ ............................................. ...................……12

Проверка правильности выбора двигателя ...........................……13

Проверка по моменту........................................... ...……13
Проверка по скорости........................................... ..……13
Проверка по нагреву........................................... ......…...13

Определение коэффициентов усиления УМ,ТГ,ПУ.................…...15

5.1 Коэффициент усиления ТГ...........................................….15

Коэффициент усиления ПУ.........................................….15
Коэффициент усиления УМ.......................................…...15

6. Передаточные функции элементов...........................................….16

6.1 Передаточная функция ТГ.............................................16

6.2 Передаточная функция двигателя.............................….16

6.3 Передаточная функция РС..........................................….16

6.4 Передаточная функция УМ.........................................….16

7. Передаточная функция разомкнутой системы и разгонные характеристики....................................................... ..................……..17

8. Принципиальная электрическая схема....................................……20

Список используемой литературы...........................................….21

Задание

- Выбрать типовые элементы системы (ДАД, тахогенератор, СКТ), рассчитать и построить механическую и регулировочную характеристику привода;

- Определить передаточное отношение силового редуктора РС;

- Рассчитать оптимальные передаточные числа РС по скорости и моменту;

- Определить коэффициенты усиления УМ, ТГ, ПУ;

- Вывести передаточные функции элементов и разработать структурную схему всей системы;

- Рассчитать и построить для разомкнутой системы графики изменения во времени скорости и угла поворота объекта с граничными условиями:,;

- Разработать кинематическую схему РС;

- Разработать принципиальную электрическую схему системы и описать её принцип действия.

Исходные данные

Тема №4 ,вариант №8

Тема №4 ,вариант №8

статический момент нагрузки М =1,7 [н*м ]
момент инерции нагрузки I =0,0227 [кг*м ]
максимальное ускорение =1,43 [рад/с]
максимальная скорость =1,3 [рад/с]
погрешность воспроизведения угла - =10[угл.мин]
тип усилителя – магнитный усилитель ( МУ)
блок-схема системы приведена на рисунке 1:

Рис.1 Блок-схема системы.

На рис.2.1 приняты следующие обозначения:

СКТ-Д – синусно-косинусный трансформатор-датчик;

СКТ-П – синусно-косинусный трансформатор-приемник;

ПУ—предварительный усилитель;

УМ – усилитель мощности;

ДАД – двухфазный асинхронный двигатель;

РС – редуктор силовой;

О – объект;

ТГ – тахогенератор.

1. Выбор ДАД (двухфазного асинхронного двигателя).

(1.1)

где Тд=(0,02 0,2)с- электромеханическая постоянная двигателя

Выбираем Тд=0,1 с

Из каталога выбираем двигатель , номинальная мощность которого близка к мощности , рассчитанной по формуле (3.1)

Технические характеристики двигателя А ДП-362

напряжение питания ОВ двигателя - 110 [В]
напряжение питания ОУ двигателя -120 [В]
частота питающего напряжения - 50 [Гц]
скорость холостого хода -2650[об/мин]=277,5 [рад/с]
пусковой момент Мп=17[нсм]=0,17 [нм]
номинальная мощность
пусковой ток ОВ = 0,6 [А]
пусковой ток ОУ = 0,65 [А]
номинальная скорость =1950[об/мин]=204,2[рад/с]
момент инерции

1.1.Проверка правильности выбора двигателя

(1.1.1)

где : -электромагнитный вращающий момент, -момент инерции двигателя

(3.4)

- условие выполнено

1.2.Механическая характеристика

Механическая характеристика - зависимость скорости от момента нагрузки при

Для двухфазных асинхронных можно построить механическую характеристику в первом квадранте (двигательный режим) по двум точкам М_пуски , опираясь на механические характеристики для асинхронных исполнительных двигателей[1] М/Мп=m и =xx

. Рис 1.2.1. Механическая характеристика для асинхронных исполнительных двигателей

Рис 1.2.2. Механическая характеристика
Таблица 1.2.1.

Таблица данных графика механической характеристики

	0	0,05	0,1	0,14	0,17
	277	250	200	105	0

1.3 Регулировочная характеристика

Зависимость скорости от напряжения на ОУ при постоянном моменте нагрузки, т.е. при =0.05Нм, выглядит для = и (1.3)

m=M_н/М_п=0,05/0,17=0,29

Рис 1.3.1. Регулировочная характеристика для асинхронных исполнительных двигателей

Регулировочная характеристика после пересчета на управляющее напряжение и угловую скорость будет выглядеть так:

Рис.1.3 Регулировочная характеристика
Таблица 1.3.1.

Таблица данных графика механической характеристики

U_упр, В	35
	0	100	200	250

2. Проектирование редуктора
2.1 Выбор количества ступеней
Общее передаточное отношение редуктора рассчитывается , исходя из заданной максимальной скорости нагрузки и номинальной скорости исполнительного двигателя , соответствующей заданному моменту нагрузки, приведенному к валу двигателя.

(2.1)

Округлим в меньшую сторону 156. При этом должно выполнятся условие выбора исполнительного двигателя по отношению к объекту:

(2.2)

- условие выполнено

Определим число n кинематических пар из условия

Известно:

Следовательно;

Для исключения подрезания зубьев колеса, число шестерни должно удовлетворяться условию

Возьмем

i_p4=157

(2.3)

.

Примем i1=2

z_к₁=20*2=40 зубов
i

(2.4)

Примем i2=2

z_к2=20*2=40 зубов

(2.5)

Примем i3=3,25

z_к3=20*3,25=65 зубов

(2.6) Примем i4=12

z_к4=20*12=240 зубов

Проверка:

(2.7)

Это означает ,что редуктор выбран правильно.

Диаметр ведомого колеса определяется минимально допустимым модулем и числом зубьев. Модуль выходной пары можно принять:

(2.8)

где М_о- момент нагрузки равный 170 Н/м;

К_В=(8..10)- коэффициент ширины зуба;

- допустимое напряжение при расчете зубьев на выносливость от 40 до 60КГ/мм²

Рассчитанное значение модуля выходной пары округляется до ближайшего стандартного 0,3

По таблице 4.2 [2] определим момент инерции ведущей шестерни для модуля 0,3 и z_ш=20 как I_ш=1,11*10^-8 нГм²

d1=m*z1=0.3*20=6 mm

d2=d1*i2 =6*2=12 mm

d3=d1*i3=6*3.25=19.5 mm

d4=d1*i4=6*12=82 mm

2.2 Разработка кинематической схемы редуктора
Момент инерции зубчатого колеса i-й пары с учетом инерции вала и ведущего зубчатого колеса

. (2.2.1)

Редуктор с четырьмя парами шестерен представлен на рис.2.2

рис.2.2 Кинематическая схема редуктора с 4-мя парами шестерен
2.3 Расчет приведенного момента инерции редуктора.
Определим приведенный к валу двигателя момент инерции системы нагруженного привода с 4-х парной передачей:

(2.3)

3. Выбор типовых передаточных звеньев
3.1 Выбор тахогенератора
Так как исполнительный двигатель переменного тока, то целесообразно выбрать тахогенератор переменного тока, у которого номинальная скорость вращения не меньше номинальной скорости вращения исполнительного двигателя ТГ-5А, с параметрами:

Крутизна = 0,8 В/рад/с

Напряжение ОВ 115В

Ток ОВ 0,06А

Максимальная скорость 9000об/мин =945 рад/с
3.2 Выбор СКТ

Выбираем СКТ-1 Д

СКТ-220-1П по условию погрешности воспроизведения угла - =10[угл.мин

]Технические данные:

напряжение питания-36 В
частота питания –400 Гц
максимальное выходное напряжение –1,53 В
крутизна – 0,85 мВ/град
фазовый сдвиг -73 град.
погрешность ТДП - (1020) угл/мин.
остаточное напряжение 17 мВ
число пар полюсов : Д-1 , П-1

4. Проверка правильности выбора двигателя
4.1 Проверка правильности выбора двигателя по моменту

Проверка правильности выбора двигателя по отношению к объекту по моменту:

, (4.1)

где М_о –момент нагрузки;

М_НД–номинальный момент двигателя

M_б=(1,,2%)М_ном

- условие выполнено
4.2 Проверка правильности выбора двигателя по скорости
Проверка по скорости:

(4.2)
156*1,3<1.1*250

204,1<275

Условие выполнено.
4.3 Проверка правильности выбора двигателя по нагреву
Проверка по нагреву для следящей системы:

(4.3)

Условие выполнено.
5.Определение коэффициентов усиления УМ,ТГ,ПУ

Общий коэффициент усиления рассчитываем как добротность

K_общ= (5,1)

K_общ=1,3/(10/60*57,3)=447
5.1 Коэффициент усиления ТГ
Определяется крутизной его выходной характеристики

5.2 Коэффициент усиления ПУ
5.2 Коэффициент усиления ПУ
Так как , то коэффициент усиления ПУ выбираем исходя из , произвольно распределив коэффициенты усиления между предварительным усилителем и усилителем мощности.

В качестве ПУ выбираем операционный усилитель общего назначения К-110УД5А с
5.3 Коэффициент усиления УМ

(5.3)

6.Передаточные функции элементов

6.1 Передаточная функция ТГ
Тахогенератор считается безынерционным звеном, его передаточная функция имеет вид идеального дифференциатора, тогда за входную величину берется угол поворота ротора.

(6.1.1)

где: - крутизна ТГ

W(p)=0,08p

6.2 Передаточная функция двигателя

(6.1)

где (6.2); (6,3)

- коэффициент управления по напряжению

- коэффициент управления по скорости

- электромеханическая постоянная времени

(6.4)

(6.5)

6.3 Передаточная функция PC
Передаточная функция силового редуктора имеет вид:

(6.3.1)

6.4 Передаточная функция УМ
Тиристорный усилитель считается безынерционным звеном , передаточная функция которого имеет вид передаточной функции

идеального статистического звена:

Отсюда:

7.Передаточная функция разомкнутой системы

и разгонные характеристики
Структурная схема приборной электромеханической следящей системы представлена на рис.7.1

Схема разомкнутой приборной электромеханической следящей системы представлена на рис.7.2

Рис.7.1 Структурная схема ЭМС

рис.7.2 Схема разомкнутой системы ЭМС
Найдем передаточную функцию разомкнутой системы:

;

Таблица расчетных значений для графика изменения во времени скорости для разомкнутой системы.

t,[c]	0	0.01	0.03	0.05	0.10	0.15	0.20
	0	0.043	0,4	0,63	1,17	1,25	1,28

Т_сист=J_сумм/с=(J_двиг+J_ред+J_о)/с=(410^-6+1,18710^-7+610^-4)/(1,2910^-4)

Т_сист=0.05c

График изменения во времени скорости

График изменения во времени угла для разомкнутой системы определяется по формуле:

Таблица 10.1

Таблица расчетных значений для графика изменения во времени

угла для разомкнутой системы

t,c	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	0	38,7	77,51	116,3	155,107	193,937

График изменения во времени угла для разомкнутой системы

8. Принципиальная электрическая схема системы.

Литература

Волков Н.И.,Миловзоров В.П.”Электромашинные устройства”
Солодовников В.В.”Основы теории и элементы систем автоматического регулирования”
Арменский Е.В., Фальк Г.Б.”Электрические микромашины”
Давыдюк В.Б. “Методические указания к курсовому проектированию по диссциплине”Электромеханические системы””.

Учащимся

Учителям

Кафедра «Управление и информатика в технических системах»