1. Цель и задачи курсового проектирования

скачать doc

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цель и задачи курсового проектирования	2
2. Задание и исходные данные	2
3. Выбор типовых элементов привода	4
3.1. Выбор исполнительного двигателя 3.1.1 Расчет мощности 3.1.2 Расчет возможных значений передаточного отношения редуктора 3.1.3 Проверка правильности выбора электродвигателя 3.1.4 Построение механической и регулировочной характеристик 3.1.5 Передаточная функция электродвигателя	4 4 4 5 8 9
4.1. Выбор тахогенератора	10
4.2. Выбор сельсинов точного и грубого отсчетов	10
5 Проектирование механического редуктора	11
6 Окончательная проверка электродвигателя	12
7 Динамика электромеханической системы	12
7.1 Структурная схема	12
7.2 Передаточная функция разомкнутой системы	12
7.3. Передаточные функции элементов	13
7.4. Передаточная функция системы	14
7.5 Построения графика разгона системы до максимальной скорости	14
7.6. Построение графика изменения во времени угла поворота объекта	16
8. Разработка и описание принципиальной электрической схемы	16
Список использованной литературы	19

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В системах автоматического управления технологическими процессами широко применяются электромеханические системы. Почти две трети всей энергии, вырабатываемой электрическими станциями, преобразуется в механическую электромеханическими системами.

Для обеспечения высоких технико-экономических показателей проектируемой системы необходимо выбрать структуру системы, элементы, входящие в нее, таким образом, чтобы они функционировали в оптимальном режиме.

Задачей курсового проектирования является использование студентами сведений и данных, содержащихся в научно-технической и справочной литературе. Итогом работы над курсовым проектом должно быть решение, основанное на использовании современной элементной базы и отвечающее требованиям технического прогресса.

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тема. “Двухканальная электромеханическая следящая система

с исполнительным двигателем постоянного тока”

I.Исходные данные

Таблица 2.1.

Исходные данные

М₀	I₀	Ω₀	ε₀	Δθ	Тип УМ
6,57	0,32	1,4	15,8	2,5	Электронный усилитель

– статический момент нагрузки – М₀ [н∙м];

– момент инерции нагрузки – I₀ [кг∙м²];

– максимальная скорость – Ω₀ [рад/с];

– максимальное ускорение – ε₀ [рад/с²];

– погрешность воспроизведения угла (не более) – Δθ [угл.мин];

– блок-схема системы приведена на рис. 2.1.

II.Задание

выбрать типовые элементы ЭМС (ИД, ТГ, сельсины ТО и ГО), рассчитать и построить механические и регулировочные характеристики привода;
определить передаточные отношения силового редуктора РС и редукторов Р_Д и Р_П между сельсинами ТО и ГО на задающей и приемной оси;
рассчитать передаточные числа РС, обеспечивающие максимальный момент и скорость двигателя;
определить коэффициенты усиления УМ, ФЧУ, ПУ, СУ, ТГ;
вывести передаточные функции элементов системы и разработать структурную схему всей системы;
рассчитать и построить для разомкнутой системы график разгона системы до максимальной скорости, график изменения во времени угла поворота объекта;
разработать принципиальную электрическую схему и описать принцип действия системы.

Рис. 2.1. Блок-схема системы.
СД–ГО, СД–ТО – сельсин-датчик грубого и точного отсчетов;

СП–ГО, СП–ТО – сельсин-приемник грубого и точного отсчетов;

ПУ – предварительный усилитель;

СУ – синхронизирующее устройство;

ФЧУ – фазочувствительный усилитель;

МУ – магнитный усилитель;

ТГ – тахогенератор;

ИД – исполнительный двигатель;

РС – силовой редуктор;

О – объект.

ВЫБОР ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА

Выбор исполнительного двигателя

Исполнительный двигатель является ключевым элементом электромеханической системы (ЭМС). Выбор мощности двигателя производится исходя из необходимости обеспечения заданной работы при условии нормального температурного режима и допустимых механических перегрузок. Затем производится уточненная проверка динамических возможностей и энергетических характеристик самого привода.
3.1.1 Расчет мощности

– мощность исполнительного двигателя постоянного тока,

где

– максимальная скорость привода [рад/с];

К_Р = (1

2) – коэффициент запаса по мощности;

η_М = (2,5

3) – коэффициент перегрузки двигателя по моменту.

[Вт].

По приложению 3 выбираем двигатель СЛ – 261.

Технические данные двигателя СЛ – 321:

Мощность Р_НОМ = 38 Вт;

Напряжение U_ЯНОМ = 110 В;

Скорость вращения Ω_НОМ = 3000 об/мин = 314,159 рад/с;

Ток якоря I_ЯНОМ = 0,7 А;

Момент инерции якоря J_Д = 0,6·10^-4 кг/м²;

R_Я = 25,8 Ом; L_Я = 0,91·10^-2 Гн;

U_ОВ = 110 В; I_ОВ = 0,11 А.

Расчет возможных значений передаточного числа редуктора

Возмём i_p=98

Проверка правильности выбора электродвигателя

- по нагрузке

, где

условие выполняется.
- по скорости

1,4<

условие выполняется
- по моменту

0,121>0,115 условие выполняется
- по нагреву

0,121>0.07 – условие выполняется

3.1.4 Построение механических и регулировочных характеристик
Механическая характеристика.

Ω = f(М_Д)

Пусковой момент:

Скорость холостого хода:

Построим механическую характеристику привода:

Рис. 4.2.1. Механическая характеристика привода.
Регулировочная характеристика.

Ω = f(U_Я)

Рис. 4.2.2. Регулировочная характеристика привода.

Передаточная функция электродвигателя

Исполнительный двигатель:

[c];

;

4.1 Выбор тахогенератора
Так как исполнительный двигатель постоянного тока, то целесообразно выбрать тахогенератор постоянного тока, у которого номинальная скорость вращения не меньше номинальной скорости вращения исполнительного двигателя. Исходя из этих соображений по приложению 13 выбираем ТГ СЛ – 162.

Технические данные ТГ СЛ – 162:

Напряжение U_ОВ = 110 В;

Ток I_ОВ = 0,08 А;

Крутизна = 0,025

Максимальный ток нагревания I_Н = 0,2 А;

Сопротивление обмотки якоря R_Я = 51 Ом;

Момент инерции якоря J_Я = 2·10^-5 кг·м²;

Индуктивность обмотки якоря L_Я = 0,43 Гн;

Максимальная скорость якоря Ω_НОМ = 3600 об/мин = 377 рад/с.
4.2 Выбор сельсинов точного и грубого отсчетов
Для повышения точности передачи угла применяют двухканальные системы, состоящие из каналов грубого (ГО) и точного (ТО) отсчетов.

Для заданной погрешности:

Δθ = 2,5/60 = 0,042^о.

По приложению 10 выберем контактные сельсины ДИ – 404 и СС – 404.

Технические данные сельсинов ДИ – 404 и СС – 404:

Частота питания f = 50 Гц;

Напряжение питания U = 110 B;

Ток возбуждения I_B = 0,42 A;

Вторичное напряжение U_ВТОР = 49 В;

Момент трения = 0,075 Н·см = 7,5·10^-4 Н·м;

Скорость вращения Ω = 500 об/мин = 52,36 рад/с.
Определим передаточное отношение Р_Д и Р_П между сельсинами ТО и ГО на задающей и приемной оси. Выберем сельсины 1-го класса точности; для заданного класса точности погрешность передачи угла составляет 0,25^о. Заданная погрешность 0,042^о. Определим передаточное отношение Р_Д и Р_П:

i_Д = 0,25/0,042 = 5,952

i_П = 0,75/0,042 = 17.857

n = i_Д∙ i_П = 3.968*11.905 = 106,293

Выбор электронного усилителя

В качестве электронного усилителя выберем операционный усилитель

К-140УД5А схема которого представлена ниже, коэффициент усиления рассчитаем позднее

Проектирование механического редуктора

Общее передаточное отношение редуктора рассчитывается, исходя из заданной максимальной скорости нагрузки Ω_О и номинальной скорости исполнительного двигателя Ω_НОМ:

.

Это значение должно удовлетворять следующему условию:

Определим число n кинематических пар редуктора из условия:

т.е. получили 4 кинематических пары редуктора.

Найдем значения передаточных пар редуктора, обладающего минимальным приведенным моментом инерции, по следующим формулам:

Рассчитаем приведенный момент инерции редуктора I^’_p:

Окончательная проверка выбора электродвигателя

0,121>0.119 условие выполняется

Динамика электромеханической системы

Структурная схема

7.2 Передаточная функция разомкнутой системы
Рассчитаем общий коэффициент усиления

Выходное напряжение сельсинов:

[B]
Тогда коэффициент усиления электронного усилителя будет равен:

коэффициент усиления тахогенератора определяется крутизной его характеристики

коэффициент усиления синхронизирующего устройства К_су=1

Поскольку на сельсинах выходное напряжение достаточно большое (49В), то предварительный усилитель можно не ставить К_ПУ=1

Коэффициент усиления фазочувствительного усилителя будет равен:

7.3 Передаточные функции элементов
Сельсины:

W_C(p) =

Фазочувствительный усилитель:

W_ФЧУ(р) = К_ФЧУ = 46,147.
Электронный усилитель:

Wэу(р) = Кэу =29,073

Тахогенератор:

Редуктор:

Передаточная функция системы

Построение графика разгона системы до максимальной скорости

В(р) = 0 →

= 0

р₁ = 0;

р₂ = – 1634.43;

p₃= - 479.14;

p₄= - 51.19

B`(p) = 4,564p³+7410p²+603400p +45740000

t, с	0.01	0.02	0.03	0.04	0.05	0.06	0.07	0.09	0.11	0.12
ω(t)	0.56	0.89	1.1	1.21	1.29	1.33	1.36	1.386	1.395	1.397

Рис. 7.5.1. График разгона системы до максимальной скорости.

Построение графика изменения во времени угла поворота объекта

t, с	0.1	0.3	0.5	0.7	0.9	1.1
α_ВЫХ(t)	0,141	0,42	0,7	0,98	1.26	1.5

Рис. 7.6.1. График изменения во времени угла поворота объекта.

РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Принципиальная схема системы включает в себя двухканальную следящую систему сельсинов, устройство синхронизации, фазочувствительный усилитель и магнитный усилители, исполнительный двигатель постоянного тока, тахогенератор в цепи отрицательной обратной связи.

Двухканальная система сельсинов имеет каналы точного (ТО) и грубого (ГО) отсчетов. При подаче на вход системы задающего угла сначала отрабатывается угол из канала ГО, а затем на канале ТО до заданной точности.

Коммутация каналов осуществляется с помощью устройства синхронизации. Угол, преобразованный в напряжение на двухканальной системе сельсинов, работающих в трансформаторном режиме, подается на фазочувствительный усилитель, который, в зависимости от амплитуды и фазы напряжения, на выходе выдает напряжение соответствующей полярности.

Затем напряжение поступает на вход усилителя мощности, к выходу которого подключен исполнительный двигатель. На вход УМ подается и напряжение с тахогенератора с учетом того, что ТГ – элемент отрицательной обратной связи.

Принципиальная электрическая схема представлена на рис. 6.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Давыдюк В. Б. Электромеханические системы. Методические указания к курсовому проектированию. – М.: Типография МИИТ, 1998.
Волков Н. И., Миловзоров В. П. Электромашинные устройства автоматики.–М.: Высшая школа, 1986.
Рабинович Л. В. и др. Проектирование следящих систем. – М.: Машиностроение, 1969.
Башарин А. В. и др. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. – Л.: Энергия, 1972.

из механической характеристики

пока не нужен

Условие проверки:

,

где Р_Н.НОМ – мощность, теряемая в двигателе в номинальном режиме работы;

β = (0,5

0,75) – коэффициент, учитывающий теплоотдачу двигателя;

Р_Н.СР – среднее значение мощности, теряемой в двигателе за время работы– t_P.

,

где R_Я – активное сопротивление якоря двигателя;

i_Я(t) – диаграмма изменения тока в якоре за время t_P;

Р_ОВ – мощность, выделяемая в обмотке возбуждения.

Мощность номинального режима рассчитывается по формуле: