Автоматизация процессов производства. Переходной процесс в нескорректированной системе по методу Солодовникова В. В.

1. Введение

По мере развития человек всё ближе соприкасается с проблемой управления в самых разных областях своей деятельности. Именно поэтому проблемами управления приходилось заниматься более углубленно. Целесообразность комплексного изучения процессов управления привела к созданию самостоятельной фундаментальной науки, получившей название кибернетики. Часть этой науки связана с изучением процессов управления. Вопросы, связанные с разработкой конкретных схем, расчётом элементов автоматических устройств для управления различными объектами рассматривается в прикладной дисциплине ТАУ. Современная теория автоматики получила развитие на базе теории автоматического регулирования. В 1765 г. – был установлен первый автоматический регулятор на паровой поршневой машине русским механиком И. И. Ползуновым для поддержания заданного уровня воды в паровом котле.

Значительное развитие автоматика получила с появлением ЭВМ, которые обеспечили работу операторов в САУ.

Сегодня автоматизация процессов производства лежит в основе всех отраслей техники, вызывая кардинальные изменения в технологии и организации производства.

2. Анализ исходных данных на проектирование

Исходные параметры:

1)  Коэффициент передачи двигателя по регулирующему воздействию, [об/мин В]          9,0

2)  Электромеханическая постоянная времени двигателя, [c]                                               0,35

3)  Коэффициент передачи ЭМУ                                                                                              12,0

4)  Постоянная времени короткозамкнутой цепи ЭМУ, [c]                                                   0,06       

5)  Постоянная времени цепи управления ЭМУ, [c]                                                               0,004

6)  Коэффициент передачи Тг, [В с/об]                                                                                     0,7

7)  Коэффициент передачи двигателя по возмущающему воздействию, [об/мин кг м]      3,5

8)  Постоянная времени якоря двигателя, [c]                                                                           0,03

Численное значение оценок

9)  Статическая ошибка регулирования, [%]                                                                            0,5

Численное значение показателей качества

10) Время регулирования, [c]                                                                                                      0,4

11) Показатель колебательности                                                                                                1,2

12) Закон изменения возмущающего воздействия                                                                   1(t)

А также введены обозначения:

K_д^Uя – коэффициент передачи двигателя по регулирующему воздействию;

K_ЭМУ – коэффициент передачи ЭМУ;

K_ТГ – коэффициент передачи тахогенератора;

K_д^Мс – коэффициент передачи двигателя по возмущающему воздействию;

Т_М – электромеханическая постоянная времени;

Т_КЗ – постоянная времени короткозамкнутой цепи ЭМУ;

Т_у – постоянная времени цепи управления ЭМУ;

Т_я – постоянная времени якоря двигателя;

e^у_уст – статическая ошибка регулирования;

t_p – время регулирования;

d - максимальное перерегулирование.

Принципиальная схема

3. Функциональная схема

Обозначения:

П₁ – потенциометр (задаёт уставку);

КУ – корректирующее устройство;

ЭУ – электронный усилитель;

ЭМУ – электромашинный усилитель;

ДПТ – двигатель постоянного тока;

ТГ – тахогенератор;

ПД – приводной двигатель.

4. Анализ действующих на систему возмущающих воздействий

Возмущающие воздействия, действующие на САР:

1)  Момент сопротивления со стороны ТГ;

2)  Напряжение питающей сети (напряжения уставки, напряжения обмоток возбуждения ДПТ и ТГ, напряжения питания ПД)

3)  Температура окружающей среды.

Момент сопротивления.

Момент сопротивления на валу ДПТ М_с является главным возмущающим воздействием в системе. Исходя из данной САР для устойчивого состояния системы необходимо, чтобы М_вр = М_с. Т. е. при увеличении M_c частота оборотов ДПТ уменьшится, соответственно уменьшится и напряжение вырабатываемое тахогенератором. В соответствии с уравнением замыкания системы e(t) = y(t) – x₁(t) Þ DU(t) = U_y(t) – U_тг(t) (4.1) сигнал ошибки DU(t)  возрастёт, т. е. возрастёт Е_эму, напряжение на якоре ДПТ и ток якоря, а значит и частота оборотов. Т. о. мы снова пришли к устойчивому состоянию системы, при котором М_вр = М_с.

Напряжение питающей сети.

Изменение напряжения сети является второстепенным возмущением, оказывающим влияние на:

§  изменение напряжения U₀ (изменяется напряжение уставки U_у). В свою очередь это приводит к изменению входного напряжения КУ  DU, исходя из уравнения замыкания  DU(t) = U_y(t) – U_тг(t). Происходит изменение магнитного потока управления ЭМУ, т. к. магнитный поток пропорционален напряжению питания обмотки (Ф_у –  оказывает влияние на Е_эму: Е_эму = К_эму^Ф * Ф_у (4.2));

§  магнитный поток обмотки возбуждения ДПТ (Ф_дпт – влияет на частоту вращения вала двигателя, т. к. n =  (4.3)). Т. е. при увеличении Ф_дпт  происходит снижение частоты вращения вала двигателя, поэтому недопустимо отключать обмотку возбуждения двигателя;

§  магнитный поток обмотки возбуждения тахогенератора ТГ (Ф_тг – влияет на выходное напряжение ТГ). U_тг = С_е*n*Ф_тг – I_я*R_я. Увеличение Ф_тг вызывает увеличение U_тг;

§  изменения напряжения питания ПД приводит к изменению частоты