Синтез замкнутой системы автоматического управления – привода робототехнической системы (гидравлического распределителя)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра «Робототехники и автоматизации производства»

Курсовая работа

по дисциплине

«Теория автоматического управления»

Вариант 1114.

Выполнил:                   Кулаков  А.В.

гр. 120651

Проверил: к.т.н., доц., Хапкина И.К.

Тула 2008

Оглавление

Задание. 3

Введение. 4

Описание элементного состава и принципа работы привода робота. 5

Анализ сервопривода как объекта управления проектируемого следящего привода. 10

Определяем структуру и параметры регулятора непрерывного следящего привода. 14

Найдём дискретную передаточную функцию корректирующего устройства. 20

Оценим момент трогания спроектированной системы, а также точность и быстродействие при действии возмущений и нелинейных факторов. 23

Список литературы.. 24

Задание.

1.  Привести описание элементного состава и принципа работы привода робота, соответствующего Вашему варианту задания.

2.  Провести анализ сервопривода как объекта управления проектируемого следящего привода.

3.  Определить структуру и параметры регулятора непрерывного следящего привода робота с заданными элементами усилительно- преобразовательной и силовой части привода по требованиям к его быстродействию и точности.

4.  Оценить момент трогания спроектированной системы, а также точность и быстродействие при действии возмущений и нелинейных факторов.

5.  Разработать алгоритм работы дискретного корректирующего устройства  для микропроцессорной реализации регулятора следящего электропривода.

Введение.

Целью выполнения курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления» является закрепление на практике принципов и методов проектирования линейных и нелинейных систем управления, а также методик исследования и проектирования систем регулирования и робототехники.

В процессе выполнения курсовой работы закрепляются теоретические положения, практические умения и навыки  по теории управления в процессе решения задачи синтеза конкретной замкнутой системы автоматического управления – привода робототехнической системы. Исходными данными к работе являются математическая модель объекта управления, ее параметры, требования статической и динамической точности и помехозащищенности. Результаты синтеза проверяются моделированием спроектированной системы.

Описание элементного состава и принципа работы привода робота

1.  В соответствии с вариантом задания (1114) из таблицы вариантов задания получим следующие данные:

Код	Сокращенное Обозначение	t p, C	wp,	d, %	D, %	As2	ws,
1114	УМ1-ЭМП1-ГДДУ-КН3	0,02	5	6	5	0,1	100

Запишем математические модели для каждого элемента в соответствии с его порядковым номером и сокращенным обозначением:

1)  Безынерционный усилитель – УМ1 – 1000

Uy(t)=Ky*Uкф                                                                 (1.1)

Ky=1…5;

2) Электромеханический преобразователЭМП1 - _100

                                                             (1.2)

Кэ=0.2…1; Тэ=2*10^-3

3)  Гидроцилиндр – золотниковый распределитель

ГДДУ       __10

 

q=К3*x;

E=q-z;

;

;                                           (1.3)

K3=10; Ku=3…6; T=0.02…0.04 c.

x=0.3…0.5; K4=0.1; Kм=0.2..0.6;

Mc=8*10^-1;

3). Передаточный механизмов от двигателя к нагрузке (редуктор)

H3 - ___3;

;    Tp=1*10^-3;                                       (1.4)

j=100…200;

Гидравлическим распределителем называется гидроаппарат, предназначенный для управления пуском, остановкой и направлением потока жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия. Управление потоком жидкости осуществляется с целью обеспечения включения, реверса и остановки гидродвигателей. Основными конструктивными элементами гидрораспределителей являются корпус и запорно-регулирующий элемент.

Гидрораспределители подразделяются по следующим признакам:

·         по конструкции запорно-регулирующего элемента – золотниковые, крановые, клапанные;

·         по числу внешних гидролиний, поток в которых управляется распределителем, – двух, трех-, четырехлинейные и т. д.;

·         по числу фиксированных или характерных позиций запорно-регулирующего элемента – двух-, трехпозиционные и т. п.;

·         по виду управления – распределители с ручным, механическим, электрическим, гидравлическим, пневматическим и комбинированным электрогидравлическим, пневмогидравлическим и управлением;

·         по способу открытия рабочего проходного сечения – направляющие и дросселирующие.

Рисунок 1.  Условное обозначение распределителей на схемах

а – двухлинейный двухпозиционный; б – трехлинейный двухпозиционный; в – четырехлинейный двухпозиционный; г – четырехлинейный трехпозиционный; д – четырехлинейный четырехпозиционный; е – дросселирующий четырехлинейный трехпозиционный

Широко применяются в гидроприводах гидрораспределители золотникового типа. Они обладают следующими достоинствами:

·         простотой осуществления многопозиционности, т.е. способностью обеспечить все необходимые действия выходного звена гидвигателя одним золотником;

·        легкостью управления, что важно в системах с ручным управлением;

·        высокой герметичностью;

·        компактностью и сравнительной простотой конструкции;

·     разгруженностью золотника от статических сил, создаваемых давлением рабочей жидкости.

Недостатки золотниковых распределителей:

·        высокие требования к чистоте рабочей жидкости;

·        сложность изготовления и ремонта;

·        возможность заклинивания;

·        возможность облитерации (заращивания) щелей золотников,

·        необходимость квалифицированного обслуживания.

На рис. 2 показана конструктивная схема распределителя золотникового типа. В корпус 1 распределителя вставлен цилиндрический золотник 2. Золотник имеет три цилиндрических пояска с острыми кромками, а в корпусе выполнены пять цилиндрических расточек. При положении золотника в исходной позиции (а) напорная, сливная и исполнительные гидролинии перекрыты. При перемещении золотника из исходной позиции вправо (б) напорная гидролиния соединяется с поршневой полостью А гидроцилиндра и его поршень перемещается вправо. При этом рабочая жидкость из штоковой полости Б вытесняется в сливную гидролинию. При перемещении золотника из исходной позиции влево рабочая жидкость из напорной гидролинии поступает в полость Б, а из полости А вытесняется в сливную гидролинию. Условное обозначение распределителя (см. рис. 2) представлено на рис. 1, г.

Рисунок 2. Схема золотникового распределения

Перемещение золотника в корпусе возможно лишь при наличии радиального зазора 4... 10 мкм.

По перекрытию рабочих окон золотником (рис. 3) различают гидрораспределители с нулевым (ширина цилиндрического пояска золотника l равна ширине цилиндрической расточки корпуса распределителя t), положительным (l>t) и отрицательным (l>t) перекрытиями

Рисунок 3. Схема перекрытия рабочих окон в золотниковых распределениях

а – наружного; б – положительного; в – отрицательного

Для управления гидроцилиндрами распределители могут иметь различные схемы соединения каналов: параллельную, последовательную и индивидуальную.