Синтез систем автоматического регулирования: Методические указания к выполнению курсовой работы

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

СИНТЕЗ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Методические указания  к выполнению курсовой работы

по курсу «Теория автоматического управления »

для студентов специальности 210100

                                                                                        Одобрено

                                                                  редакционно-издательским советом

                                                                 Саратовского государственного

                                                                         технического университета

Саратов 1994

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по курсу «Теория автоматического управления» (ТАУ). Эта работа предусмотрена учебными планами специальности 210100 (управление и информатика в технических системах) для всех форм обучения, и ее цель - закрепить основные теоретические положения курса и привить студентам навыки самостоятельного практического исследования и расчета систем автоматического управления.

В качестве задания студентам предлагается составить математическую модель системы автоматического управления реальным промышленным объектом, провести анализ этой системы и синтез законов управления. Причем, задание предполагает проведение исследований как в непрерывной постановке, так и в случае, когда в качестве управляющего устройства (регулятора) используется БЦВМ. Таким образом, выполнение курсовой работы, с одной стороны, опирается на большинство теоретических разделов курса, а с другой, предоставляет возможность уяснить практическую схему современного проектирования реальных систем автоматического управления.

В соответствии с учебными планами специальности всех форм обучения курс ТАУ является двухсеместровым, и изучение этой дисциплины условно разбивается на две части. Выполнение курсовой работы предусмотрено при изучении второй части курса. Однако выдача задания на проектирование производится, как правило, при изучении первой части. В этом случае исходные данные к курсовой работе служат основой для индивидуальных домашних заданий и расчетно-графических работ, выполняемых при изучении первой части курса.

При получении задания на курсовую работу каждому студенту сообщается двухзначный шифр, первая цифра которого означает вариант системы управления, а вторая - номер варианта исходных данных для проектирования указанной системы. Все предлагаемые варианты курсовой работы примерно равнозначны по сложности и по объему вычислений. При этом на ее выполнение отводится 50 академических часов самостоятельной работы.

ОПИСАНИЕ, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1. Система стабилизации скорости вращения двигателя

Система предназначена для стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока, работающего при изменяющемся моменте сопротивления нагрузки.

Функционально-принципиальная схема системы представлена на рис.1. Система состоит из двигателя (Д), работающего на изменяющуюся нагрузку (Н), усилителя мощности, в качестве которого используется генератор (Г_m), дополнительного генератора (Г₀) и регулятора (Р).

На вход регулятора поступает сигнал  пропорциональный разности заданной скорости стабилизации  и действительной скорости вращения нагрузки w, которая измеряется с помощью тахогенератора (ТГ). Кроме того, на регулятор могут подаваться: сигнал  c делителя R₁, R₂, пропорциональный напряжению генератора Г_m и сигнал , пропорциональный разности заданного тока якоря  и действительного тока , измеряемого с помощью резистора .

Система работает следующим образом. При номинальной нагрузке  вал двигателя вращается с заданной скоростью  под действием напряжения с генератора Г₀. При этом напряжение с тахогенератора  равно по величине и противоположно по знаку напряжению задатчика , и с выхода сумматора  сигнал равен нулю. Кроме того, в этом режиме через двигатель протекает номинальный ток , и напряжение  на резисторе  равно по величине и противоположно по знаку напряжению , так что на выходе сумматора  сигнал также отсутствует. Таким образом, при номинальной нагрузке, если , на обмотку возбуждения генератора (ОВГ) сигнал не подается, и напряжение на выходе генератора  равно нулю.

При изменении нагрузки на величину  изменяется скорость двигателя и ток якоря, что приводит к появлению сигналов на входе регулятора и, следовательно, к появлению напряжения на генераторе . В результате под действием суммарного напряжения на генераторов  скорость двигателя становится близкой к номинальной.

Исходные данные для проектирования приведены в таблице 1.

Примечания:

1. В качестве объекта управления принять двигатель с усилителем мощности (генераторы ).

2. При составлении математической модели объекта сопротивлениями и индуктивностями якорных обмоток генераторов  пренебречь.

3. При анализе и синтезе системы использовать описание объекта управления в отклонениях от режима стабилизации. При этом считать, что изменение момента сопротивления нагрузки от номинального значения носит ступенчатый характер.

2. Система стабилизации напряжения генератора

Система предназначена для стабилизации напряжения генератора постоянного тока, работающего при изменяющейся активной нагрузке.

Функцианально-принципиальная схема системы представлена на рис.2. Система состоит из генератора постоянного тока Г, якорная цепь которого замкнута на активную изменяющуюся нагрузку R_Н, приводного двигателя Д, работающего от суммирующего усилителя мощности СУМ, и регулятора Р.

На вход регулятора поступает сигнал, пропорциональный разности

Таблица 1