Исследование следящей системы автоматического поддержания оптимального режима работы автогрейдера на колёсном ходу

Выбор элементов САР и согласование их параметров………………………..5

2.1.  Выбор двигателя……………………………………………………………6

2.2.  Выбор датчиков…………………………………………………………….6

2.3.  Выбор усилителя…………………………………………………………...6

2.4.  Составление структурной схемы………………………………………….7

3.  Определение передаточных функций элементов и всей системы…………...7

4.  Оценка устойчивости системы………………………………………………...9

5.  Оценка качества системы……………………………………………………….9

Список литературы…………………………………………………………….12

1. Описание системы

Главной частью системы автоматического регулирования являются сельсины. Вся система выполнена в виде системы слежения.

В системе автоматического поддержания оптимального режима работы автогрейдера реализована трансформаторная схема включения сельсинов. Угол поворота задающей оси определяет положение ротора сельсина-датчика, а угол поворота управляемой оси – положение ротора сельсина – приемника. При согласованном положении роторов выходной сигнал U_вых = 0. При рассогласовании в однофазной обмотке сельсина-приемника формируется э.д.с. Трансформаторная схема включения сельсинов выявляет сигнал рассогласования (ошибки) и формирует его в виде напряжения. В данной схеме сигнал ошибки есть напряжение в однофазной обмотке сельсина – приемника.

Элемент сравнения выполняет логическую операцию вычитания двух величин и формирует сигнал ошибки.

После того как сигнал ошибки сформировался, он идет на усилитель, где усиливается и идет на исполнительный механизм. Усилитель состоит из двух каскадов усиления. Первый каскад усиления – электронный усилитель, второй – электромашинный.

Также в системе автоматического регулирования присутствует мнимая (условная) связь, т.е. мы контролируем не причину (само усилие заглубления рабочего органа), а следствие (пробуксовку ведомого и ведущего колес). Так как при увеличении усилия заглубления рабочего органа, сила сопротивления на отвале увеличивается, что приводит к пробуксовке ведущих колес относительно ведомых. Эта пробуксовка  улавливается сельсинами и преобразуется в сигнал ошибки, который, пройдя через усилитель, усиливается и поступает к исполнительному механизму, а исполнительный механизм уменьшает усилие заглубления рабочего органа.

Функциональная схема системы автоматического поддержания оптимального режима работы автогрейдера представлена на рисунке 1.

2. Выбор элементов САР и согласование их параметров

Системы автоматического регулирования могут работать в двух основных режимах: установившемся и неустановившемся. Установившейся режим при постоянных внешних воздействиях называется статическим режимом работы системы автоматического регулирования.

Состояние любого элемента системы характеризуется совокупностью соответствующих входных и выходных величин – обобщенных координат. Для характеристики состояния элемента выбирают одну обобщенную координату на входе и одну – на выходе. Зависимость х_вых = f(х_вх) в установившемся режиме есть статическая характеристика элемента. Поведение системы в установившемся режиме определяется поведением каждого элемента системы.

2.1 Выбор двигателя

Мощность двигателя Р, кВт:

,                                                                (1)

где F – усилие заглубления рабочего органа, кН (F = 6 кН);

υ – скорость заглубления рабочего органа, м/с ( = 0,3 м/с);

h – к.п.д. привода (h = 0,72).

кВт.

Принят двигатель МИ – 42 с характеристиками:

Напряжение, U_дв=110 В.

Мощность на валу, Р_дв=3.2 кВт.

Частота вращения, n_н=2500 об/мин.

Сила тока якоря, I_я=36,3 А.

Коэффициент преобразования двигателя К_дв, с^-1 ∙В^-1:

,                                                             (2)

где n_Х – число оборотов двигателя на холостом ходу, об/мин:

,                                                     (3)

где R_я – сопротивление якоря (R_я=0,1)

об/мин

с^-1 В^-1.

2.2 Выбор датчиков

Частота оборотов сельсинов не должна превышать 400 об/мин.

Сельсины приняты по [1].

Выбран сельсин БС – 404А с характеристиками:

Первичное напряжение, 110 В.

Вторичное напряжение, 150+6 В.

Частота, 50 Гц.

Потребляемая мощность, 22 Вт.

Потребляемая сила тока, 0,12 А.

Коэффициент преобразования сельсина К_с, В^.град^-1:

,                                                     (3)

где U₍₃₀₎ – напряжение на выходе сельсина, соответствующее углу рассогласования, равному 30 градусов, В (U₍₃₀₎=77В).

В ^. град^-1.

2.3  Выбор усилителя

Электромашинный усилитель подбирается из условия:

Р_эму > Р_дв; U_эму = U_дв.

Принят электромашинный усилитель ЭМУ - 70 с характеристиками:

Напряжение, U=115 В.

Мощность, Р=3,5 кВт.

Сила тока, I= 30,4А.

Коэффициент преобразования ЭМУ К_эму:

,                                                          (4)

где I_у – сила тока в обмотке управления ЭМУ, А (I_у = 22 mA);

R_у – сопротивление обмотки управления ЭМУ, Ом (R_у = 1000 Ом),

Коэффициент преобразования системы K:

,                                                              (5)

где Δ – степень пробуксовки ведущих колес % (Δ = 5%),

Коэффициент преобразования  системы K в установившемся режиме определяется и как произведение коэффициентов преобразования элементов разомкнутой системы:

,                                 (6)

Где К_ред – коэффициент преобразования редуктора (предварительно