Энергетический расчет следящего привода. Расчет статических характеристик. Выбор и расчет измерителя рассогласования. Расчет усилителя

СОДЕРЖАНИЕ

1 Разработка и анализ технического задания

2 Энергетический расчет следящего привода

3 Расчет статических характеристик

4 Выбор и расчет измерителя рассогласования

5 Расчет усилителя

6 Замечание

7 Расчет динамических характеристик

8 Определение параметров системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

1 РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Необходимо выполнить расчет следящего привода с выполнением слежения по углу поворота с заданной гарантированной точностью δ_гар для нагрузки, которая обладает механическим моментом инерции J_н. привод должен обеспечить номинальную угловую скорость вращения вала нагрузки Ω_н и угловое ускорение Е_н. Для управления нагрузка требует вращающего момента М_н. В процессе управления следящий привод должен обеспечить регулирование с заданным показателем колебательности М.

Исходные данные:

М=1,1;

J_н=37 ;

Ω_н =1,4 рад/с;

ε_н=2,3 рад/с²;

М_н=1 ;

δ_гар=22’.

2 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА

Требуемая мощность двигателя может быть определена по заданным параметрам нагрузки по следующей формуле:

;

где

М_Н – вращающий момент на валу нагрузки, Н*м;

J_Н – механический момент инерции нагрузки, кг*м²;

ε_Н – угловое ускорение вращения вала нагрузки, рад/с²;

η  – коэффициент полезного действия редуктора;

Ω_Н – угловая скорость вращения вала нагрузки, рад/с.

Примем коэффициент полезного действия редуктора равным 1. Тогда получим значение требуемой мощности двигателя:

 (Вт).

По значению требуемой мощности выбираем двигатель постоянного тока МИ - 22, номинальная мощность которого Р_ном = 250 Вт, то есть Р_ном>Р_треб. Двигатель МИ - 22 имеет следующие паспортные характеристики:

Р_ном = 250 Вт;

n_ном = 2000 об/мин;

U_ном  =110 В;

М_ном = 1,22 ;

J_д = 40,8*10^-4 ;

Вычислим оптимальное передаточное отношение редуктора по формуле:

.

.

Определим частоту вращения нагрузки по формуле:

.

 (рад/с).

По номинальной частоте вращения, приведенной в паспортных данных, найдем номинальную угловую скорость вращения вала двигателя:

.

 (рад/с).

В результате получили: ω_ном>ω, то есть выбранный двигатель по угловой скорости вращения подходит.

Возмущающий момент  определим из основного уравнения электропривода:

 ().

Выполним проверку условия по моменту:

()

В результате получили, что двигатель по моменту подходит, так как 1,474<2.

3 РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

При слежении по углу двигатель описывается передаточной функцией вида:

;

где   k_дв – передаточный коэффициент двигателя ;

Т_М – механическая постоянная двигателя, с.

Передаточный коэффициент двигателя определим из формулы:

;

 – конструктивный коэффициент машины по ЭДС

Конструктивный коэффициент по ЭДС определяется отношением вида:

;

.

Найдем передаточный коэффициент двигателя:

.

Механическая постоянная двигателя определяется следующей зависимостью:

;

где .

Коэффициент демпфирования рассчитаем по формуле:

;

где  - постоянная машины по моменту

;

;

.

Таким образом, запишем передаточную функцию двигателя:

.

4 ВЫБОР И РАСЧЕТ ИЗМЕРИТЕЛЯ РАССОГЛАСОВАНИЯ

Заданная точность слежения по углу δ_гар=22’. Для заданной точности в качестве измерителя рассогласования  допустимо выбрать сельсин. Выберем сельсин типа ДИД – 101ТВ со следующими параметрами по справочнику:

U_{ном пит} =50 В;

f=50 Гц;

U_{вых max} = 5 В;

Передаточный коэффициент измерителя рассогласования:

.

где  - напряжение рассогласования:

;

В;

В.

5 РАССЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ

Выбор усилителя осуществляется по рассчитанному коэффициенту k_U, мощности двигателя Р_дв = Р_вых, напряжению U_ном = U_вых, номинальному току якоря  I_я = I_вых.у.

Усилители мощности следящего привода часто строят по следующей схеме:

Рисунок 1 – Схема усилителя мощности следящего привода

Электрическая схема представляет собой мост. Транзисторы левого плеча моста выбирают комплиментарными (противоположной проводимости, но с одинаковыми электрическими параметрами). Если транзистор VT2 полностью открыт, а VT1 – открыт, тогда к переходу ЭК (эмиттер-коллектор) приложено напряжение двух источников. Поэтому допустимое напряжение:

Е₁=Е₂=U_{ном дв}+U_{кэ нас}=110+2,5=112,5 В

U_{кэ нас}=2,5 В

U_кэ = 2U_{ном дв}+ U_{кэ нас} = 250+2,5=222,5 В

Для открытого транзистора U_нас»2,5 В. Для обеспечения надежности коэффициент  нагрузки по напряжению  выбирается из интервала 0,5-0,9. Следовательно максимально допустимое напряжение определится выражением:

 В

I_к=I_а=I_{ном дв}=I_у

 (А).

По найденным U_кэmax и I_кmax выбираются по справочнику транзисторы

Транзистор структуры n-p-n:

КТ850А

U_{кэ мах}= 300В

I_{к мах} = 2А

h_21э = 20

Транзистор структуры p-n-p:

КТ851А

U_кэ = 300В

I_{к max} = 2А

h₂₁ = 20

Проведем  проверку  выбранных транзисторов по допустимой мощности.

 Вт;

.

Это выражение соответствует гиперболе, которая по точкам строится в системе координат Е₁  и I_{к max.}

Гипербола Р_кmax должна лежать выше нагрузочной прямой, которая проводится через точки (Е₁;0)   и (0; I_{к max}). По результатам расчетов получена таблица 1.

Таблица 1 – Расчетные значения тока при постоянной мощности.

В результате получили: гипербола проходит выше нагрузочной прямой. Следовательно, транзисторы проходят по мощности.

Рисунок 2 – График кривой мощности по отношению к нагрузочной линии