Министерство образования Российской Федерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра АТС

Курсовая работа

по «Теории автоматического управления»

на тему

«Система автоматического регулирования»

Выполнил: ст. гр. АТП-343 Талипов А.Р.

Проверил: Коуров Г. Н.

Уфа-2011

Содержание

1. Введение…………………………………………………………… 3

2. Задание на курсовую работу……………………………………… 4

3. Анализ исходных данных…………………………………………. 5

4. Анализ процесса резания………………………………………….. 7

5. Разработка структурной схемы САР …………………………….. 8

6. Анализ устойчивости некорректированной САР……………….. 13

7. Выбор корректирующего устройства………………….…………. 14

8. Анализ качества САР……………………………………………… 16

9. Заключение………………………………………………………….19

10. Список литературы………………………………………………..20

1. Введение

Теория автоматического управления и регулирования – наука, которая изучает процессы управления, методы их исследования и основы проектирования автоматических систем, работающих по замкнутому циклу, в любой области техники.

Целью данной работы является проектирование системы автоматического регулирования (САР) температуры в зоне резания. Данная САР должна поддерживать температуру в области резания на заданном уровне с определенной точностью и отвечать требованиям точности и быстродействия. Для анализа и синтеза САР в данной работе применен метод логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ). Данный метод является наиболее удобным благодаря простоте, наглядности и точности.

2. Задание на курсовую работу

Оптимальная температура в зоне резания обеспечивает минимум интенсивности изнашивания режущего инструмента. При точении жаропрочного сплава ХН77ГЮР резцом ВК6М с параметрами заточки r= 1мм; γ= 0; α=α₁=10^о; φ=φ₁= 45^о оптимальная температура Ө₀ составляет 720^оС. Температура в зоне резания для данной пары «инструмент-деталь» определяется выражением:

Ө₀= (1)

Колебание напряжения в сети может вызвать отклонение расчетных значений скорости вращения шпинделя n_дш и скорости вращения двигателя механизма подачи n_дп на (+10%÷-15%) заданного расчетного значения, в результате чего температура в зоне резания может отклоняться от расчетной. Кроме того, изменение величины припуска t_n в пределах t_nmax÷ t_nmin так же может вызвать отклонение температуры в зоне резания. Для поддержания температуры в зоне резания на уровне Ө₀ с заданной точностью можно изменять V, регулируя скорость вращения двигателя шпинделя n_дш при неизменном задании S_J, однако при этом величина S колеблется из-за изменения напряжения сети на (+10%÷-15%) S_J заданного. Или для стабилизации Ө₀ с заданной точностью можно изменить подачу S, регулируя скорость вращения двигателя подачи n_дп, при этом задание скорости V₃ остается неизменным, однако сама величина V изменяется от колебания напряжения в сети, действующего на n_дш на (+10%÷-15%) n_дш заданного значения.

Произвести синтез САР температуры резания с запасами устойчивости по фазе Δφ=50^о, по модулю ΔJ≥ 6дб, обеспечивающей заданную точность поддержания температуры, при заданных величинах возмущений.

Данные:

Режим резания:

V=20м/мин; S=0.11мм/зуб; t_nmax=1,5; t_nmin=1,1.

Условие резания:

S_J= S; S_J= const.

Допуск на температуру резания: Т₀= ±0,5^оС

ПЭ: T₁=0.154 c, Т₂=0,325 с; ДУ: Тду=0с; ПУ: Тпу=0с.

Двигатель 2ПН180LYХЛ4, мощность 10 кВт, напряжение 110 В, n _ном=1000, КПД=82,5% Rя=0.168 Ом, Rдп=0.11 Ом, Rв=72,5/20,1 Ом, Lя=5,6 мГн.

3. Анализ исходных данных

Схема взаимодействия электропривода и процесса резания приведена на рис. 1:

Рис. 1. Схема взаимодействия электропривода и процесса резания

САР регулирует выходную координату процесса резания с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР, управляющая координата ПР обозначена Х, возмущающее воздействие f. Передаточное устройство – это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени . Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возбуждение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

Преобразователь электрической энергии (ПЭ) преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является линейным звеном. Выходное напряжение U равно номинальному значению при напряжении управления 10 В. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени и .

УС - усилитель, является безынерционным звеном, усиливает напряжение, поступающее от корректирующего устройства.

КУ - корректирующее устройство. Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Статический коэффициент передачи КУ равен 1.

БЗ - блок задания, состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора R3, задает напряжение Uз величина которого определяет величину задания выходной координаты САР.

ДУ - измерительная система выходной координаты процесса резания. С точки зрения динамики представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени Т_ДУ. При номинальном значении выходной координаты выдаёт напряжение Uос=5 В.

С - сумматор на базе операционного усилителя, безынерционное звено с коэффициентом передачи равным 1. Суммирование осуществляется по алгоритму Uс=Uз-Uос.

Функциональная схема будет выглядеть так:

y

Рис. 2. Функциональная схема САР

Иначе, по алгоритму функционирования данная САР является следящей. В ней выходная величина – скорость резания – регулируется с заданной точностью при изменением напряжения на входе, т.е. система управляет выходной координатой. На вход системы подается напряжение Uз, соответствующее заданной скорости резания. Это напряжение сравнивается с напряжением Uос, поступающим с датчика обратной связи. Если существует ненулевая разница этих напряжений – ошибка регулирования , то она с соответствующим знаком поступает на КУ, УС, ПЭ. ПЭ таким образом меняет напряжение на своем выходе, чтобы свести ошибку регулирования - путем изменения скорости вращения двигателя к минимуму или нулю. Если на систему действуют возмущения, то система с обратной связью будет компенсировать эти возмущения, поддерживая нужную скорость резания.