22

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Утверждено на заседании кафедры «КСУ»

"____"_____________ 200___ г.

Заведующий кафедрой ____________________ д.т.н., доц. Г.М. Мартинов

Ученый секретарь кафедры ____________________ к.т.н., доц. И.С. Кабак

Методические указания к лабораторным работам по курсу
«Электромеханические и мехатронные системы»
Специальность	220301.65 (210200) «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)»
Цикл дисциплин учебного плана	Учебный план по направлению 657900 «Автоматизированные технологии и производства», специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» (2002 г)
Квалификация дипломированных специалистов	Инженер

Методические указания составил:

Преподаватель Любимов а. Б. - кафедра «Компьютерные системы управления»

МОСКВА 2009 г.

1. Краткие теоретические сведения 3

1.1. Электрический двигатель постоянного тока 3

1.2. Основные принципы регулирования 3

1.2.1. Разомкнутые системы автоматического регулирования 3

1.2.2. Системы автоматического управления по возмущению (системы компенсации) 4

1.2.3. Замкнутые системы автоматического регулирования 5

1.2.4. Астатическое регулирование 6

1.2.5. Комбинированные системы автоматического управления 7

2. Лабораторная работа №1. Ознакомление с программой моделирования MatLAB/Simulink. 7

3. Лабораторная работа №2. Моделирование исполнительного электродвигателя. 9

4. Лабораторная работа №3. Моделирование одноконтурной системы автоматического управления. 10

5. Лабораторная работа №4. Моделирование двухконтурной системы автоматического управления. 15

6. Литература: 22

1.Краткие теоретические сведения

1.1.Электрический двигатель постоянного тока

Рис. 1.1 – Двигатель постоянного тока

В таком двигателе управление скоростью вращения вала может производиться со стороны питания цепи якоря или обмотки возбуждения. Управляемой координатой для двигателя обычно служит угол поворота вала или скорость его вращения .

Под внешним воздействием понимают силы, действующие на вал двигателя, обусловленные трением и механическим сопротивлением (нагрузкой) приводимого в движение механизма.

Если управляющим воздействием является напряжение питания якоря , то по величине тока якоря можно судить о нагрузке на валу. Ток якоря можно считать контролируемой величиной. Под неконтролируемыми воздействиями на двигатель понимают изменения параметров двигателя, обусловленные нагревом, износом, смещением щеток и т.д.

Процессы в двигателе могут быть описаны системой дифференциальных уравнений:

; ;

; ; .

Здесь - момент инерции механизма, приведенный к оси двигателя; и - моменты трения и нагрузки на валу двигателя.

При управлении со стороны якоря характеристика управления носит монотонный характер и с ростом напряжения питания якоря скорость вращения вала растет.

1.2.Основные принципы регулирования

При изображении систем управления применяют два принципа - функциональный и структурный принцип и соответственно схемы подразделяются на функциональные и структурные схемы. Математические модели Simulink также представляют собой структурные схемы, поэтому описание модели и САР однотипны, что существенно облегчает понимание процессов функционирования САР.

1.2.1.Разомкнутые системы автоматического регулирования

Системы управления разделяются на разомкнутые и замкнутые системы. Управление по разомкнутому циклу осуществляется без контроля результата.

Рис. 1.2 – Функциональная схема разомкнутой САР

Разомкнутые системы применяются для стабилизации и программного управления. Здесь ЗУ - задающее устройство; У - усилитель; ИУ - исполнительное устройство; - задающее воздействие; - управляющее воздействие; - выходная величина; - возмущающее воздействие.

Задающее устройство вырабатывает задающее воздействие , в соответствии, с которым устанавливается управляющее воздействие . Управляющим называется воздействие, которое вырабатывает исполнительное устройство (исполнительный элемент). Это воздействие поступает на объект управления и определяет значение выходной величины. На объект управления кроме управляющего всегда действует другое воздействие, называемое возмущающим. Возмущающих воздействий может быть несколько. Возмущающее воздействие нарушает связь между управляющим воздействием и выходной величиной объекта. При постоянном задающем воздействии изменение возмущающего воздействия вызывает изменение выходной величины . Большинство устройств систем управления являются инерционными.

Рис. 1.3 – Изменение выходных величин объекта при изменении возмущающего воздействия. Нагрузочная характеристика САР

Установившийся режим работы наступает лишь по истечении некоторого времени. В установившемся режиме работы свойства системы можно охарактеризовать с помощью нагрузочной характеристики. Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость выходной величины системы от возмущающего воздействия . В разомкнутой системе нагрузочная характеристика - это характеристика объекта. Она не зависит от других элементов (усилителя, исполнительного устройства). Любые изменения возмущающего воздействия вызывают изменения выходной величины. Разомкнутую систему можно оценить по величине отклонения выходного сигнала под влиянием возмущающего воздействия .