И информатики

Кафедра «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»

Сдана на проверку Допустить к защите

«_____»___________ 2004 г. «_____»___________200­4 г.

Защищена с оценкой ______

«_____»___________2004 г.

Курсовая работа

По предмету Основы Теории

Управления

Пояснительная записка

на _18_ _листах

Студент (ка) группы ___ Царёва Е.В.

(Фамилия И. О.)

Руководитель ___ ___________ Тяжев А.И._

(Фамилия И. О.)

№ зач.книжки _02521___

Самара 2005 г.

Замечание

Содержание

Задание №1……………………………………………………………………………...4

Выполнение задания №1……………………………………………………………….5

Часть 1……………………………………………………………………………...5

Часть 2………………………………………………………………………….......5

Часть 3……………………………………………………………………………...7

Часть 4……………………………………………………………………………...8

Часть 5…………………………………………………………………………….10

Задание №2…………………………………………………………………………….12

Выполнение задания №2……………………………………………………………...12

Вывод…………………………………………………………………………………..17

Список используемой литературы…………………………………………………...18

Задание №1

Рассчитать параметры системы автоматического управления (САУ), осуществляющей автоматическое слежение за объектом перемещающемся в пространстве и излучаемом электромагнитные волны.

Структурная схема САУ:

Рис.1

РПУ - радиоприёмное устройство

ФД – фазовый детектор

КЗ – Корректирующее устройство

УМ – усилитель мощности

ЭД – электродвигатель

А – антенна с узкой диаграммой направленности

МОС – местная обратная связь

X=φ_ц – азимут цели

Y=φ_а – азимут диаграммы антенны

С=x-y – ошибка слежения

Необходимо определить тип и параметры КЗ и МОС обеспечивающих качественные показатели САУ, численные значения которой определяются предпоследней N1 и последней N0 цифрами зачётки.

Исходные данные:

1) полоса пропускания: ω_п=75+0.6*N₁+1.2*N₀=75(c^-1)

2) показатель колебательности системы: M=1.38+0.02*N₁=1.42

3) допустимые ошибки слежения:

а) по положению: e₀=0

б) по скорости: e₁=0.15^°+0.01^°N₁-0.01^°N₀=0.16

в) по ускорению: e₂=0.6^°+0.01^°N₁-0.01^°N₀=0.61

ускорение изменения азимута:

^°/с, ^°/с²

4) Параметры исходной части:

;

После расчёта КЗ и МОС необходимо составить их функциональную схему с указанием значений сопротивлений, емкостей и коэффициентов усилений. А также проверить запас устойчивости системы по фазе, усилению и определить фактический показатель колебательности САУ М_ф.

5) Используя билинейное Z – преобразование, необходимо рассчитать системные функции цифровых прототипов КЗ и МОС, и составить их структурные схемы для реализации на вычислительных машинах.

Выполнение задания №1.

1. Передаточная функция исходной части разомкнутой САУ без учёта КЗ и МОС равна:

Т.к. в передаточную функцию W_РИ входит четыре инерционных звена первого порядка и интегратор, а гарантированно устойчивой является система только с двумя звеньями первого порядка, поэтому понадобиться включить минимально два корректирующих звена. Для упрощения расчётов возьмём два корректирующих звена с одинаковыми параметрами:

Т.к.

- без усиления; - с усилением

то

При условии, что КЗ включены последовательно, общая передаточная функция разомкнутой системы будет равна:

где

2. Коэффициенты ошибок по положению, скорости и ускорению по определению равны:

В нашем случае порядок астатизма ν=1

Необходимо чтобы:

=> k =62.5

=> ; k _КЗ =15.625 - ошибка по скорости

Т.к. , то используем не инвертирующий усилитель:

Рис.2

Из выражения для c₂;

, Т₀ =1.922

Т.к. и , то ошибка по ускорению равна:

(1)

Построим ЛАЧХ разомкнутой системы:

=>∆φ=0.781;

=> ω_ср =52.819;

Проверим выполнение условия:

52.819<81.967

Т.к. условие выполняется, то частота среза ЛАЧХ разомкнутой системы определяется только интегратором и двумя корректирующими звеньями.

Корректирующие звенья с отставанием по фазе:

Рис.3

До частоты ω₁ ЛАЧХ определяется интегралом:

На участке :

1)

2)

=> (2)

Решая совместно (1) и (2) получим:

,

,

3. Первое корректирующее звено включим последовательно после ФД. В него включим усилитель с коэффициентом k_кз. Тогда схема корректирующего звена имеет вид:

Рис.4

Коэффициент передачи инвертирующим усилителем:

Пусть R =1000 Ом

, R _ос =14.63 кОм

Зададим С =1·10^-4 Ф и решая систему уравнений получим R₁ и R₂:

=>

4. Второе КЗ реализуем по схеме включения через местную ОС (МОС), охватывающий звенья системы с нестабильными параметрами: УС, ЭД и А. Такое включение повышает стабильность параметров, охватывающих ОС звенья.

, где

- передаточная функция, охваченных ОС звеньев.

- второе КЗ без усилителя

Т.к. , то до

Тогда , где =>

Аналитическое выражение дает информацию о том какие устройства нужно включать в МОС.

Передаточную функцию W₀ реализуем последовательным соединением тахогенератора дифференциальной цепи с постоянной T₂ и усилителя с коэффициентом усиления k_УС. Передаточная функция тахогенератора:

Дифцепочка:

Рис.5

Определим k_УС:

=>

Общая функциональная схема местной обратной связи:

Рис.6

Зададим R^/ =1000 Ом

=> Ом

Фактические запасы устойчивости определяются по точкам ЛАЧХ и ЛФЧХ графо-аналитическим методом. Их надо запрограммировать.

ЛАЧХ:

ЛФЧХ:

Произведём вычисления критической частоты и частоты среза, оценку устойчивости по амплитуде и фазе, а так же вычислим фактический показатель колебательности системы:

ω_кр=63 > ω_ср =43.52

Согласно графикам ЛАЧХ и ЛФЧХ определили, что w_ср (частота среза) меньше w_кр (критическая частота), что свидетельствует об устойчивости системы.

Определим запас устойчивости по амплитуде:

=> α _дб =4.78

Т.к. полученное нами значение , то данная система устойчива по амплитуде.

Определим запас устойчивости по фазе:

=> ∆φ=0.44

Т.к. полученное нами значение , то данная система устойчива по фазе.

Определим фактический показатель колебательности:

=> М_ф =2.35

- это значение передаточной функции замкнутой системы на резонансной частоте.

5. Используя билинейное z-преобразование, рассчитаем системные функции цифровых прототипов КЗ и МОС и составим их структурные схемы. Произведём билинейное z-преобразование для корректирующего звена:

Произведём замену , где T_Д – время дискретизации

, где F_Д – частота дискретизации

По теореме Кательникова-Найквиста:

F_Д>2F_max F_max=F_в – частота пропускания

По определению:

=> , =>

Следовательно =>

Получим

Произведём замену:

В результате получим уравнение:

по определению

В результате имеем:

Этому выражению соответствует следующая схема цифрового звена первого порядка:

Рис.7

Передаточная функция с учётом коэффициентов будет иметь вид:

Проделав аналогичные преобразования для получим:

, где

Этому выражению соответствует следующая схема цифрового звена второго порядка:

Рис.8

Передаточная функция с учётом коэффициентов будет иметь вид:

Задание №2

Разработать алгоритм и программу управления для станка с ЧПУ для изготовления шахматных фигур. Исходные данные определяются по последней N₀ и предпоследней N₁ цифре зачётки:

№	Фигура	Высота	Диаметр
0,1	Пешка

Заготовка из липы длинна 1400мм, диаметр 32мм.

Выполнение задания №2

1. Структурная схема токарного станка с ЧПУ и назначение:

Рис.9

На платформе 1 закреплены резцы Р1, Р2, Р3. она может перемещаться вдоль осей x и y и поворачиваться вокруг оси по часовой и против часовой стрелки на заданный угол. Платформы 2 и 3 служат для зажима заготовки с торцов и могут перемещаться влево и вправо вдоль оси х на заданное расстояние. Патрон зажимает и разжимает заготовку и вращает её вокруг оси x заданной угловой скоростью. Платформа и патрон приводятся в движение исполнительными механизмами, состоящими из электродвигателей с редукторами в виде шестирёнчатых или червячных передач. Шестирёнчатая позволяет изменять скорость вращения, а червячная преобразовывать вращательные движения в поступательные. Датчики совместно с измерительным контроллерами контролируют пространственные координаты платформ, направление и скорость вращения платформ, а также угол их поворота, усилия при зажатии патроном заготовки, платформами 2 и 3, и передают эти данные в цифровых кодах в управляющую ЭВМ.

2. Структурная схема алгоритма изготовления шахматной фигуры на токарном станке с ЧПУ.

3. Чертёж шахматной фигуры с указанием размера.

Рис.10

4. Разработка программы обработки основания фигуры:

Рис.11

Программа обработки основания:

‘Ввод информации о геометрических объектах

%GENER(0)

P1=x0, y0

P2=x2, y0

P3=x0, y-12

P4=x0, y-15

P5=x0, y-16

P6=x-35, y0

P7=x-200, y-300

C1=p6, r37

‘Обработка основания фигуры

%CUTTER(100)

%FROM(7, 100) – исходная точка

m0=P1 – позиционирование в P1

m1=P2 – снятие 2мм материала

m2=P2, C1, P3 – от P2 к P3 по дуговой интерполяции

m1=P4 – линейное движение в P4

m1=P5 – линейное движение в P5

m99 – конец платформы и возвращение в исходную позицию.

5. Разработка программы предварительной обработки поверхности фигуры.

Рис.12

Программа предварительной обработки заготовки:

%GENER(0)

‘ Описание геометрических объектов

P1=x0, y-16

P2=x0, y-15

P3=x90, y-15

P4= x90, y-16

P5=x20, y-10

P6=x90, y-10

P7=x10, y-15

P8=x-200, y-300

‘Программа предварительной обработки заготовки

%CUTTER(100)

%FROM(8,100)

m0=P1 – позиционирование в начальную точку

m1=P2 – снятие 2мм материала

m1=P3 – горизонтальное продвижение резца, снятие слоя в 2мм с заготовки

m0=P6 – позиционирование в точку 6

m1=P5 – снятие с заготовки слоя в 1мм с заготовки

m1=P7 – продвижение резца в точку 7 со снятием слоя материала

m0=P8 – возврат платформы 1

m99 – конец платформы и возвращение в исходную позицию.

6. Разработка программы основной обработки поверхности заготовки и обреза заготовки.

Рис.13

Программа основной обработки заготовки:

%GENER(0)

‘ Геометрическое описание объекта

P1=x0, y-15

P2=x10,y-15

P3=x52, y-5.5

P4=x59, y-5

P5=x64, y-9

P6=x66, y-9

P7=x66, y-5

P8=x73, y-14

P9=x80, y-14

P10=x80, y-7

P11=x90,y0

‘ Программа обработки поверхности фигуры

m0=P1 – позиционирование в начальную точку

m1=P2 – горизонтальное продвижение резца

m2=P2, c1P3 – от P2 к P3 по дуговой интерполяции

m1=P4 – продвижение резца со снятием слоя материала

m1=P5 – продвижение резца со снятием слоя материала

m1=P6 – горизонтальное продвижение резца и снятие слоя в 3мм с материала

m1=P7 – линейное движение в P7

m1=P8 – продвижение резца со снятием слоя материала

m1=P9 – линейное движение в P9

m1=P10 – линейное движение в P10

m1=P11 – продвижение резца со снятием слоя материала

m99 – конец платформы и возвращение в исходную позицию.

Дата добавления: 2015-08-31