Система автоматического управления манипулятором

Доступные файлы (1):

619kb.

16.02.2014 21:07

n1.doc

Министерство образования Российской Федерации

Уфимский Государственный

Авиационный Технический университет

Кумертауский филиал
Кафедра «промышленная автоматика»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по теории автоматического управления

Тема: «Система автоматического управления манипулятором»

Вариант: 14

Выполнил: студент гр. АТПП-31

А.А. Балакирев
Проверил: ст. преподаватель

Е.А. Закурдаева

Кумертау 2007

Содержание

Введение

Исходная схема заданной САУ
Функциональная схема САУ
Расчет общей передаточной функции разомкнутой САУ
Определение устойчивости заданной САУ.
Определение передаточной функции замкнутой системы
Построение графика ВЧХ
Построение вещественных трапеций и графиков h-функций
Анализ САУ

Вывод

Использованная литература
Введение

Для автоматизации операций загрузки и выгрузки деталей из рабочей зоны применяют автооператоры, которые могут работ

ать как в автоматическом режиме, та и в режиме ручного управления. При этом рабочий орган манипулятора должен с большой точностью повторять движения рычага управления.

Исходная схема заданной САУ

анипулятор состоит из силового цилиндра 1 с устройством 2 захвата детали 3 и связан с преобразователем перемещения 4, в качестве которого использован потенциометр. Для управления перемещения гидроцилиндра 1 служит двухкаскадный гидравлический усилитель. Первый каскад усиления содержит два сопла 5 и 6 с заслонкой 7 и два дросселя с постоянными проходными сечениями, включенные по дифференциальной схеме. Заслонка 7 поворачивается на определенный угол электромеханическим преобразователем 8, управляемым усилителем 9, входным сигналом которого является разность потенциалов на движках потенциометра 4 и задающего потенциометра 10, включенных в мостовую схему. Второй каскад усиления выполнен в виде усилителя с четырехкромочным золотником, плунжер 11 которого расположен в гильзе и находится под действием пружин в нейтральном положении.

В исходном состоянии САУ заслонка 7 расположена так, что зазоры между ней и соплами 5 и 6 одинаковы, а давление в камерах А и В золотника равны друг другу. Плунжер 11 также находится в рабочем положении и рабочий цилиндр 1 неподвижен.

При смещении движка задающего потенциометра 10 на входе усилителя 9 возникает электрический сигнал. Заслонка 7 поворачивается электромеханическим преобразователем 8 и давление в камерах А и Б золотника изменяется, что влечет за собой перемещение плунжера 11 и открытие щелей золотника. Силовой цилиндр 1 приходит в движение в соответствии с разностью давлений в его полостях и перемещает движок потенциометра 4 до тех пор, пока не восстановится равновесие, т.е. пока разность потенциалов с движков потенциометра 4 и 10 не станет соизмеримой с ошибкой САУ. В этом случае сигнал на выходе усилителя 9 близок к нулю, заслонка 7, а следовательно и плунжер 11 золотника занимают нейтральное положение и движение цилиндра 1 прекращается. Таким образом, силовой цилиндр 1 с деталью 3 отслеживает перемещение движка задающего потенциометра 10.

Коэффициенты звеньев:

К_П1=4 В/мм; К_П2=4 В/мм; Т_ЭУ=0,01 с; К_ЭУ=220; Т_ЭМ=0,12 с; К_ЭМ=3,6 мм/В;

?=220 с^-1; ?=0,7; К_ГУ=4*10⁶ мм²/с; К_ГЦ=8*10^-5 1/мм²;
2. Функциональная схема САУ

ПП1,ПП2 – преобразователь перемещения;

ЭУ – электронный усилитель;

ЭМП – электромеханический преобразователь;

ГУ – двухполостной гидроусилитель;

ГЦ – идроцилиндр.

Определение общей передат

очной функции

Передаточные функции отдельных звеньев:

Расчет общей передаточной функции разомкнутой САУ

Электронный усилитель

, =>

;

Двухкаскадный гидроусилитель с усилителем типа соплозаслонка в первом каскаде

, =>

;

Гидроцилиндр (без учета массы)

, =>

;

Преобразователь перемещения

, =>

=K_П;

Электромеханический преобразователь

, =>

Общая передаточная функция разомкнутой САУ

W(P)= K_П1* K_П2*

Подставив цифровые значения получим:

Произведя арифметические преобразования получим:

Найдем частотную передаточную функцию разомкнутой системы

, где

Преобразовав и умножив на

сопряженное число получим:

Определение устойчивости заданной САУ.

Расчитаем полиномы частотной передаточной функчии. Данные сведены в таблицу 4.1

Таблица 4.1

	Re числитель	Jm знаменатель	знаменатель

0	0	0	0	#ДЕЛ/0!	#ДЕЛ/0!
5	-5,48938E-15	-7,77512E-10	9,04306E-13	-0,00607026	-859,788
10	-2,183E-14	-1,30039E-09	6,43162E-12	-0,003394166	-202,187
15	-4,86394E-14	-1,31546E-09	2,52619E-11	-0,001925406	-52,073
20	-8,528E-14	-5,7248E-10	7,26527E-11	-0,001173804	-7,87968
30	-1,8423E-13	4,16523E-09	3,54691E-10	-0,00051941	11,74327
40	-3,0848E-13	1,48006E-08	1,164E-09	-0,000265018	12,71535
50	-4,4375E-13	3,30813E-08	3,04685E-09	-0,000145642	10,85752
75	-6,99609E-13	1,21883E-07	1,96593E-08	-3,55866E-05	6,19973
100	-5E-13	2,846E-07	8,319E-08	-6,01034E-06	3,421086
150	3,65625E-12	8,26744E-07	8,15542E-07	4,48322E-06	1,013736
200	1,84E-11	1,4392E-06	5,45298E-06	3,3743E-06	0,263929
250	5,26563E-11	1,46291E-06	2,98684E-05	1,76294E-06	0,048978
300	1,179E-10	-3,462E-07	0,000139177	8,47121E-07	-0,00249
350	2,28156E-10	-5,96343E-06	0,000556383	4,10071E-07	-0,01072
400	4E-10	-1,82416E-05	0,001933679	2,0686E-07	-0,00943
500	1,0075E-09	-0,000079457	0,016470397	6,11704E-08	-0,00482
750	5,25516E-09	-0,000782174	0,888147841	5,91698E-09	-0,00088
1000	1,678E-08	-0,003560164	15,49237003	1,08311E-09	-0,00023

По данным значениям построим график АФЧХ

Рис. 4.1 – АФЧХ разомкнутой передаточной функции САУ
График не охватывает точку (-1;j0), отсюда следует что система устойчива.

Определение передаточной функции замкнутой системы

Передаточная функция замкнутой САУ определяется:

Подставив цифровые значения получим:

Произведя арифметические преобразования получим:

Найдем частотную передаточную функцию замкнутой системы

, где

Преобразовав и умножив на сопряженное число получим:

6. Построение графика ВЧХ

Для построения ВЧХ выделим вещественную часть частотной передаточной функции замкнутой системы:

Расчитаем полиномы ВЧХ. Данные сведены в таблицу 6.1

Таблица 6.1

w	числитель	знаменатель	P(w)
0	6082560	36500000	0,166645
10	6082546	36509840	0,1666
20	6082507	36659360	0,16592
30	6082446	37308560	0,163031
40	6082368	39057440	0,155729
50	6082283	42746000	0,142289
60	6082202	49454240	0,122986
70	6082138	60502160	0,100528
80	6082108	77449761	0,07853
90	6082130	1,02E+08	0,059572
100	6082224	1,36E+08	0,044564
110	6082415	1,83E+08	0,033257
120	6082728	2,44E+08	0,024946
130	6083191	3,22E+08	0,018887
140	6083836	4,21E+08	0,014464
150	6084695	5,43E+08	0,011212
160	6085805	6,92E+08	0,008797
200	6093552	1,64E+09	0,003724
300	6153552	8,14E+09	0,000756
400	6323904	2,56E+10	0,000247
500	6690960	6,25E+10	0,000107

По данным таблицы построим график ВЧХ:

Рис.6.1 – ВЧХ замкнутой САУ
7. Построение вещественных трапеций и графиков h-функций

Полученную ВЧХ следует заменить прямыми и составить из них трапеции таким образом, чтобы при сложении ординат всех трапеций получился исходный график. В результате получаем в данном случае четыре трапеции, показанные на рис.7.1

Рис. 7.1 – вещественные трапеции

По графикам вещественных трапеций определим: ?_ср, ?_н, Н, ?

Таблица 7.1

трапеция	?_ср	?_н	Н	?
1	87	56	0,025	0,64
2	179	87	0,095	0,49
3	212	179	0,019	0,84
4	310	212	0,026	0,68

По параметрам вещественных трапеций рассчитываем значения h-функций

Таблица 7.2

т	t1	x(0,65)	x1	t2	x(0,5)	x2	t3	x(0,85)	x3	t4	x(0,7)	x4
0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
0,500	0,006	0,259	0,006	0,003	0,240	0,023	0,002	0,290	0,006	0,002	0,267	0,007
1,000	0,011	0,505	0,013	0,006	0,461	0,044	0,005	0,562	0,011	0,003	0,519	0,013
1,500	0,017	0,722	0,018	0,008	0,665	0,063	0,007	0,794	0,015	0,005	0,740	0,019
2,000	0,023	0,899	0,022	0,011	0,883	0,084	0,009	0,974	0,019	0,006	0,919	0,024
2,500	0,029	1,030	0,026	0,014	0,967	0,092	0,012	1,090	0,021	0,008	1,050	0,027
3,000	0,034	1,117	0,028	0,017	1,061	0,101	0,014	1,164	0,022	0,010	1,130	0,029
3,500	0,040	1,158	0,029	0,020	1,115	0,106	0,017	1,174	0,022	0,011	1,161	0,030
4,000	0,046	1,159	0,029	0,022	1,142	0,108	0,019	1,149	0,022	0,013	1,160	0,030
4,500	0,052	1,134	0,028	0,025	1,134	0,108	0,021	1,099	0,021	0,015	1,132	0,029
5,000	0,057	1,098	0,027	0,028	1,118	0,106	0,024	1,037	0,020	0,016	1,084	0,028
5,500	0,063	1,050	0,026	0,031	1,092	0,104	0,026	0,979	0,019	0,018	1,032	0,027
6,000	0,069	1,003	0,025	0,034	1,051	0,100	0,028	0,934	0,018	0,019	0,984	0,026
6,500	0,075	0,946	0,024	0,036	1,018	0,097	0,031	0,910	0,017	0,021	0,948	0,025
7,000	0,080	0,941	0,024	0,039	0,993	0,094	0,033	0,908	0,017	0,023	0,927	0,024
7,500	0,086	0,926	0,023	0,042	0,974	0,093	0,035	0,927	0,018	0,024	0,922	0,024
8,000	0,092	0,935	0,023	0,045	0,966	0,092	0,038	0,955	0,018	0,026	0,932	0,024
8,500	0,098	0,948	0,024	0,047	0,966	0,092	0,040	0,990	0,019	0,027	0,951	0,025
9,000	0,103	0,966	0,024	0,050	0,970	0,092	0,042	1,023	0,019	0,029	0,976	0,025
9,500	0,109	0,987	0,025	0,053	0,975	0,093	0,045	1,048	0,020	0,031	1,000	0,026
10,000	0,115	1,006	0,025	0,056	0,982	0,093	0,047	1,059	0,020	0,032	1,020	0,027
10,500	0,121	1,017	0,025	0,059	0,987	0,094	0,050	1,058	0,020	0,034	1,033	0,027
11,000	0,126	1,027	0,026	0,061	0,993	0,094	0,052	1,034	0,020	0,035	1,047	0,027
11,500	0,132	1,029	0,026	0,064	0,997	0,095	0,054	1,024	0,019	0,037	1,037	0,027
12,000	0,138	1,026	0,026	0,067	0,997	0,095	0,057	1,000	0,019	0,039	1,027	0,027
12,500	0,144	1,019	0,025	0,070	0,997	0,095	0,059	0,979	0,019	0,040	1,017	0,026

По значениям h-функций строим их графики. Просуммировав ординаты этих графиков получаем искомую кривую переходного процесса.

Рис. 7.2 – искомая кривая переходного процесса

8. Анализ САУ

Анализ построенной кривой переходного процесса показывает, что:

время регулирования равно 0,04 с;
перерегулирование составляет 6%;
число полуколебаний равно 1;
скорость равна 1;
затухание за период равно 100%;

Вывод

Следуя из показателей качества переходного процесса можно сделать вывод что данная система автоматического управления манипулятором идеально подходит д

ля использования.
Список использованной литературы

В.А. Бесерский, Е.П. Попов «Теория систем автоматического управления»;
В.Н. Брюханов, М.Г. Косов «Теория автоматического управления»;
А.А. Ерофеев «Теория автоматического управления».

Система автоматического управления манипулятором - файл n1.doc

n1.doc