Курсовая по ТАУ

Введение

Совершенствование технологии и повышение производительности труда относятся к важнейшим задачам технического прогресса. Эффективное решение этих задач возможно при внедрении систем автоматического регулирования и управления как отдельными объектами и процессами, так и производством в целом. Поэтому изучение основ автоматического регулирования и управления предусматривается в настоящее время при подготовке студентов практически всех инженерных специальностей.

В результате изучения дисциплины «Теория управления» студент должен уметь анализировать производственный процесс с целью его автоматизации, определения управляемых и управляющих параметров, выбора отдельных элементов и устройств системы автоматического управления (САУ) объектом. Умение разделять САУ на основные функциональные элементы и составлять функциональные и структурные схемы способствует ясности представлений о физических процессах, происходящих в системе, и имеет большое значение для дальнейшего исследования и расчета систем.

Целью курсовой работы по дисциплине «Теория управления» является закрепление теоретических знаний и овладение навыками анализа и синтеза систем автоматического управления объектами на примере металлорежущих станков и промышленных роботов. При выполнении курсовой работы приобретается опыт разработки и расчета САУ производственными процессами и отдельными объектами в машиностроении.

Конструктивная схема заданной САУ с исходными данными.

Вариант 2 – Система автоматического регулирования поворотом рабочего органа робота

САУ предназначена для управления углом поворота рабочего органа робота с требуемой точностью.

САУ поворотом рабочего органа 1 робота (например, сварочного робота) состоит из гидродвигателя 2, гидравлического усилителя 3 и электрической части. Функции гидравлического усилителя 3 выполняет четырехкромочный золотник, с плунжером которого взаимодействует шестерня 4, зацепляющаяся с шестерней 5 гидродвигателя 2. Управляющий двигатель-задатчик 6 подключен к выходу усилителя 7 и на его валу имеется резьба, с помощью которого он связан с шестерней 4. В САУ входят также преобразователь угла 8 и сравнивающее устройство 9.

При работе САУ на вход сравнивающего устройства 9 поступает сигнал в виде напряжения UЗ, вырабатываемый устройством управления по команде от ЭВМ. Устройство сравнения 9 выра­батывает сигнал ошибки DU = UЗ – UО, где UО - напряжение преоб­разователя угла 8.

Сигнал ошибки через усилитель 7 вызывает вращение двигателя 6. В исходном состоянии гидроусилитель (четырехкромочный золотник) находится в нейтральном положении и гидродвигатель 2 не вращается. Поворот выходного вала двигателя 6 вызовет перемещение шестерни 4 в осевом направлении и смещение плунжера золотника 3 из нейтрального положения. Гидродвигатель 2 приходит в движение, поворачивая рабочий орган 1, шестерню 5 и входной вал преобразователя угла 8. Поворот шестерни 5 вызывает вращение шестерни 4 и перемещение ее вместе с подпружиненным плунжером золотника 3 по винту двигателя 6 в сторону восстановления равновесия. Поворот вала преобразователя угла 8 вызывает изменение напряжения UО так, что ошибка с выхода сравнивающего устройства 9 уменьшается. Таким образом, рабочий орган 1 будет поворачиваться до тех пор, пока не займет требуемого положения.

Значения данных приведены в таблице 1.

Функциональная схема САУ.

У - Электронный усилитель

Д - Электродвигатель постоянного тока

ГУ - Гидроусилитель золотникового типа

ГД – Гидродвигатель

Р – Механический редуктор

ПУ -Преобразователь углового перемещения

U3 ΔU Uд wдh Q wгд

- -

U0

φвыхφвх

Uвых φвх

Составление дифференциальных уравнений и вывод передаточных функций всех элементов. Выделение типовых динамических звеньев

Электронный усилитель

,

где ТЭУ - постоянная времени электронного усилителя, с ;

UВЫХ - выходное напряжение, В ;

UВХ - входное напряжение, В ;

КЭУ - коэффициент усиления .

;- апериодическое звено.

Электродвигатель постоянного тока

,

где ТЯ- электромагнитная постоянная времени якоря, с ;

ТМ - электромеханическая постоянная двигателя, с ;

w- угловая скорость, с-1 ;

KД - коэффициент передачи электродвигателя, 1/сВ ;

UД - напряжение якоря, В.

-колебательное звено.

Гидроусилитель золотникового типа

,

где ТГУ - постоянная времени гидроусилителя, с ;

Q- выходной параметр - расход рабочей жидкости, м3 ;

КГУ - коэффициент передачи, мм2/с ;

h - входное перемещение плунжера золотника, мм .

-апериодическое звено

Гидродвигатель

,

где ТГД - постоянная времени гидродвигателя, с ;

w - выходная угловая скорость гидродвигателя, с-1 ;

KГД - коэффициент передачи гидродвигателя, 1/мм2 ;

Q - входной расход рабочей жидкости, м3 .

-апериодическое звено.

Преобразователь углового перемещения

,

гдеUВЫХ- выходное напряжение преобразователя, В ;

Кn- коэффициент передачи, В/рад ;

aВХ- входной угол поворота, рад .

- усилительное звено

Механический редуктор

или ,

где wВЫХ , aВЫХ - соответственно угловая скорость и угол поворота выходного звена редуктора ;

wВХ , aВХ - соответственно угловая скорость и угол поворота входного звена редуктора ;