Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Слідкуюча система витратоміра літака
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
КН
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2003
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Теорія автоматичного керування
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
з курсу
"Теорія автоматичного керування"
на тему:
"Слідкуюча система витратоміра літака"
Тема 6 варіант 2
Завдання до курсової роботи.
1 Описати призначення і принцип роботи схеми.
2 Зобразити структурну схему системи.
3 Зобразити вирази коефіцієнтів передачі, окремих ланок,розімкненої і замкненої системи.
4 Зобразити статичні характеристики окремих ланок системи.
5 Записати вирази диференціальних рівнянь для окремих ланок системи.
6 Знайти рішення диференціальних рівнянь для окремих ланок системи.
7 За результами рішення диференціальних рівнянь побудувати перехідні характеристики окремих ланок системи.
8 Записати вирази для диференціальних рівнянь розімкненої і замкненої системи.
9 Привести схеми електронного моделювання окремих ланок і замкненої системи.
10 Користуючись одним з алгебраїчних критеріїв стійкості визначити стійкість системи і знайти граничний коефіцієнт підсилення.
11 Записати вирази передаточних функцій для окремих ланок системи.
12 Записати вирази передаточних функцій для розімкненої і замкненої системи.
13 Записати вирази для комплексних коефіцієнтів передачі окремих ланок системи, розімкненої і замкненої системи.
14 Розрахувати аналітично і побудувати АФХ ,ЛАЧХ ,ФЧХ окремих ланок системи і розімкненої системи.
15 По АФХ розімкненої системи визначити стійкість системи. Знайти запаси стійкості по амплітуді і фазі.
16 По ЛАЧХ і ФЧХ розімкненої системи визначити стійкість системи і знайти запаси стійкості по амплітуді і фазі.
17 Побудувати графік перехідного процесу при одиничній стрибкоподібній дії вхідної величини.
18 По графіку перехідного процесу визначити якісні показники системи.
Завдання
Слідкуюча система витратоміра літака:
Рівняння ланок:
а) вимірювальна схема
б) електронний підсилювач
в) двигун
г) редуктор
Початкові дані:
Дано
Параметри
Значення
Tm, c
0,2
Te, c
0,02
C
1
Ky
103
S
10-2
I
2
1 Описати призначення і принцип роботи схеми.
Система, що досліджується в даному курсовому проекті – слідкуюча система витратоміра літака. Дана система використовується, головним чином, у авіатехніці: літаках, вертольотах, тощо.
Головним чином, ця система використовується у турбінах літаків. В залежності від швидкості потоку повітря, пілот у кабіні спостерігає на приладі, зі шкалою або електронним дисплеєм, величину вимірюваної швидкості. Виходячи з виміряних і інших другорядних факторів (напрям і сила вітру, висота ), пілот, або складна система керування літаком приймає певні рішення щодо керування.
Дана система є системою вимірювання і лише надає інформацію про швидкість потоку газу, але вона містить в собі автоматичну систему керування по відхиленню. Інші системи, або люди, можуть використовувати надану приладом інформацію для керування складним об’єктом.
Тепер детальніше розглянемо принцип роботи даної схеми. Газовий потік, який з певною швидкістю проходить через турбіну, відхиляє, закріплену шарнірно, перепонку на певний кут. Вважатимемо, що кут повороту перепонки залежить тільки від швидкості газового потоку. Другий кінець перепонки з’єднаний шатуном з повзунком реостата R1. Спад напруги на реостаті R1 так само, як і на R2, дорівнює Uр. При заміні положення повзунка, спад напруги між точкою нижньої клеми реостата R1 і точкою положення повзунка прийме значення U1, пропорційне віддалі між вищезгаданими точками. Напруга U1 подається на електричний підсилювач. Якщо повзун реостата R2 стоїть в нульовому положенні, то спад напруги між точкою положення повзунка і точкою нижньої клеми реостата буде становити 0 Вольт. Інакше, аналогічно, як і до першого реостату, спад напруги U2 буде пропорційним віддалі між точкою положення ковзунка реостата R2 і точкою нижньої клеми R2 . Напруга U2 теж подається на ЕП, але з протилежною полярністю ніж U1, отже на вході ЕП отримуємо напругу (U, яка є різницею напруг U1 і U2.
Проходячи крізь ЕП, напруга (U підсилюється, для того щоб можна було її застосувати для обмотки двигуна. Підсилена напруга становитиме Uдв.
Двигун, спрацювавши на дану напругу керування повернеться на певний кут (. Залежність між кутом ( і напругою Uдв є складна, диференціальна, але двигун потрібно підключити так, щоби в кінцевому результаті при додатній (U, кут змінювався в додатному напрямку, а при від- ємних (U – у від’ємному. Редуктор перетворює кут повороту вала двигуна в лінійне переміщення (з певним сталим коефіцієнтом). Переміщення буде надано повзункові реостата R2.
Якщо після цього переміщення ще виникне (U ( в наслідок різниці U1 і нової U2 ) певної величини і полярності, то система скерує свою дію в тому напрямку, щоб компенсувати спад напруги.
Коли перехідний процес стабілізується, то повзунок реостата R2, який, до речі, можна під’єднати до стрілки, на встановленій шкалі покаже швидкість газового потоку турбіни.Якщо швидкість потоку помножити на об’єм турбіни, то одержимо витратомір літака.
2 Зобразитити структурну схему системи
На рисунку 2.1 наведено структурну схему системи
рис. 2.1 структурна схема системи
Зважаючи на те, що реостати R1 і R2 однакові, схему спрощено з метою подальшого спрощення передаточної функції замкнутої системи. Спрощену структурну схему системи наведено на рисунку 2.2.
рис. 2.2 спрощена структурна схема системи
3 Зобразити вирази коефіцієнтів передачі, окремих ланок,розімкненої і замкненої системи.
Коефіцієнт передачі розімкненої системи:
KPC=K1 K2 K3 K4;
Коефіцієнт передачі замкненої системи:
4 Зобразити статичні характеристики окремих ланок системи.
5 Записати вирази диференціальних рівнянь для окремих ланок системи.
У системі лише одна ланка описується диференціальним рівнянням – це двигун. Всі решта ланки є лінійними.
, (5.1)
6 Знайти рішення диференціальних рівнянь для окремих ланок системи.
Рішення диференціального рівняння, що описує дію двигуна, при подачі стрибкоподібної одиничної вхідної напруги (тобто Uвх=1В) і при нульових початкових умовах (тобто (0)=0, (0)=0) має виглад:
Робимо заміну: одержимо:
, , (6.1)
Розв’язок має вигляд:
, (6.2)
Враховуючи початкові умови (0)=0, (0)=0 маємо
(6.3)
Розв’язавши систему рівнянь(6.3)отримаємо:
C1=-1.14; c2=0.14; (6.4)
Підставивши (6.4) в(6.2) отримаємо:
7 За результатами рішення диференціальних рівнянь побудувати перехідні характеристики окремих ланок системи.
Ми будемо розглядати лише перехідну характеристику двигуна тому, що інші ланки системи є лінійними.
Перехідна характеристика двигуна, при подачі на вхід одиничної напруги зображена на рис. По осі абсцис відкладено час (в секундах), а по осі ординат – напругу(у вольтах).
8 Записати вирази для диференціальних рівнянь розімкнутої і замкнутої системи.
Коли система розімкнута, то на вхід підсилювача буде подаватися тільки спад напруги на повзунку першого реостата, тобто Uдв=Ку((U, де (U=U1.
Для замкнутої системи вхідна напруга підсилювача буде визначатись різницею (U=U1- U2 , тому права частина рівняння прийме вигляд різниці кутів (вх і (вих, помноженій на S і на коефіцієнт підсилення.
9 Привести схеми електронного моделювання окремих ланок і замкненої системи .
Для пропорційних ланок, саме для вимірювальної схеми, підсилювача і редуктора, схему моделювання можна зобразити як на рисунку.
Кофіцієнт передачі (підсилення або послаблення ) ланки виражається:
Ланку двигун можна розглядати по різному:
послідовне включення пропорційної ланки, ідеальної інтегруючої ланки і двох аперіодичних ланок.
послідовне включення пропорційної ланки, ідеальної інтегруючої ланки і коливної ланки.
Пізніше ми спростимо схему, замінивши усі послідовно підключені пропорційні ланки одною. Тому у схемі електронної моделі двигуна схема пропорційної складової ланки наводитись не буде. Схема електронної моделі ідеальної інтегруючої ланки зображена на рисунку .
загальна формула передаточної функції для інтегруючої ланки: . Для наведеної на рисунку схеми . Схема електронної моделі аперіодичної ланки зображена на наступному рисунку. Загальна формула передаточної функції для аперіодичної ланки: . Для наведеної на рисунку схеми стала часу ланки , коефіцієнт підсилення .
Тепер наведемо схему усієї системи.
Можна дві послідовні аперіодичні ланки замінити коливною.
10 Користуючись одним з алгебраїчних критеріїв стійкості, визначити стійкість системи і знайти граничний коефіцієнт підсилення.
Скористаємося критерієм стійкості Гурвіца, який формулюється наступним чином: для виконання умови стійкості і, отже, для розташування всіх коренів характеристичного рівняння у лівій півплощині необхідно і достатньо, щоби всі n діагональних мінорів матриці (10.1) були додатніми.
(10.1)
Рівняння розімкнутої системи записується:
,
звідки:
;
;
;
;
Для рівняння порядку 3 критерій прийме вигляд:
система стійка
Граничний коефіцієнт знаходиться з умови знаходження системи на межі стійкості, тобто у даному випадку :
;
;
отже граничний коефіцієнт підсилення дорівнює 10000.
11 Записати вирази передаточних функцій для окремих ланок системи.
Вимірювальна схема(реостат):
,(11.1)
Електронний підсилювач:
,(11.2)
Двигун постійного струму:
,(11.3)
можна представити формулу в інакшому, більш зручному вигляді:
,(11.3а)
оскільки, тому що , бо
Редуктор
,(11.4)
12 Записати вирази передаточних функцій розімкненої і замкненої системи.
Для розімкнутої системи:
;
;
для замкну тої системи зі 100 %-ним оборненим зв’язком формула виглядає:
.
13 Записати вирази для комплексних коефіцієнтів передачі окремих ланок системи, розімкненої і замкненої системи.
Передаточна функція для вимірювальної схеми: ;
Передаточна функція для ЕП: ;
Передаточна функція для редуктора: ;
Передаточна функція для двигуна:
Для розімкненої системи:
Для замкненої системи:
14 Розрахувати аналітично і побудувати АФX, ЛАЧХ і ФЧХ, окремих ланок системи, і розімкненої системи.
У даній схемі є одна інерційна ланка – двигун – і вона буде розглянута детально.
Для початку розглянемо безінерційні ланки:
вимірювальна схема;
Електронний підсилювач;
Редуктор.
За означенням, якщо залежність між вхідною і вихідною величинами виражається рівнянням виду
(14.1),
то таку ланку називають пропорційною(підсилюючою).
К – коефіцієнт пропорційності або передаточний коефіцієнт.
Амплітудно-фазова характеристика (АФХ) пропорційної ланки вироджується у точку з координатами (К, j(0). Амплітудна логарифмічна характеристика (ЛАЧХ) такої ланки визначається виразом , і представляє собою пряму, що проходить паралельно до осі абсцис, на відстані 20(lgK дб. Фазо-частотна характеристика (ФЧХ) пропорційної ланки має вигляд . Вона співпадає з віссю абсцис.
Значення сталих коефіцієнтів для пропорційних ланок системи:
вимірювальна схема (14.2);
Електронний підсилювач (14.3);
Редуктор (14.4).
Надалі розглянемо складнішу ланку – двигун. З передаточної функції двигуна (14.5) видно,
(14.5)
що цю ланку можна розглядати, як послідовне включення: ідеальної інтегруючої ланки і двох аперіодичних ланок , . Спочатку побудуємо лінійні частотні характеристики. Отже у п.13(див. ф-ли 13.4, 13.5) ми виразили комплексний коефіцієнт передачі двигуна, виділивши дійсну і уявну частини:
; .
змінюючи ( від 0( до 270(, побудуємо АФЧХ двигуна (рис. 14.1).
Формула модуля вектора (залежність амплітуди від () : (14.6);
Формула фази вектора (залежність фази від () : (14.7).
По залежностям 14.6 і 14.7 будуємо відповідно амплітудно-частотну і фазово-частотну характеристики двигуна(рис.14.2, 14.3):
Для побудови логарифмічних характеристик використаємо формули:
, відкладаючи по осі абсцис не (, а lg((), а по осі ординат L(() і (((), будуємо відповідно ЛАЧХ і ЛФЧХ відповідно.
А
Зважаючи на те, що схема розімкненої системи відрізняється від схеми двигуна лише послідовним включенням ще декількох пропорційних ланок (вимірювальної схеми, підсилювача, редуктора), вигляд усіх наведених вище характеристик (характеристик двигуна) відрізнятиметься від характеристик розімкнутої системи лише масштабом по тій чи іншій осі, а ФЧХ і ЛФЧХ виглядатимуть так само, як і на рисунках 14.3 і 14.5 відповідно.
15 По АФХ розімкненої системи визначити стійкість системи. Знайти запаси стійкості по амплітуді і фазі.
Тому побудуємо АФЧХ для замкнутої системи і, якщо вона (система) стійка, визначимо запас стійкості. АФЧХ для замкнутої системи зображена на рис. 15.1.
Нехтуючи неточностями побудови графіка, отримуємо такі результати:
(=0.88рад;
(Н=0,64.
16 По ЛАЧХ і ФАХ розімкненої системи визначити стійкість системи і знайти запаси стійкості по амплітуді і фазі.
(=0.88рад;
(Н=0,64.
Стйк по фазі(=0.88рад;
Стійк по амплітуді(Н=0,64.
17. Побудувати графік перехідного процесу методом трапецій при одиничній стрибкоподібній дії вхідної величини
побудуємо частотну характеристику:
Метод приблизної побудови перехідного процесу за допомогою трапецій запропонував В.В. Солодовніков. Запишемо формули для побудови перехідного процесу:
- формула для перехідного процесу;
де - висота трапеції, - нахил трапеції, - перехідний процес,
- час перехідного процесу, - час одиничного безрозмірного процесу,
- інтегральний синус, - інтегральний косинус, - нижня основа трапеції, - верхня основа трапеції.
Для трапеції 1:
для трапеції 2:
для трапеції 3:
Графік перехідного процесу для першої трапеції:
Графік перехідного процесу для другої трапеції:
Графік перехідного процесу для третьої трапеції:
Сумарний перехідний процес.
18. По графіку перехідного процесу визначити якісні показники системи
За графіком:
- необхідне значення регульованої величини,
- максимальне значення регульованої величини,
- час затримки,
- час встановлення максимального значення,
- тривалість перехідного процесу.
11.04.2013 22:04-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора