Разработка системы стабилизации температуры рабочей жидкости привода манипулятора транспортной машины

Задание к работе

автоматический управление привод машина

Система стабилизации температуры рабочей жидкости привода манипулятора транспортной машины

Объектом регулирования является система в виде параллельных гидролиний Di (системы смазки, охлаждения). Регулируемый параметр - температура жидкости Ω.

Принцип работы системы: перед включением привода в условиях низких температур с помощью нагревателя НГ (в данном случае - жидкостного) происходит подогрев рабочей жидкости в емкости (баке) до заданной температуры. При запуске привода рабочая жидкости от насоса поступает в систему и далее через электрогидравлический усилитель (ГУ) на слив в бак. В процессе работы манипулятора увеличивается возмущение (например нагрузка на рабочий орган) и, соответственно, повышается температура рабочей жидкости в гидросистеме, которая может превысить допустимое значение. Дистанционный электрический датчик температуры (ДТ) измеряет величину регулируемого параметра Ω и в виде изменения напряжения U передает сигнал на вход усилителя постоянного тока УПТ. Из усилителя ток J поступает на электромагнит гидравлического усилителя, который осуществляет пропорциональное перемещение золотника. Последний направляет поток жидкости через терморегулятор (охладитель ТР) в бак. Задающее устройство ГУ - регулируемая пружина - позволяет установить начальные условия и пределы регулирования температуры. Прохождение рабочей жидкости через ТР вызывает снижение ее температуры. Выходной сигнал датчика ДТ уменьшается и, соответственно, уменьшается сигнал управления ГУ. Регулируемая пружина перемещает золотник в обратном направлении, и рабочая жидкость поступает в бак, минуя ТР. Цикл повторяется.

Математическое описание системы

. Дистанционный электрический датчик температуры (ДТ) - измеряет регулируемый параметр - температуру Ω и преобразует в более удобный сигнал - падение напряжения U

 - коэффициент передачи

 - постоянная времени интегрирования

. Усилитель постоянного тока УПТ

Сигнал U от датчика ДТ поступает на УПТ, который преобразует входной сигнал в пропорциональный выходной сигнал по току J

 - коэффициент усиления УПТ

. Электромеханический преобразователь (ЭМП) - предназначен для преобразования электрического сигнала поступающего от усилителя в механическое перемещение регулирующего органа - золотника ГУ

 - коэффициент передачи ЭМП

h - перемещение золотника

 и  - индуктивность и сопротивление обмотки электромагнитной катушки ЭМП

С - жесткость возвратной пружины

4. Объект регулирования

 - постоянная времени, характеризует тепловую инерционность системы. Зависит от температуры рабочей жидкости и теплопередачи

 - температура рабочей жидкости

 - коэффициент передачи объекта регулирования по перемещению золотника

 - функция возмущения объекта регулирования (изменение нагрузки системы привода, температуры окружающей среды и т.д. Эта функция может быть детерминированной или иметь случайный характер

Данные для анализа и синтеза системы

Принципиальная схема

2) Передаточные функции звеньев системы

Датчик температуры:

Tд  + U = KдΩ

U(t)(Tдp + 1) = KдΩ(t)=  =

Усилитель постоянного тока:

I = U

I(t) = U(t)

W2 =  = 1

Электромеханический преобразователь:

m  +   + Ch = KhI(t)p2 +  h(t)p + Ch(t) = KhI(t)3 =  =

Объект регулирования:

To  + Ω = Koh + f(t)Ω(t)p + Ω(t) = Koh(t) + f(t)

Ω(t)(Top + 1) = Koh(t) + f(t)=  =

3) Преобразование схемы в одноконтурную с подстановкой данных

)         Передаточные функции разомкнутой и замкнутой систем.

W(p)раз =

W(p)замк =  =  =

W(p)замк =  =

2)       Построение АФЧХ, АЧХ, ФЧХ

Зададим передаточную функцию САУ:

Wр(щ)=

Определим передаточную функцию замкнутой системы:

WЗ(щ) =

ФЧХ замкнутой системы:

АЧХ замкнутой системы:

АФЧХ замкнутой системы:

АЧХ разомкнутой системы:

ФЧХ разомкнутой системы:

АФЧХ разомкнутой системы:

4) Определение устойчивости разомкнутой САУ

Критерий Рауса:

Характеристическое уравнение берем из знаменателя передаточной функции разомкнутой системы.

Характеристическое уравнение:

 = 0

В первом столбике таблицы Рауса коэффициенты не меняют своего знака, значит, система устойчива и не имеет правых корней.

5) Построение ЛАЧХ, ЛФЧХ

W(p)раз =

Lg(k) = 20Lg(0.119) = -18.5

щ1 =  = 0.7

щ2 =  = 2.2

щ3 =  = 2.5

ц(щ) = 0 - arctg(0.45щ) + arctg(0.4щ) - arctg

Исходя из графика АФЧХ замкнутой системы, делаем вывод о том, что исходная система устойчива.

Построение желаемой ЛАЧХ:

Выбираем тип ЛАЧХ - 3.

Тогда:

у = 25%= 1.1

щc = 7

щc * tp = 5.5= 0.78

Тогда:

щ1ж = щ1 = 0,7

щ2ж = 2,4

щ3ж = 31

6)Определение устойчивости системы, используя критерий Найквиста

Скорректированная система устойчива, так как на участке L(w)>0 ЛФЧХ пересекает -р до частоты среза.

7) Определение передаточной функции корректирующего звена

Прежде чем определить передаточную функцию корректирующего устройства необходимо построить ЛАЧХку. Построим ее путем вычета графика ЛАЧХисх из графика ЖЛАЧХ.

Передаточная функция корректирующего устройства:

Wку =

Построение переходного процесса для исходной САУ.

Переходный процесс в замкнутой САУ при еденичном ступенчатом воздействии:

h(t) =  *  t = 0,0.01..100

Переходный процесс исходной САУ:

 = 0.19 tm = 5 tp >100

8) Передаточная функция скорректированной САУ

Определим передаточную функцию скорректированной САУ по графику ЖЛАЧХ.

W =

=  = =  =  T3 =  =

Wж =

ц(щ)ж =

Построение переходного процесса для скорректированной САУ.

Переходный процесс в замкнутой САУ при еденичном ступенчатом воздействии:

h(t) =  *  t = 0,0.01..1

Переходный процесс скорректированной системы:

Определим параметры качества переходного процесса по графику:

hmax = 1.2

hn = 1.125

 =  = 0.07 ( перерегулирование)

tm = 0.27

tp = 0.33