Расчёт элементов принципиальной схемы и основных узлов

 

При анализе структурной схемы замкнутой скорректированной системы управления нестационарным динамическим объектом видно, что принципиальная схема устройства будет состоять из операционных усилителей типа К140УД1А, которые будут включены в различных режимах работы. В состав будет входить: сумматор, 5 форсирующих звеньев, 5 апериодических звеньев, пропорциональное звено с к = 13,3.

Исходя из структурной схемы устройства можно построить принципиальную электрическую схемы. Далее проведём расчёт элементов полученной принципиальной схемы.

Рассчитаем сумматор, схема которого приведена ниже.

 

Рисунок 4.1 - Схема сумматора

 

Сопротивление резисторов R1, R2, R3, R6 принимаем равным 51 кОм.

 

U_вых = U_вх1 + U_вх2.

 

Рассчитаем форсирующие звенья:

 

Рисунок 4.2 - Форсирующее звено

 

Рассчитаем форсирующее звено T₁p+1

Принимаем C₁ = 20 мкФ

Найдём R₁ из формулы: R₁ = T₁/C₁. T₁ = 5,3

 

R₁ = 5,3/(20*10^-6) = 265 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃ = 265 кОм.

Найдем сопротивление резистора R₂:

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃) = 265*10³*265*10³/(265*10³+265*10³) = 132,5 кОм.

R₁ = R₃ = 265 кОм, R₂ = 132,5 кОм.

 

Рассчитаем форсирующее звено T₃p+1.

 

T₃ = 3,2 T₃ = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T₃/C₁ = 3,2/20*10^-6 = 160 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃.

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃) = 160*10³*160*10³/(160*10³+160*10³) = 80 кОм.

R₁ = R₃ = 160 кОм, R₂ = 80 кОм.

 

Рассчитаем форсирующее звено T₂p+1.

 

T₂ = 15, T₂ = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T₂/C₁ = 15/20*10^-6 = 750 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃.

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃)=750*10³*750³/(750³+750³)=375 кОм.

R₁ = R₃ = 750 кОм, R₂ = 375 кОм.

 

Рассчитаем форсирующее звено T_1кp+1.

 

T_1k = 0,33, T_1k = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T_1k/C₁ = 0,33/20*10^-6 = 16,5 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃.

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃)=16,5*10³*16,5*10³/(16,5*10³+16,5*10³)=0,525 кОм.

R₁ = R₃ = 16,5 кОм, R₂ = 8,25 кОм.

 

Рассчитаем форсирующее звено T₄p+1.

 

T₄ = 0,125, T₄ = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T₄/C₁ = 0,125/20*10^-6 = 6,25 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃.

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃)=6,25*10³*6,25*10³/(6,25*10³+6,25*10³)= кОм.

R₁ = R₃ = 6,25 кОм, R₂ = 3,125 кОм.

 

Рассчитаем апериодические звенья:

 

 

Рисунок 4.3 - Апериодическое звено

 

Рассчитаем апериодическое звено 1/(T₂p+1)

 

T₂ = 15 T₂ = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T₂/C₁ = 15/20*10^-6 = 750кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃.

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃)=750*10³*750³/(750³+750³)=375 кОм.

R₁ = R₃ = 750 кОм, R₂ = 375 кОм.

 

Рассчитаем апериодическое звено 1/(T₄p+1).

 

T₄ = 0,125, T₄ = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T₄/C₁ = 0,125/20*10^-6 = 6,25 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃.

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃)=6,25*10³*6,25*10³/(6,25*10³+6,25*10³)= кОм.

R₁ = R₃ = 6,25 кОм, R₂ = 3,125 кОм.

 

Рассчитаем апериодическое звено 1/(T₁p+1).

 

T₁ = 5,3 T₁ = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₁ = 5,3/(20*10^-6) = 265 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃ = 265 кОм.

Найдем сопротивление резистора R₂:

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃) = 265*10³*265*10³/(265*10³+265*10³) = 132,5 кОм.

R₁ = R₃ = 265 кОм, R₂ = 132,5 кОм.

 

Рассчитаем апериодическое звено 1/(T₃p+1).

 

T₃ = 3,2 T₃ = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T₃/C₁ = 3,2/20*10^-6 = 160 кОм.

 

Принимаем R₁ = R₃.

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃) = 160*10³*160*10³/(160*10³+160*10³) = 80 кОм.

R₁ = R₃ = 160 кОм, R₂ = 80 кОм.

 

Рассчитаем апериодическое звено 1/(T_2кp+1).

 

T_2к = 0,03, T_2к = R₃C₁. Принимаем C₁ = 20 мкФ. Тогда:

R₃ = T_2к/C₁ = 0,03/20*10^-6 = 1,5 кОм.

Принимаем R₁ = R₃.

 

R₂ = R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃) = 1,5*10³*1,5*10³/(1,5*10³+1,5*10³) = 0,75 кОм.

R₁ = R₃ = 1,5 кОм, R₂ = 0,75 кОм.

 

Рассчитаем пропорциональное звено:

 

Рисунок 4.4 - Пропорциональное звено

 

K = R₃/R₁.

 

Принимаем R₃ = 51 кОм, следовательно:

 

R₁ = R₃/k = 51*10³/13,3 = 3,8 кОм

R₂= R₁||R₃ = R₁R₃/(R₁+R₃)=3,8*10³*51*10³(3,8*10³+51*10³)=3,5 кОм

 

Заключение

 

В курсовой работе был произведен синтез системы управления нестационарным динамическим объектом, получена ее структура. Данная система обеспечивает устойчивость и заданные показатели качества на интервале квазистационарности nT ≤ t ≤ (n+1)T при условии постоянства параметров объекта управления на этом интервале времени. При наличии изменений параметров объекта управления управляющее воздействие U(p), вырабатываемое регулятором (управляющим устройством) с жесткой отрицательной обратной связью, не обеспечивает устойчивости и заданных показателей качества квазистационарной системы. Для устранения этого недостатка необходимо вводить гибкую параметрическую обратную связь, т.к. управляющему устройству в этом случае необходима информация о параметрическом состоянии нестационарного объекта управления.

 

 

Литература

 

1.Чаковский В.В. и др. Методы систем управления. - Москва: Машиностроение, 1969.

.Воронов А.А. и др. Теория автоматического управления. - Москва: Высшая Школа, 1977.

.Нетушила А.В. Теория автоматического управления. - Москва: Высшая Школа, 1968.

.Володченко Г.С., Новгородцев А.И. Методические указания к комплексной курсовой работе «Построение информационно-управляющей системы с элементами искусственного интеллекта» по курсу «Элементы и системы автоматического управления и контроля». - Сумы, СумГУ, 1999.