Введение в систему нелинейностей

Добавим в систему нелинейности [8]. Главными нелинейностями являются ограничение по току и по напряжению. Причем ограничение по напряжению +-80В, а по току +-100А, исходя из специфики источника питания. Тогда система будет выглядеть следующим образом (Рисунок 23):

Рисунок 23. Замкнутая система с коррекцией и нелинейностями

 

Проведем анализ системы, выясним, не потеряла ли система устойчивость и показания точности. Проанализируем устойчивость замкнутой системы по ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы (Рисунок 24):

 

Рисунок 24. ЛАЧХ и ЛФЧХ скорректированной разомкнутой системы с нелинейностями

 

Вывод: С появлением нелинейностей система остается устойчивой.

Произведем проверку системы на точность.

При подаче на вход первого гармонического сигнала получим следующий график значения ошибки (Рисунок 25):

Рисунок 25 Значение ошибки замкнутой скорректированной системы с нелинейностями при первом гармоническом входном воздействии

 

Вывод: Система сохранила свои параметры по точности.

При подаче на вход второго гармонического сигнала получим следующий график значения ошибки (Рисунок 26):

Рисунок 26. Значение ошибки замкнутой скорректированной системы с нелинейностями при втором гармоническом входном воздействии

Вывод: Система сохранила свои параметры по точности.

 Переходной процесс (Рисунок 27 и Рисунок 28) при подаче единичного воздействия.

Рисунок 27. График ошибки скорректированной замкнутой системы с нелинейностями

Рисунок 28. График зависимости выходного угла скорректированной замкнутой системы с нелинейностями от времени в увеличенном масштабе

Время переходного процесса 1.1 с – установления статической ошибки меньше 3,5 угловых минут (0,001 рад) с момента первого согласования.

Проверим время разгона установки до 0.9 скорости переброса, подав на вход системы импульс амплитудой 1 (Рисунок 29).

Рисунок 29. Скорость системы в режиме переброски

 Время разгона установки до значения 0.9 от скорости переброса составило примерно 0.15 с, что удовлетворяет техническому заданию.

Вывод: Синтезированная система отвечает всем требованиям, предъявляемым техническим заданием, а именно требованием к точности, устойчивости и быстродействию.

 

Расчет вертикального канала

Вертикальный канал отличается от горизонтального лишь тем, что приведенный момент инерции меньше, чем у горизонтального. Передаточные функции двух каналов были приведены выше. Как не сложно заметить, данные уравнения мало отличаются друг от друга, и вертикальный канал рассчитывается и синтезируется аналогично горизонтальному. Поэтому расчет вертикального канала в данной работе не приводится, так как полагается, что он абсолютно точно повторяет расчет горизонтального.

1.4. Анализ полученных результатов в программе Matlab и заключение

Все графики в программе Matlab были приведены выше, проанализированы и описаны. В итоге, из системы, которая не отвечала требованиям по точности и принципу действия, была получена система, которая соответствует всем показателям, приведенным в техническом задании, а именно требования по точности при двух разных входных гармонических сигналах, требованию по устойчивости и быстродействию системы.

 

Конструкторская часть

Для управления ДПТ необходимо разработать принципиальную схему и спроектировать плату усилителя мощности.

Усилитель мощности – электронное устройство для усиления входного сигнала. В усилительных элементах чаще всего используются явления электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. В выпускной квалификационной работе описывается принцип работы, ход разработки и подбора элементной базы усилителя мощности ДПТ, построенного на MOSFET транзисторах, включенных по схеме полного моста [9], известного в англоязычной литературе как H-bridge.

Выбор схемы включения типа полного моста нашел широкое применение в робототехнике, так как он позволяет обеспечивать двигательный, тормозной и реверсивный режимы работы привода.

Управляющее воздействие, прикладываемое на вход усилителя мощности – сигнал ШИМ с частотой 20кГц и амплитудой 5В, который подается с микроконтроллера.

Дополнительно в схеме усилителя мощности присутствует электромагнитная муфта. Ее функциональное назначение заключается в том, чтобы фиксировать вал электрического двигателя в неподвижном положении при его неиспользовании и при срабатывании концевых выключателей крайних положений при наезде пушечной установки на них. Структурная схема усилителя мощности отображена в Приложении А.

Усилитель мощности будет построен полностью на отечественной компонентной базе, согласно перечню ЭКБ [10], так как изделие будет использоваться в военной отечественной технике.