Дослідження сервоприводу з урахуванням нелінійності

Зона нечутливості складається як би з двох частин. Вона обумовлена:

1. Конструкцією РМ.

2. Моментом, прикладеним до вихідного штока РМ.

Щоб зменшити момент, прикладений до вихідного штока РМ, прагнуть зробити крутіше моментальну характеристику (ближче до релейної).

Всі ці нелінійності необхідно враховувати при проектуванні сервоприводу.

Побудова частотних характеристик для даного об'єкту проводитиметься в середовищі MATLAB/Simulink.

На вказаному графіку видно що, що пік амплітуди рівний А=1.6°, стале значення амплітуди, рівний А=1.2°и час перехідного процесу tПП=0.25 c, який задовольняє вимогам ТЗ. Величина перерегулювання складає приблизно ?=0.6 від сталого значення амплітуди і задовольняє вимогам ТЗ.

Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ нескоректованої системи за допомогою команд MATLAB, а також ЛАЧХ і ЛФЧХ скоректованої системи.

Запас стійкості по амплітуді рівний 40.5 дБ, по фазі -375 град. Зв'язана частота ?С=233 рад/с. Запас стійкості системи не достатні, щоб система залишалася стійкою при варіаціях параметрів, приводу і інших функціональних пристроїв в допустимих межах.

3. Експериментальна частина

Задачею експериментальної частини є, одержати навики дослідження статичної і динамічних характеристик електрогідравлічної рульової машинки (ЕГРМ), з використанням реальної установки (в аудиторії 402 радіо корпусу). Як об'єкт управління використовували електрогідравлічний рульовий привод, який представлений на малюнку 3.1.

Малюнок 3.1 - Електрогідравлічна рульова машинка

На вихідному валу ЕГРМ встановлений рухомий електричний контакт, який стикається з сектором нерухомого контакту, має певний тарований (заданий) центральний кут . Послідовно в ланцюг контактів включається годинник для визначення тривалості замкнутого стану контактів при обертанні вихідного валу ЕГРМ. Для подачі управляючого сигналу використовували джерело командних сигналів. Включення стенду здійснюється включенням тумблерів.

а) перемикач встановити в положення 2, перемикачі, і в положення 1. Перемикачі і використовуються для відстежування зміни сигналів в контрольних точках системи і живлення;

_б) рухомий контакт ЕГРМ встановити в положення розімкненого стану по відношенню до нерухомого контакту, шляхом повороту вихідного валу ЕГРМ;

в) ручкою регулятора задаючого пристрою (ЗП) встановити по вольтметру необхідне значення управляючої напруги (знак сигналу залежить від повороту ЗУ управо або вліво по відношенню до середнього положення ЗП);

г) включити тумблери і (подається живлення на годинник);

д) включити тумблер, після чого вихідний шток ЕГРМ після певного часу займе нове украй положення;

е) після зупинки штока ЕГРМ вимкнути тумблер живлення електродвигуна і записати свідчення годинника в таблиці 3.1-3.3. Перемкнути перемикач () в положення 2 і по першому (другому) променю осцилографа визначити напругу на виході СМ, після чого встановити перемикач () в положення 3 і по першому (другому) променю осцилографа визначити вихідний сигнал на воді ПМ. Всі свідчення занести в таблиці 3.1-3.3;

ж) здійснити установку годинника в нульове положення відповідною кнопкою скидання годинника;

з) змінити знак на управляючої дії ЗП на протилежний і повторити пп. е-ж.

и) з певним інтервалом зміни управляючої дії повторити пп. в-к.

к) визначити значення кутових швидкостей обертання валу ЕГРМ, як відношення кута повороту вихідного штока до проміжку часу замкнутого стану контактів:

, (3.1)

де - фіксоване значення кута; - інтервал часу за який шток ЕГРМ при і-том управлінні здійснює поворот на фіксований кут. К ПМ = 3.

Таблиця 3.1 Характеристики ЕГРМ в першому положенні перемикача

№	Uзад, В	Uсум, В	Uпп, В	, рад/с
1	0	0	0	0
2	0,5	1,11	1,5	0,075
3	1	2,31	3	0,152
4	1,5	3,5	4,5	0,3
5	2	4,9	6	0,4
6	2,5	6,27	7,5	0,455
7	3	7,47	9	0,465
8	3,5	8,67	10,5	0,48
9	4	9,9	12	0,471
10	4,5	11,13	13,5	0,477
11	4,95	11,57	14,85	0,48
12	-0,5	-1,55	-1,5	0,009
13	-1	-2,75	-3	0,063
14	-1,5	-4,04	-4,5	0,153
15	-2	-5,3	-6	0,27
16	-2,5	-6,77	-7,5	0,35
17	-3	-7,9	-9	0,41
18	-3,5	-9,2	-10,5	0,45

Таблиця 3.2 Характеристики ЕГРМ в другому положенні перемикача

UЗ, В	UСМ, В	Uпп, В	?t, с	?i, рад/с
0,5	0,7	2,1	10,95	0,096
1	1,7	5,1	6,12	0,17
2	5,3	15,9	3,03	0,34
3	7,7	23,1	2,25	0,46
4	9,8	29,4	2,34	0,447
5	10,1	30,3	2,26	0,463
-0,75	-2,2	-6,6	26,94	0,04
-1	-3	-9	10,5	0,1
-2	-4,1	-12,3	3,12	0,33
-3	-9	-27	2,05	0,51
-4	-10	-30	2,25	0,465
-5	-10,1	-30,3	2,19	0,48

Таблиця 3.3 Характеристики ЕГРМ в третьому положенні перемикача

UЗ, В	UСМ, В	Uпп, В	?t, с	?i, рад/с
0,5	0,9	2,7	9,76	0,107
1	1,6	4,8	6,25	0,167
2	5,5	16,5	2,99	0,35

На малюнку 3.2 представлена статична характеристика суматора і розрахований коефіцієнт передачі суматора.

Малюнок 3.2 - Статична характеристика суматора

Для трьох різних положень перемикача коефіцієнт відповідно рівні:

Лінійна математична модель суматора має наступний вигляд:

(3.2)

Нелінійна математична модель має вигляд:

Коефіцієнт передачі підсилювача потужності

На малюнку представлена швидкісна характеристика ЕГРМ і розрахований коефіцієнт передачі ЕГРМ, який рівний 0,02.

Получена передавальна функція має вигляд:

.

3.1 Отримання частотних характеристик

Суть експериментального методу отримання частотної характеристики будь-якої динамічної ланки полягає в дослідженні його реакції на дію гармонійного сигналу вигляду: . Для виконання експерименту необхідно виконати наступне:

а) встановити перемикач в положення 3, що відповідає підключенню виходу ГНЧ до входу СМ;

б) встановити перемикач в положення 1, що відповідає підключенню сигналу з виходу генератора до першого променя осцилографа, а перемикач - в положення 4, що відповідає підключенню сигналу з виходу потенціометра зворотного зв'язку ЕГРМ до другого променя осцилографа;

в) за допомогою будівельних ручок, що знаходяться не передній панелі ГНЧ, встановити частоту сигналу 0,02 Гц, а амплітуду сигналу підібрати так, щоб вона не потрапляла в зони не лінійності швидкісної характеристики ЕГРМ;

г) включити ГНЧ;

д) включити тумблер, при цьому вихідний шток ЕГРМ повинен почати скоювати коливальні рухи певної амплітуди з частотою, рівній частоті вхідного сигналу. Оскільки до складу ЕГРМ входить інерційна ланка з великою постійною часу, то матиме місце фазовий зсув між вхідними і вихідними сигналами;

е) по осцилографу визначити амплітуду вихідного сигналу, зсув фаз між сигналами і одержані результати занести в таблицю 3.4;

ж) змінити частоту вхідного сигналу на 0,02 Гц і повторити п. е.

Таблиця 3.4 Частотні характеристики ЕГРМ

рад/с	A	, град
0,126	0,5268	136,33
0,25	0,4587	65,66
0,5	0,32	29,38
1	0,1724	10,83
2,01	0,087	4,39

На малюнках 3.3 -3.4 представлені АЧХ і ФЧХ ЕГРМ

Малюнок 3.3 - АЧХ ЕГРМ

Малюнок 3.4 - ФЧХ ЕГРМ

4. Конструкторська частина

4.1 Проектування спеціалізованого обчислювача

В даній частині роботи буде проведений процес проектування спеціалізованого обчислювача.

В системі автоматичного позиціонування, що розробляється в даній роботі, регулятор буде виконаний на основі цифрового мікроконтролера, який повинен буде реалізовувати вибраний раніше закон управління. Для реалізації пропорційної і диференціальної складових потрібна інформація про положення керма управління. Пропонується функціональна схема, представлена на малюнку 4.1.

Малюнок 4.1 - Функціональна схема цифрового регулятора

ЗП - задаючий пристрій;

АК - аналоговий комутатор;

ПВХ - пристрій виборкихраніння;

АЦП - аналого-цифровий перетворювач;

МК - мікроконтролер;

ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач;

ШІМ - широтно-імпульсний регулятор;

ШУ - шина управління.

4.2 Перетворювач алгоритмів управління для реалізації в спецобчислювачі

4.2.1 Аналіз алгоритмів управління

Вхідною інформацією для обчислювача є сигнали формувача задаючого сигналу і шифратора приросту. Обидва сигнали є 8-розрядним паралельним цифровим кодом.

Оскільки всі вхідні параметри алгоритму поступають безпосередньо з датчика і задаючого пристрою, то попередня обробка не потрібна. Принципи перевірки достовірності інформації з датчика не регламентуються і застосуються не будуть.

4.2.2 Розрахунок масштабуючих коефіцієнтів

Значення коду поступаючого з датчика, реєструючого переміщення, є 8-розрядним цифровим кодом, який характеризує величину лінійного переміщення керма управління. Згідно пункту 1, де була розроблена структурна схема системи позиціонування керма управління, значення сигналу зворотного зв'язку повинне бути зменшено в 1000 разів, відповідно виходячи з цього, цифровий 8-розрядний код поступаючий з шифратора приросту повинен бути помножений на коефіцієнт зворотного зв'язку:

.

Дана операція буде виконана безпосередньо за допомогою мікроконтролера, при виконанні алгоритму реалізації заданих арифметичних операцій.

4.2.3 Оцінка реалізованої періоду дискретності

Заданий період дискретності складає . Стандартна тактова частота мікроконтролера МК51 , що використовується, отже, період імпульсів для таймера МК51 складе . Максимальний інтервал часу реалізовуваний таймером . Оскільки , то даний період дискретності може бути реалізований тільки апаратними засобами МК51 (таймер в 16-бітовій конфігурації рахункового регістра).

4.2.4 Оцінка реалізації обчислювача на особливі ситуації

Особливими ситуаціями в системі, що розробляється, є сигнали переривань. Джерела переривань і пов'язані з ними події дані в таблице. 4.1

Таблиця 4.1 Джерело переривань і пов'язані з ними події дано

Подія	Сигнал	Дія	Обробка	Додаткові умови
Завершення періоду	Переривання від таймера	Перезапис стартового числа і перехід на початок функціонального алгоритму	В спеціальній процедурі	Вищий пріоритет
Прийом байта з буфера паралельного порту	Переривання від паралельного порту	Читання коду (1 байт) з буфера паралельного порту	В спеціальній процедурі

4.2.5 Структура повного алгоритму роботи системи

Повний алгоритм функціонування обчислювача за рішенням задачі управління складається з таких етапів:

1. Прийом коду із значенням управляючого сигналу (по сигналу готовності, який обробляється через канал переривання).

2. Прийом коду із значенням сигналу з датчика положення .

3. Реалізація обчислень (узгодження вхідних сигналів, реалізація закону управління).

4. Очікування завершення періоду, реалізоване через очікування сигналу переривання від таймера.

5. Перезапуск таймера (запис стартового числа) і перехід до пункту 1.

4.3 Побудова функціональної схеми спецобчислювача

Спецобчислювач призначений для перетворення і обробки інформації тією, що подається з датчиків. На вхід спецобчислювача подається аналоговий сигнал в діапазоні 0…+5В, а на виході одержуємо аналоговий сигнал в діапазоні 0…+10В. Функціональна схема спецобчислювача представлена на малюнку 4.2. Для здійснення керованої передачі аналогової інформації в АЦП застосований 8-розрядний аналоговий комутатор з дешифратором, який комутує вихід з 0 і 1 з 8 аналогових входів. В нашому випадку всю решту входів заземлимо, окрім останнього, який залишимо для виходу з підсилювача потужності. Номер даного входу визначається двійковим номером, заданим на управляючих входах. Інформація про двійковий номер поступає безпосередньо від мікроконтролера. Для перетворення 8-розрядного дискретного коду в аналоговий застосовний 10-розрядний ЦАП, для цього на два розряди ЦАП подамо землю. З цього виходить, що в обчислювач повинні входити: мікроконтролер (МК), АЦП, ЦАП, пристрій виборкихраніння (УВХ), аналоговий комутатор (АК).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6