Курсова робота

з дисципліни теорія автоматизованого управління

(назва дисципліни згідно навчального плану)

Тема Аналіз і синтез системи управління пристроєм електричної тяги

ВСТУП

Практично жодна з реальних систем автоматичного управління не описується лінійними диференціальними рівняннями і тільки в деяких, наперед обумовлених конкретних умовах, вони можуть приблизно бути зведені до лінійних систем (це справедливо теж не для всіх систем автоматичного управління). При цьому розгляд нелінійних систем є дуже важливим для розуміння принципів роботи багатьох реальних систем управління, зокрема в даній роботі розглядається система автоматичного управління температури, ще слід згадати про набагато складніші системи управління курсами кораблів і літаків, космічних літальних апаратів, управління технологічними та виробничими процесами (зокрема електроприводами) . Важливість вивчення процесів в таких системах обумовлюється необхідністю досягнення контрольованості, прогнозованості цих систем, недопущення виходу їх з-під контролю та руйнування, завдання шкоди навколишньому середовищу.

Величезна кількість систем, процеси в яких не можуть бути описані лінійними диференційними рівняннями, зобов’язують при їх дослідженні користуватися нелінійними диференційними рівняннями. Перехід до нелінійних диференційних рівнянь пов’язується як з врахуванням нелінійності реальних характеристик елементів системи, так і додатковим введенням в систему елементів з значно нелінійними характеристиками. При цьому якщо в лінійних системах працездатними вважаються тільки стійкі системи і поява наростаючих коливань розглядається як недопустиме явище, то в нелінійних системах питання про стійкість ставиться інакше.

Так для дуже великої кількості нелінійних автоколивальних систем коливання є властивістю нормальної роботи системи. В цьому випадку під стійкістю системи розуміють стійкість автоколивань в нестійкій, з точки зору лінійної теорії, системі. В лінійних системах ознакою стійкості є повернення системи в початкове положення при зменшенні зовнішніх дій до нуля. Таку стійкість називають аперіодичною, чи стійкістю в точці. Цим поняттям можна користуватися і для характеристики нелінійних систем. Однак в цих системах значно більше значення має стійкість в деякій області, що характеризується поверненням системи в задану область при зменшенні зовнішньої дії до нуля.

Ще однією складністю дослідження нелінійних систем є неможливість використання принципу накладання: при складних діях процес в системі не може бути представлений як сума процесів, що отримуються від кожної дії зокрема. Ця обставина значно ускладнює кількісний аналіз нелінійних систем автоматичного регулювання. Крім того, існує багато індивідуальних методів розв’язання нелінійних диференціальних рівнянь, що унеможливлює використання якогось одного певного методу.

Для аналізу процесів в реальній нелінійній системі використовують два етапи наближення: перший етап – складання нелінійних диференціальних рівнянь, що приблизно описують систему, а другий – приблизне рішення цих рівнянь. Якщо для одержаних на першому етапі рівнянь знаходиться точне рішення, то говорять про точне рішення задачі. Якщо ж мають місце два етапи наближення, оскільки одержані нелінійні рівняння вирішують методом спрощення, то говорять про приблизний метод рішення задачі.

В даній роботі дано коротку характеристику способів дослідження нелінійних систем автоматичного управління та розглянуто конкретну систему цього типу .

1 ЗАВДАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Метою даного курсової роботи є дослідження процесів, що мають місце в нелінійних системах на прикладі конкретної системи –системи управління пристроєм електричної тяги.

Перший крок –описати систему керування, описати всі блоки (підсилювач потужності, двигун ,що управляється по колу якоря ,датчик). В якості датчика швидкості ми використовуємо тахогенератор. Вихідні дані (вихідна напруга) буде подаватися на вхід через від’ємний зворотній зв'язок.

Другий крок –за допомогою системи MatLab дослідити систему наближеними методами на автоколивання. В даному випадку я буду використовувати методи Гольдфарба та Попова.

Третій крок –неохідно зробити синтез коректую чого пристрою. Для цього буде використана система MathCad, в якій ми знайдемо сталу часу Т2 пи якій час перехідного процесу наближатиметься до 1.

Четвертий крок–зробити висновки з приводу проведеного аналізу системи керування приводом електровоза.

2 Опис даної системи управління

2.1 Опис роботи системи управління пристроєм електричної тяги.

Система працює наступним чином: на вхід датчика- перетворювача поступає задана швидкість. В суматорі, що і виступає в якості перетворювача , цей сигнал перетворюється у напругу. Підсилювач потужності підсилює цю напругу. Після цього сигнал поступає на двигун, що управляється по колу якоря. Робота цього двигуна описана в наступному розділі. На виході отримуємо дійсну швидкість потяга, що працює на електричній тязі. Ця величина подається на вхід (через від’ємний зворотній зв'язок ) , попередньо перетворена тахогенератором. На вході дійсна величина швидкості порівнюється із заданою. В результаті людина- оператор може визначити ,що потрібно робити : збільшувати чи зменшувати швидкість потяга.

2.2 Підсилювач потужності.

Сигнал, який попадає на вхід потрібно підсилити. Для підсилення сигналу було використано напівпровідниковий підсилювач. Призначення підсилювача полягає в підсиленні сигналу до рівня, необхідного для забезпечення достатньої потужності на виході.

Він складається з повторювача (), парафазного попереднього підсилювача () і підсилювача потужності (). На змінному струмі між каскадами застосовується ємнісний зв’язок. Парафазний каскад на транзисторі є одночасно проміжним підсилювачем і застосовується в схемі П замість трансформатора з середньою точкою в вихідній обмотці для збудження двотактного підсилювача потужності. Діоди і використовуються для

зміщення робочих точок транзисторів і на такі лінійні ділянки їх вольт-амперних характеристик, при яких усувається спотворення корисного сигналу і забезпечується лінійна передаточна характеристика підсилювача. В залежності від складності проміжних підсилювачів їх коефіцієнти підсилення по струму і напруги досягає значення.

Коефіцієнт підсилення підсилювача по потужності визначається статичним коефіцієнтом підсилення транзистора по струму в схемі з загальним колектором і лежить в границях. Для його збільшення вихідні каскади