Разработка и расчет принципиальной схемы

 

В качестве элементной базы для реализации структурной схемы замкнутой скорректированной системы управления выбираем операционный усилитель типа К140УД7, с параметрами

 

U_пит = ±15, I_вх = 200 нА, К_ос = 60 дБ, f = 0,8МГц, U_{вых. max} = 10.5 В,

R_вх = 0.4Мом, Ku = 5·10⁴.

 

Основные звенья, которые используются в разработанной системе это: сумматор, усилительное звено, апериодическое звено и форсирующее звено.

Сумматор.

Внешний вид сумматора представлен на рисунке рис.4.

 

Рисунок 4 - Сумматор на основе операционного усилителя

 

Резисторы R₁= R₂ =R₃ = R₄ = 20 кОм.

Усилительное звено.

Данное звено усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для срабатывания логический элементов.

 

Рисунок 5 - Усилительное звено на основе операционного усилителя

 

Принимаем R₁ = 20 кОм, тогда R₂ будет равным

 

R₃ = k*R₁.

R₂ = (R₁*R₃) / (R₁+R₃). (1.28)

Тогда для к_р = 595,28, R₃ = 20000* 595,28 = 12 МОм, R₂ = 20 кОм;

 

Апериодическое звено.

Апериодическое звено первого порядка используемое в разрабатываемом устройстве приведено на Рис.6.

 

Рисунок 6 - Апериодическое звено на основе операционного усилителя

 

Постоянная времени апериодического звена равна

 

T= R*C, (1.29)

 

откуда прияв R₁=R₃= 20 кОм найдем

 

R₂ = R₁/2 =10 кОм, (1.30)

С_i = T_i/R₁.

Для T₂ = 0.1 c, С = 5 мкФ; Т₁ = 44 с, С = 2.2 мФ;

Т₃ = 0.025 с, С = 1,25 мкФ; Т_2к = 0.021 с, С = 1.05 мкФ.

 

Форсирующее звено.

 

Рисунок 7 - Форсирующее звено на основе операционного усилителя

 

Задаемся R₁ = R₃ = 20 кОм, тогда

 

R₂ = R₁/2 = 10 кОм,

С_i = T_i/R₁. (1.31)

Для Т₁ = 44с, С = 2.2 мФ; Т₂ = 0.1с, С = 5 мкФ;

Т_1к = 0.25с, С = 12.5 мкФ; Т₃ = 0.025с, С = 1.25 мкФ.

 

Принципиальная схема разработанного устройства приведена чертеже Э3.

Заключение

 

При построении системы автоматического управления использовалось несколько методов исследования объекта управления.

Метод пространства состояний позволил представить нестационарный объект управления схемой в пространстве состояний, определить вектор состояния, вектор изменения, динамическую матрицу параметров и провести исследование объекта при различных возмущающих и управляющих воздействиях, а также определить область управляемости при фиксированных возмущающих воздействиях.

Метод квазистационарности был применен для нахождения передаточной функции квазистационарного объекта и построения желаемой логарифмической амплитудно-частотной характеристики скорректированной системы по показателям качества переходного процесса, а также нахождения передаточной функции, схемы и параметров корректирующего звена.

В результате нами была разработана система автоматического управления нестационарным динамическим объектом, которая имеет достаточный запас как по фазе, так и по амплитуде.

Список литературы

 

1. Барковский В.В. и др. Методы синтеза систем управления. - М.: Машиностроение, 1969.

2. Володченко Г.С. Синтез адаптивной системы оптимального управления нестационарным объектом одного класса. - Республиканский науч.-тех. Сб. АСУ и приб. Автоматики. Вып.50 - Высшая школа, 1978.

3. Воронов А.А. и др. Теория автоматического управления. - М.: Высш. шк., 1977.

4. Солодов А.В., Петров Ф.С. Линейные автоматические системы с переменными параметрами. - М.: Наука, 1971.