Фрагмент

1. Лист задания

В рамках курсовой работы рассматривается автоматическая система сопровождения радиолокационных объектов по направлению. Схематическое изображение прототипа рассматриваемой системы приведено на рисунке 1.1.

В данном случае рассматривается задача управления азимутальным положением луча посредством некоторого условного задающего воздействия. Требуемое положение луча локатора определяется не результатом измерения направления на цель, а угловым положением ротора потенциометрического датчика 1 на входе, т.е., по сути – величиной электрического напряжения Ui. Управление лучом локатора в данной системе производится посредством вращения параболической антенны 6 в азимутальной плоскости при помощи электрического двигателя 3 через редуктор (систему связанных шестерней 4), который понижает обороты двигателя и одновременно увеличивает вращающий момент («мощность») на валу, на котором закреплена антенна.

В идеальном случае угловое положение луча антенны θо должно в точности повторять угловое положение ротора потенциометрического датчика θi. Для этого в САУ введена обратная связь. Ось вращения антенны механически связана с осью измерительного потенциометра 5 таким образом, что угловое положение оси этого потенциометра всегда совпадает с угловым положением луча антенны в азимутальной плоскости. Если напряжения, формируемые задающим потенциометром 1 и измерительным потенциометром 5, совпадают, то задача управления считается идеально решенной, поскольку θо=θi, и ошибка управления равна нулю.

При несовпадении величин θо и θi, будут различными и напряжения потенциометров Ui и Uo. Их разность ΔU=Ui-Uo усиливается при помощи усилителя 2, в котором конструктивно совмещаются дифференциальный усилитель (имеющий два входа и усиливающий разностную составляющую подаваемых на входы напряжений) и усилитель мощности, выходное напряжение которого обеспечивает вращение вала электродвигателя, и, в конечном итоге, вала, на котором закреплена антенна, в нужную сторону (направление вращения определяется знаком разности ΔU). До тех пор, пока θо≠θi, будет продолжаться вращение двигателя, причем скорость вращения будет пропорциональна ошибке. При большой разности углов, и, соответственно, напряжений Ui и Uo, на электродвигатель подается большое напряжение и его вращение будет происходить на больших оборотах, по мере приближения ошибки к нулю, скорость вращения будет снижаться.

Для проведения теоретического анализа и расчета САУ производится перейти от прототипа системы к ее функциональной и структурной схеме. Функциональная схема рассматриваемой электромеханической САУ представлена на рисунке 1.2.

Переход к структурной схеме требует задания формул для передаточных функций всех входящих в нее элементов, а затем, с учетом связей элементов между собой – к общей передаточной функции системы W(p). Структурная схема рассматриваемой САУ представлена на рисунке 1.3.

Блок ЭС (элемент сравнения) осуществляет «вычисление» величины ошибки e(t)=θi(t)–θо(t), которую, строго говоря, нельзя наблюдать в виде отдельного процесса в схеме-прототипе САУ. Тем не менее, именно ее величина важна с точки зрения эксплуатационных свойств САУ. Далее, блок, имеющий простейшую форму передаточной функции в виде константы Kчэ (ЧЭ – чувствительный элемент), отвечает за формирование процесса, соответствующего разности напряжений с двух потенциометров – задающего и измерительного, т.е., Uчэ=ΔU. Коэффициент Kчэ имеет размерность [В/рад]. Напряжение ΔU=Uчэ усиливается при помощи дифференциального усилителя, который, совместно с усилителем мощности обеспечивает увеличение напряжения ΔU в Ку раз. Однако формула для передаточной функции усилителя имеет в знаменателе компонент вида (1+Tуp) ­ , и соответствует передаточной функции одного из типовых динамических звеньев автоматики – апериодическому звену 1-го порядка (АР-1). Далее, любой электрический двигатель также адекватно описывается передаточной функцией звена АР-1, со своими параметрами Kдв и Тдв, причем Тдв уже включает приведенную к валу двигателя инерционность нагрузки. Редуктор понижает угловую скорость вращения двигателя в Кред раз (Кред – его передаточное число). С точки зрения математической модели для данной САУ редуктор должен быть представлен моделью интегрирующего звена и соответствующей ему передаточной функцией . Это обусловлено тем, что выходной параметр, представляющий интерес с точки зрения функционирования данной системы – это угол положения луча локатора по азимуту, а не скорость его изменения во времени, которую на самом деле практически реализует редуктор в процессе работы САУ. Операция интегрирования, связывающая угловую скорость вращения вала двигателя (и редуктора) с выходным параметром системы – углом азимута луча антенны – принципиально важна для корректности последующих расчетов.

При необходимости выполняется расчет и проектирование дополнительного устройства – корректирующего, которое, будучи включено в состав исходной системы, обеспечит все необходимые показатели качества системы управления.

С практической точки зрения удобнее всего использовать последовательное КУ, поскольку не требуются ни дополнительные сумматоры, ни технические ухищрения, необходимые для реализации местных обратных связей.

Таблица 1.1 ­ Исходные данные на курсовое проектирование