close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Автоматизация технологических процессов ...(ПЗ 35.04.02 ЛЗП

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет
им. Г.Ф. Морозова»
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Методические указания
к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 35.04.02 –
Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств;
Магистерская программа "Лесозаготовительное производство"
Воронеж, 2016
2
УДК 658.5.011.56
Поляков, С. И. Автоматизация технологических процессов лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств [Текст]: метод. указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 35.04.02 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств; Магистерская программа "Лесозаготовительное производство" / С. И. Поляков; Минво обр-я и науки Рос. Фед., ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016.  23 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».
Рецензент: профессор кафедры автоматизации технологических процессов
и
производств
Воронежского
строительного университета В.И. Акимов
государственного
архитектурно-
3
Введение
Дисциплина «Автоматизация технологических процессов и производств»
является заключительной в подготовке бакалавров в области автоматизации
технологических и производственных процессов. Поэтому приведенные в настоящих методических указаниях типовые схемы управления, методики расчета электромеханических объектов рассматриваются с точки зрения эксплуатации их в составе автоматизированных систем управления. Расчет и выбор электродвигателя, определение его передаточных функций, расчет измерителя рассогласования и потенциометрического преобразователя выполнен как составная часть расчета контура автоматического регулирования.
Предложенные методики могут быть использованы как в курсовом проектировании для соответствующей дисциплины, так и при выполнении выпускной квалификационной работы бакалавра.
Практическая работа №1
Изучение схем управления электроприводом транспортирующих и
грузоподъемных устройств
1 Постановка задачи
Транспортирующие и грузоподъемные устройства применяются во всех
отраслях лесного комплекса и деревообрабатывающей промышленности и даже
на тех производствах, где технологическая автоматика в виде систем с обратной связью отсутствует.
Как правило, все указанные механизмы строятся на основе электропривода, чаще переменного тока, которым управляют различные технологические
датчики, причем схемы электропривода являются типовыми.
4
Рис. 1 Схема автоматического нереверсивного управления трехфазным
короткозамкнутым двигателем
Рис. 2 Схема автоматического реверсивного управления трехфазным
короткозамкнутым двигателем
КМ1 и КМ2 - магнитные пускатели (контакторы). Магнитный пускатель малогабаритный контактор специального исполнения. Принцип действия реверсивного магнитного пускателя схематично показан на рис. 3, а внешний вид
– на рис. 4.
Рис. 3 Схема реверсивного магнитного пускателя
Рис. 4 Внешний вид магнитного пускателя ПМЕ 224/234 реверс
5
Пускатели предназначены для пуска, остановки и реверсирования трѐхфазных асинхроных электродвигаелей с короткозамкнутым ротором, а также их
защиты от перегрузок по току недопустимой продолжительности.
Как к элементу систем автоматического управления к электромагнитным пускателям предъявляются высокие требования по износостойкости. Классы изностостойкости: А, Б и В. Пускатели производятся в исполнениях с различной степенью защиты от прикосовений и внеших воздействий (IP00, IP20,
IP40, IP54). Климатическое исполнение и категории размещения по ГОСТ
15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.
Рис. 5 Схема автоматического динамического торможения
трехфазного короткозамкнутого двигателя
Торможение противовключением
Для автоматизации торможения противовключением на двигателе устанавливают реле контроля скорости (РКС).
Упругие элементы РКС настраиваются таким образом, чтобы контакты
QS замыкались при скорости равной 10-15% от номинального значения: ω=
(0,1÷0,15)ωн.
6
Рис. 6 Схема торможения противовключением трехфазного
электродвигателя с короткозамкнутым ротором
Схема управления трехфазным электродвигателем
с фазным ротором
Чаще всего управление подобным приводом осуществляют в функции
времени, в частности, по этому принципу осуществляют запуск двигателя.
Подобные приводы встречаются на транспортирующих и грузоподъемных машинах.
7
Рис. 7 Схема управления двигателем с фазным ротором
Перечисленные типовые схемы не только могут быть скомпонованы из
отдельной аппаратуры, но и выпускаться промышленностью комплектно в виде
так называемой станции управления.
К типовым относят также схему, позволяющую переходить с дистанционного управления приводом на местное управление и наоборот. Такой переход
необходим при пусконаладочных работах; задача решается установкой переключателя режимов работы.
Рис. 8 Схема управления с переключателем работ
8
Кнопка «ПУСК» SB3 находится на пульте дистанционного управления,
SB4 - на пульте местного управления, тоже и кнопка «СТОП». Переключатель
SA обычно находится на пульте дистанционного управления.
Новые ГОСТы для переключателей SA допускают и другое начертание.
Рис. 9 Обозначение переключателя режима работ
2 Выполнение работы
1. Ознакомиться с составом, принципом действия принципиальных схем
управления.
2. Описать работу приведенных схем.
Практическая работа №2
Расчет исполнительного устройства на базе исполнительного
электродвигателя
Исходными данными для выбора мощности двигателя являются: постоянный (статический) момент нагрузки M ст , значение частоты вращения вала
рабочего органа  н и угловое ускорение  н , а также момент инерции нагрузки
J н (табл. 1).
Вариант
M ст , Н  м
J н , кг  м 2
н , 1 с
н , 1 с2
1
500
500
1,2
1,2
2
750
600
1,1
1,1
3
100
800
1,0
1,0
4
5
6
7
125 150 175 200
1000 1500 2000 2400
0,5 0,4 0,2 0,15
0,9 0,8 0,7 0,6
8
225
3000
0,11
0,5
Указания к решению задачи
Таблица 1
9
10
250 300
4000 4500
0,10 0,10
0,4
0,3
9
Движущий момент за вычетом динамического момента инерции двигателя, очевидно, равен сумме статического и динамического моментов нагрузки с
учетом передаточного числа рабочего механизма (без учета КПД передачи):
M дв   дв J дв 
M ст   н J н
,
i
(1)
M дв  i н J дв 
M ст   н J н
,
i
(2)
M ст  J н

   i  J дв  н .
i
 i

(3)
или
откуда
M дв 
Значение оптимального передаточного числа, требующего минимальный
момент двигателя при заданном ускорении  н , находят из условия d M дв di  0 .
Дифференцируя уравнение (3) по i , получим
M
J
M ст  J н  н
(4)
0   ст  н   J  , откуда
J  ,
i2
т.е.
н
дв н
i2
M  J н н
, или i0 
i02  ст
J дв н
дв н
i2
M ст  J н  н
.
J дв н
(5)
Подставляя значение i в уравнение (3), получим M тр – потребный момент двигателя при оптимальном передаточном числе редуктора.
С учетом значения i0 определим требуемую мощность исполнительного
двигателя:
Pтр 
Pтр 
1


 н M ст
н M ст  J н н  J дв н i0  ;
(6)

J   M ст  J н  н  2
 J н  н  дв н
   н M ст  J н  н  , (7)
J дв н
 
1

M двi0н 
1

где обычно   0,8  0,9 (КПД передачи).
(7а)
2н M ст  J н н 
Pтр 
975
Из этого выражения следует, что при i  i0 мощность, потребляемая на-
грузкой, и мощность на разгон ротора двигателя равны. Двигатель выбирают из
каталога по первому условию достаточной величины его номинальной мощности: Pном  Pтреб . При этом находят и значения nном ; M ном ; J дв ; U упр ; I и T (номинальные значения оборотов в минуту, момента, напряжения управления – питания, тока якоря и постоянную времени).
Поскольку условие Pном  Pтреб иначе можно представить в виде
M номном  M требтреб , то при достаточной мощности двигателя он может не подойти либо по скорости (если ном треб ), либо по моменту (если M ном  M треб ).
10
Выбранный двигатель проще вначале проверить по условию обеспечения
требуемой скорости выходного вала ИУ:
(8)
ном  треб  i0н .
Если условие (8) выполняется, следует проверить двигатель на соответствие требуемому моменту нагрузки:
M ном  M треб 

M ст  J н
 
 J дв  i0  н .
i0
 i0

(9)
Если условие (9) не выполняется, допустимо проверку выполнять по условию
M пуск  M треб ,
(10)
где M пуск  2M ном .
При проверке по значению M пуск дополнительно следует проверить условие обеспечения установившегося режима:
(11)
M ном  M ст i0 .
Если двигатель необходимой мощности не обеспечивает требуемых значений скорости и момента (или при изменении передаточного числа для обеспечения скорости только момента), необходимо либо выбрать двигатель той же
мощности, но с иным числом пар полюсов (или иным значением ном ), либо перейти к проверке двигателя следующего значения Pном из ряда значений мощности.
Пример расчета
Исходные данные: выбрать ИД, если момент статической нагрузки
M ст  2500 Н  м ; момент инерции нагрузки J н  5000 кг  м 2 ; требуемая скорость
нагрузки н  0,32 рад с ; требуемое ускорение нагрузки  н  0,34 рад с 2 .
Расчет: 1. Принимаем ориентировочно КПД редуктора   0,9 .
2. Требуемая мощность ИД при этом согласно уравнению (7)
Pтр 
2

 н M ст  J н  н  
22500  5000  0,34
0,32  3,06 кВт.
0,9
По полученной мощности из табл. 2 выбираем двигатель МИ-42. Технические данные ИД:
Pном  3,2 кВт ; nном  2500 об мин ; U ном  110 В ;
M ном  12,5 Н  м ; J дв  662  10 4 кг  м 2 ; I ном  36,3 A ;
R я  0,06 Ом .
3. Оптимальное передаточное отношение редуктора:
i0 
M ст  J н н
2500  5000  0,34

 431.
J дв н
662  10 4  0,34
4. Проверка по скорости:
 ном 
  nном
30

3,14  2500
 262 рад с .
30
11
н i0  0,32  431  138 рад с ,
так как 262138 , то двигатель удовлетворяет этому показателю.
5. Проверка на перегрузку:
M треб 

M ст  J н
2500
   J дв  i0  н 

i0
431
 i0

 5000


 662  10 4  4310,34  19,40 Н  м.
431


19,40 12,5  1,55 2 , т.е. двигатель удовлетворяет условию
МИ41
МИ42
МИ51
МИ52
110
220
110
220
110
220
220
220
8,2
5,0
4,2
4,1
2,5
2,1
19,2
13,0
9,0
9,5
6,4
4,5
36,3
18,2
12,6
18,2
9,1
6,3
27,2
17,1
8,7
37,0
24,0
13,1
0,237
0,605
1,46
0,85
2,38
5,27
0,147
0,42
1,5
0,58
1,7
3,32
0,06
0,192
0,435
0,239
0,75
0,71
–
–
–
0,065
0,162
0,392
2,96
2,92
3,6
2,96
2,92
3,6
6,25
7,15
7,4
6,25
7,15
7,4
12,5
10,4
10,7
12,5
10,4
10,7
19,4
20,8
15,6
27,2
29,2
24,2
инерции
Jд, кг·м²
Момент
номинальный
Mном,
МоментН·м
Сопротивление обмотки
Rя, Ом
2500
1500
1000
2500
1500
1000
2500
1500
1000
2500
1500
1000
2500
1500
1000
2500
1500
1000
2500
1500
1000
2500
1500
1000
Ток якоря
I, А
0,76
0,45
0,37
0,76
0,45
0,37
1,6
1,1
0,76
1,6
1,1
0,76
3,2
1,6
1,1
3,2
1,6
1,1
5,0
3,2
1,6
7,0
4,5
2,5
Напряжение
питания
Uном, В
Частота вращения
nном, об/мин
МИ32
Мощность
на валу
Pном, кВт
Тип
двигателя
Отношение M тр M ном
(10) и (11).
Делаем вывод, что двигатель выбран правильно, так как он удовлетворяет
условию обеспечения требуемых скорости и нагрузки.
Таблица 2
0,013
5
0,040
8
0,066
2
0,127
0,153
12
Практическая работа №3
Определение передаточных функций электродвигателей
Теоретическая часть
Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения
Переходные процессы в двигателе описывают систе–
U
мой уравнений:
+
dI
 E, где E  ce      ke  
dt
d
M дв  M ст  J
, где M дв  cм      k м  I
dt
U  Rя  I  L
E
I
М
(12)
где U – напряжение питания двигателя; Rя – сопротивление
цепи якоря; I – ток якоря; L – индуктивность рабочей обмотки; E – противо ЭДС; M дв – вращающий момент двигаIв
Rв
теля; M ст – постоянный (статический) момент нагрузки; J –
Uв –
момент инерции двигателя; Ф – магнитный поток возбуж+
дения; ce , ke , cм , k м – коэффициенты ЭДС и момента;  –
угловая скорость вращения двигателя.
При отсутствии значения R в расчетах можно принять
R  0,5(1   )U ном I ном
(13)
(определяем по номинальным значениям соответственно КПД, напряжение и
ток двигателя, в случае если величина R не задана);
U ном
(14)
Lc
,
Rя
Мдв
ОВ
2  pдв  nном  I ном
где c  6  8 (коэффициент, принимающий меньшее значение для двигателей
малой мощности и большее – для двигателей большей мощности); pдв – число
пар полюсов двигателя.
В дальнейшем будем рассматривать систеW1(P)
му уравнений (12) с переменными в виде малых
U(P)
Двигатель
ω(P) отклонений от установившегося режима: u, i.
постоянного
Передаточная функция – это отношение
Mст(P)
тока
преобразования Лапласа выходного сигнала к
Mн(P)
входному.
W2(P)
Перепишем эти уравнения в операторном
виде, используя символ дифференцирования p:
u  ke  ( Rя  L  p)  i;
k мi  M н  J  p   ,
или
u
M  J  p 
   ( Rя  L  p )  н
;
ke
k м  ke
i
M н  J  p 
,
kм
(15)
13
откуда
u
L J
R J
Rя

 p 2  я
 p   
ke ke  k м
ke  k м
ke  k м


L
1 
 p   M н .
 Rя 
Находим отсюда скорость:
 L J

R J
u
Rя

 p2  я
 p  1    
ke  k м
ke ke  k м
 ke  k м

или
T  T
 p 

 p2  Tм  p  1    k1  u  k2 1  Tэ  p   M н ,
(16)
k1
k2 1  Tэ  p 
u p  
M н  p ,
Tэ  Tм  p  Tм  p  1
Tэ  Tм  p 2  Tм  p  1
(17)
э
откуда


L
1 
 p   M н ,
 Rя 
м
2
где Tэ  L Rя и Tм  JRя ke  k м – соответственно электромагнитная и электромеханическая постоянные времени двигателя, с; k1  1 ke – коэффициент усиления
двигателя, 1/В·с; k2  Rя kek м – коэффициент пропорциональности, 1/с·Н·м.
Значение коэффициентов k e , k м могут быть определены по номинальным
параметрам двигателя:
U  Rя I
M
P
(18)
и k м  ном  ном .
ke  ном
ном
I
ном  I
Передаточные функции двигателя (вход – напряжение питание или момент нагрузки, выход – скорость вращения) отсюда в операторном виде:
W1  p  
k1
Tэ  Tм  p  Tм  p  1
2
и
W2  p   
k2 1  Tэ  p 
.
Tэ  Tм  p 2  Tм  p  1 (19)
Переходной процесс для вещественных отрицательных корней будет апериодическим, для комплексных сопряженных – колебательным. В любом случае вещественная часть корней должна получиться отрицательной (затухающий
характер переходного процесса).
Пример расчета
Определить передаточные функции ИД (ИД и его технические данные
взять из лабораторной работы №1).
1. Коэффициент ЭДС определяем по номинальным значениям параметров:
ke 
U ном  R я I
 ном

110  36,3  0,06
 0,41 B  с рад .
262
2. Коэффициент момента согласно уравнению (19):
kм 
M ном 12,5

 0,344 Н  м А .
I
36,3
3. Полный момент инерции двигателя:
J  J дв 
Jн
5000
 0,0662 
 0,0931 кг  м 2 .
2
2
i0
431
14
4. Электромеханическая постоянная времени двигателя:
Tм 
JRя
0,0931  0,06

 0,039 c .
ke  k м
0,41  0,344
5. Электромагнитная постоянная времени:
c  U ном
L
8  110


 0,081 c .
R я R я  2 pдв nном I ном 0,06  2  1  2500  36,3
Tэ 
6. Коэффициент передачи двигателя по скорости
k1 
рад
1
1
.

 2,44
сB
k e 0,41
7. Коэффициент передачи двигателя по моменту нагрузки:
k2 
Rя
0,06
рад
.

 0,42
k e k м 0,41  0,344
сН  м
8. Отсюда передаточные функции двигателя:
рад
2,44
;
2
0,081  0,039  p  0,039  p  1 с  B
рад
0,421  0,081  p 
.
W2  p   
.
2
0,081  0,039  p  0,039  p  1 с  Н  м
W1  p  
Корни характеристического уравнения вещественные отрицательные, что
говорит о затухающем апериодическом характере переходного процесса. Для
комплексных корней с отрицательной вещественной частью переходный процесс затухающий колебательный.
Практическая работа №4
Выбор усилителя и расчет измерителя рассогласования
Wус
Зад
∆Rу
Iу
Wид
Операционный усилитель
Uн, Iн
Исполнительный
двигатель
ИД
ОС
Рис. 9 Структурная схема АСР
Исходными данными для выбора усилителя являются: мощность, напряжение питания и ток исполнительного электродвигателя, определенные в предыдущей части.
Операционные усилители выполняют не только функции суммирования и
усиления сигнала, но и выполнение некоторых других математических операций над сигналами, поэтому суммирующие усилители в этих системах называ-
15
ют регуляторами. Используют четыре типа регуляторов: П – регулятор, ПИ –
регулятор, ПД – регулятор и ПИД – регулятор.
Операционный усилитель – это усилитель с нечетным числом каскадов
усиления и с большим коэффициентом усиления (Ку  1000), охваченный сильной отрицательной обратной связью и практически не имеющий дрейфа нуля.
Математические операции, выполняемые операционным усилителем, определяются видом сопротивлений обратной связи и входной цепи.
На рис. 10 приведены схемы П и ПИ – регуляторов.
Рис. 10 Схемы П и ПИ – регуляторов
Сигнал на выходе П – регулятора пропорционален входному, т.е.
U в ых  kUв х ,
где k  Ro ,c R1 .
Сигнал на выходе ПИ – регулятора пропорционален входному и интегралу от входного сигнала по времени, т.е.
k
U в ых   U в хdt  kUв х ,
T0
или в операторной форме
U  р
1  T0 p 1  T0 p
1
W  p   в ых
k

k
;
U в х р 
T0 p
T01 p
T01 p
1
,
T01
R1 ; T01  R1C ; P - оператор .
k
где T0  Ro ,cC ; k  Ro ,c
На рис. 11 приведены схемы ПД и ПИД – регуляторов.
16
Рис. 11 Схемы ПД и ПИД – регуляторов
Для управления мощным исполнительным устройством, которым является ИД, необходимо применять усилитель сигнала датчика (непрямое регулирование). Датчик, измеряющий рассогласование между задаваемым и фактическим положением (скоростью, ускорением или другими параметрами рабочего
органа), может быть выполнен на потенциометрических измерительных преобразователях (ИП), сельсинах или других датчиках, включаемых обычно дифференциальной схеме. Если управляемая величина – ток, напряжение, момент и
т.д., а задатчиком является задающая рукоятка или ось, то сигнал рассогласования может быть получен с помощью различных датчиков.
Исходными данными по выбору потенциометрического датчика являются: сопротивление датчика и напряжение питания датчика, выбираемые по номеру варианта из табл. 3.
Таблица 3
Технические данные потенциометрических датчиков ПД или ПП
Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Напряжение
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
питания,
В
Сопротив110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
ление,
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ом
17
Потенциометрический датчик (рис. 12,а) углового (линейного) смещения
без нагрузки обеспечивает выходное напряжение U вых  U
Rx
, где U – напряжеRД
ние питания; Rx – сопротивление части датчика, соответствующее относительному смещению движка x (от 0 до 1); R Д – полное сопротивление датчика.
Иначе: U вых  U  x. При наличии нагрузки выходное напряжение датчика, см.
рис.12, б
U вых  I
Rx Rн
, или U вых 
R x  Rн
U
R Д  Rx 
а)
R x Rн
R x  Rн

R x Rн
,
R x  Rн
б)
Рис.12
откуда
U вых 
U
U
, или U вых 
,
2
R Д Rx
R Д Rн
1 1 x
Rx
 


 x 
Rx Rн Rx Rн Rx Rн
(20)
где x  Rx R Д ;   Rн R Д – относительное сопротивление нагрузки.
а)
б)
Рис. 13
При включении датчика по схеме рис. 13,а можно изучать его работу согласно эквивалентной схеме (рис. 13,б). Обозначим падения напряжений на
любом резисторе схемы R соответственно U k (k  0,1...5) . Поскольку все элемен-
18
ты – резисторы, тип компонентного уравнения U k  ik Rk (закон Ома). Всего таких уравнений 5. Топологические уравнения (описывающие «форму», т.е. характер соединений в схеме) представим в виде уравнений равновесия – для узлов а и б:
i1  i2  i5  0 и i3  i5  i4  0 ,
(21)
а также в виде уравнений совместимости – для контуров, включающих источник питания (см. схему на рис. 2,б):
U 1  U 2  U ; U 3  U 4  U и U1  U 5  U 3  0 . (22)
Так как необходимо найти i5 (ток в нагрузке), получена система 5 уравнений с 5 неизвестными (i1… i5):
i1  i2  i5  0
i3  i5  i4  0
R1i1  R2i2  U
(23)
R3i3  R4i4  U
R1i1  R3i3  R5i5  0
Составляя и решая матрицу коэффициентов при неизвестных, получим i5.
i5 
U R2 R3  R1 R 4 
.
R5 R1  R2 R3  R 4   R1 R2 R3  R 4   R3 R 4 R1  R2 
(24)
В задаче необходимо выполнить расчет зависимости выходного тока ИР
при неизменном среднем положении движка второго датчика (например, при
1
2
Значения R1 и R2 следует принять равными R2  xR Д ;* R1  1  x R Д *.С уче-
заторможенном регулирующем органе, т.е. при R3  R4  RД ).*
том значений R1  R4 выражение (24) следует упростить. После упрощения выражение (24) следует рассчитать значения тока i5 при x=0; 0,1; 0,2; …; 1,0, при
этом, очевидно, R5  RУУ * (входное сопротивление выбранного усилителя). Вын
 i5 R y , напряжение на выходе датчика на холостом ходу
ходное напряжение U вых
может быть получено путем упрощения выражения:
х. х
U вых
U
R2 R3  R1 R4
R R R R
U 2 3 2 1 4 .
R1  R2 R3  R4 
RД
(25)
Последнее выражение известно из теории мостовых схем.
Абсолютная методическая погрешность датчика определяется разностью
выходного напряжения на холостом ходу и под нагрузкой:
х. х
н
U  U вых
 U вых
.
Порядок выполнения задания
(26)
19
1. Упростить уравнение (24) с учетом условий * , где х – относительное
смещение движка датчика от нижней до верхней части датчика.
2. Рассчитать значение тока нагрузки (тока ИР) по выражению, полученному в п. 1, при х=0; 0,1; 0,2; …;1,0.
н
3. Рассчитать значение выходного напряжения U вых
 i5 R y и на холостом
х. х
ходу U вых .
4. Рассчитать значение абсолютной погрешности U преобразования
датчика в зависимости от х.
Данные привести в виде таблицы
Показатели
Таблица 4
Относительное смещение движка, х
0 0,1 0,2 0,3… 0,8 0,9 1,0
1) Ток в нагрузке датчика,
i5
2) Выходное напряжение
нагруженного датчика,
н
U вых
3) Выходное напряжение
датчика на холостом ходу,
х. х
U вых
4) Абсолютная погрешность выходного напряжения датчика, U
5. Построить графики зависимостей показателей работы датчика п.п. 1-4
н
х. х
таблицы в зависимости относительного смещения движка i5 , U вых
, U вых
, U от х.
Практическая работа №5
Расчет потенциометрического преобразователя со средней точкой
Дана потенциометрическая схема включения реостатного датчика с подключением сопротивления нагрузки между средней точкой сопротивления и
движком потенциометра (рис. 14). Исходные данные для расчетов приведены в
табл. 5.
Необходимо:
1. Определить при изменении относительного перемещения движка от
20
Рис. 14 Схема потенциометрического датчика с отводом
-0,5 до +0,5 с интервалом через 0,1: ток нагрузки I н , выходное напряжение потенциометра U вых при Rн   ; выходное напряжение U вых на нагрузке; мощность
выходного сигнала Р, абсолютные U и относительные U погрешности
нагруженного потенциометра.
2. Определить абсолютную и относительную погрешность при увеличении сопротивления нагрузки в десять раз (10 Rн ) и относительном перемещении движка 0,5. Сравнить результаты расчетов с погрешностями при заданном значении сопротивления нагрузки в той же точке и сделать выводы.
3. Построить в прямоугольной системе координат перечисленные ниже
характеристики потенциометра при изменении относительного перемещения
движка от -0,5 до +0,5: статическую характеристику при холостом ходе ( Rн   )
U вых0  fX , то же, при нагрузке U вых  f (X ) ; крутизну характеристики K  f (X ) ;
относительную погрешность U  f (X ) . Результаты расчетов свести в табл. 6.
Таблица 5
Показатели
1
2
3
Напряжение
110 110 110
питания U п , В
Сопротивление
потенциометра
300 100 200
R, Ом
Сопротивление
нагрузки Rн , Ом 400 200 400
Номер в а р и а н т а
4
5
6
7
8
9
10
110 110 220 220 220 220 220
400 400 200 200 150 400 600
500 600 300 450 200 600 800
21
Показатели
Таблица 6
Относительное перемещение движка X
-0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Ток в нагрузке I н
Выходное напряжение при Rн  
хх
U вых
Напряжение на
н
нагрузке U вых
Мощность на выходе P
Крутизна характеристики K
Абсолютная погрешность U
Относительная
погрешность U
Указания к решению
Входной величиной потенциометрической схемы является перемещение X
движка, которое характеризуется относительной величиной X  X / l .
Выходной величиной потенциометрической схемы является напряжение
на нагрузке U вых  I н Rн .
Двухтактный потенциометр обеспечивает отсутствие тока в нагрузке
при положении движка в средней точке, когда X  0 . Чтобы выяснить, как
изменяется ток в нагрузке при перемещении движка, необходимо составить
три уравнения Кирхгофа для узлов рассматриваемой цепи:
I0  Iн  I
IRx  I н Rн
U П  I н Rн  I 0 ( R  R x ),
где Rx  R
X
 RX – сопротивление
l
потенциометра между средней точкой и
движком.
В приведенных выше уравнениях Кирхгофа имеются три неизвестных
значения тока: I н , I 0 и I x (см. рис. 14 ). Значения неизвестных находятся при
совместном решении трех уравнений.
Выходное
напряжение
потенциометра
при
отсутствии
на
грузки, когда Rн   , изменяется пропорционально перемещению движка:
22
хх
U вых
 UX
Напряжение на нагрузке определяется по закону Ома:
н
U вых
 I н Rн
Мощность выходного сигнала определяется как мощность потерь в нагрузке:
P  I н2 Rн
Чувствительность потенциометра определяется крутизной его характеристики, то есть производной от выходного напряжения по относительному
перемещению движка:
K
dU вых
dX
Абсолютная погрешность потенциометра U определяется разностью
выходного напряжения при холостом ходе и при нагрузке
хх
н
U  U вых
 U вых
Относительная погрешность потенциометра определяется как отношение его абсолютной погрешности к максимальному значению напряжения:
U 
U
100%
U
В расчетах характеристик потенциометра необходимо принимать во
внимание, что при переходе движка через среднюю точку меняется только
полярность выходного напряжения, так как уравнения Кирхгофа относительно средней точки симметричны. При изменении полярности напряжения
меняется направление тока. Знак сопротивления, мощности и чувствительности всегда положителен, т. е. при расчетах x  0 .
Библиографический список
Основная литература
1. Петровский, В.С. Автоматизация технологических процессов и производств в деревообрабатывающей отрасли [Текст]: учеб. / под ред. В.С.
Петровского // В.С. Петровский, А.Д. Данилов. – Воронеж: Воронеж. гос.
лесотехн. акад., 2010. – 432 с. – Электронная версия в ЭБС ВГЛТА; ЭБС
«Лань».
2. Петровский, В.С. Автоматизация технологических процессов и производств лесопромышленного комплекса [Текст]: учеб. / под ред. В.С. Петровского // В.С. Петровский. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад.,
2011. – 400 с. – Электронная версия в ЭБС ВГЛТА; ЭБС «Лань».
23
Дополнительная литература
1. Меньков, А.В. Теоретические основы автоматизированного управления
[Текст]: учеб. для вузов / А.В Меньков, В.А. Острейковский – М.: Изд-во
Оникс, 2005. – 640 с.
2. Поляков, С.И. Автоматика и автоматизация производственных процессов
[Текст]: учеб. пособие / С. И. Поляков; Фед. агентство по образованию,
ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2008. – 372 с. – Электронная версия в
ЭБС ВГЛТА.
Содержание
Введение ...................................................................................................................... 3
Практическая работа №1 .......................................................................................... 3
Практическая работа №2 .......................................................................................... 8
Практическая работа №3 . ....................................................................................... 12
Практическая работа №4 ........................................................................................ 14
Практическая работа №5 ........................................................................................ 19
Библиографический список..................................................................................... 22
Поляков Сергей Иванович
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Методические указания к выполнению практических работ для студентов
по направлению подготовки 35.04.02 - Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств; Магистерская программа " Лесозаготовительное производство"
Подписано в печать
Формат 60х84
/16. Объем
п. л.
Усл. печ. л.
Уч.-изд. л.
Тираж 100 экз. Заказ №
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»
394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
578 Кб
Теги
технологическая, процессов, автоматизация, лзп
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа