Ознакомление с универсальным учебно-исследовательским центром

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»

Кафедра 301

Отчёт

По лабораторной работе №1

«Ознакомление с универсальным учебно-исследовательским центром»

По дисциплине:

«Проектирование систем управления»

Выполнили: Студенты 342 группы

Проверил:

Доцент каф.301

В. Ф. Симонов

Харьков

Цель работы: ознакомиться с универсальным учебно-исследовательским  центром, ознакомиться с лабораторным стендом, изучить основные задачи на этапе проектирования, вспомнить основные элементы системы управления, а также работу с самой системой (снятие характеристик, определение показателей качества).

Проектирование систем автоматического управления (САУ) подвижными объектами – это сложный итерационный процесс, связанный с выбором структуры системы и принципов ее технической реализации, расчетом или выбором комплекса параметров, которые обеспечивают устойчивость и заданное качество системы при высокой надежности ее функционирования.

Основными задачами проектирования являются разработка технического задания, изучение объекта управления (ОУ), разработка функциональной схемы, выбор элементов, разработка структурной схемы, анализ статики и динамики, ввод корректирующего устройства, полунатурное моделирование (часть системы – реальна, часть - виртуальна).

В ходе полунатурного моделирования можно проверить взаимодействие элементов системы, осуществлять выбор ее параметров с одновременной проверкой их влияния на функционирование системы управления (СУ). Для реализации полунатурного моделирования необходима разработка исследовательских стендов.

        В составе стендов отдельные элементы проектируемой СУ могут быть реализованы в виде реальных физических устройств, динамически подобных моделей или численных моделей. Наиболее сложную структуру имеют стенды для исследования цифровых СУ. В цифровых системах имеется аналоговая часть (ОУ, датчики, исполнительные устройства), и эти элементы стараются моделировать, применяя подобные устройства или те, которые предполагается устанавливать на объекте. Как правило, ОУ сложно использовать в стенде в виде физического устройства из-за его габаритных размеров или особенностей функционирования. Поэтому для моделирования ОУ используют динамически подобную реализацию. Универсальным способом является применение аналоговой вычислительной машины на основе операционных усилителей (рис. 1).

[pic 1]

Рис. 1- Концепция полунатурного моделирования СУ

        Таким образом, применение исследовательских стендов полунатурного моделирования позволяет:

• исследовать процессы в проектируемой системе не на численных моделях на ПЭВМ, а на физических устройствах с похожей динамикой;
• учесть все нелинейные эффекты, характерные для реальных устройств и, как правило, не учитываемые при численном моделировании с использованием линейных моделей;
• выполнять выбор параметров элементов системы и оценивать ее статические и динамические характеристики на основе поведения и взаимодействия реальных устройств, функционирующих в замкнутом контуре.

Структура универсального исследовательского стенда

 Универсальный исследовательский стенд (УИС) содержит:

• цифровой контроллер на основе современного однокристального микроконтроллера типа ATmega16, имеющий средства для ввода аналоговых и дискретных сигналов и блок релейной коммутации для реконфигурации системы управления;
• аналоговую вычислительную машину (АВМ) на основе операционных усилителей с наборным полем для моделирования объектов и элементов систем управления;
• блок электромеханических устройств: двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ЭД), тахогенератор (ТГ) и имитатор нагрузки, выполненные на основе двигателя типа СЛ-267 и размещенные на общем валу;
• усилитель мощности (УМ);
• источник питания;
• инструментальную ПЭВМ.

         В процессе проектирования выбирается структура СУ и принципы ее технической реализации, расчет или выбор комплекса параметров, которые обеспечивают устойчивость и заданное качество системы при высокой надежности ее функционирования. Поэтому, необходимо провести исследование отдельных элементов СУ (например, приводов), ОУ в целом (например, самолёт). Также должны быть уравнения динамики для того, чтобы получить уравнение статики. Однако, существуют некоторые ограничения по порядку уравнений. СУ летательным аппаратом, которую мы изучаем на данный момент, содержит уравнение 9-го порядка.