Система автоматической стабилизации мощности излучения рентгеновского прибора Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Кафедра автоматики и процессов управления на тему: Система автоматической стабилизации мощности излучения рентгеновского прибора. ( вариант 2 ) Выполнил: студент группы 5561 Борисов М. Преподаватель: Солодовников Алексей Иванович Санкт-Петербург. 2007 Содержание: 1. Задание: 3 2. Построение функциональной структурной схемы системы.. 3 3. Составление передаточных функций элементов системы.. 4 4. Выбор порядка астатизма системы: 4 5. Составление исходной передаточной функции и построение. 4 логарифмических АЧХ и ФЧХ для разомкнутого состояния системы.. 4 6. Построение желаемой асимптотической ЛАЧХ разомкнутой системы по заданным показателям качества. 5 7. Коррекция исходной ЛАЧХ в соответствии с желаемой. 6 8. Построение ФЛЧХ скорректированной системы для разомкнутого состояния. Проверка по запретной зоне, отвечающей заданному качеству системы.. 7 9. Поверочный расчёт переходного процесса системы.. 7 10. Пример принципиальной схемы тиристорного выпрямителя и его системы управления. 8 11. Представление схемы в двухпроводном исполнении, с учетом общего провода у электронных элементов. 8 1. Задание: Составить функциональную структуру системы. Расчет системы по заданным показателям качества провести с помощью логарифмических частотных характеристик. Выполнить поверочный расчет переходного процесса системы по управляющему (или по возмущающему) воздействию. Представить функциональную схему системы в двухпроводном исполнении. Показать пример принципиальной схемы одного из элементов системы (по согласованию с преподавателем) Исходные данные: Параметры рентгеновского прибора 1 Номинальное напряжение питания, кВ 100 2 Коэффициент передачи КРП , Вт/В 2 10-6 3 Передаточная функция 4 Постоянная времени ТРП , сек. 2 10-3 Параметры управляемого источника питания 1 Источник выполнен в виде выпрямителя с тиристорным управлением по схеме с умножением выпрямляемого напряжения 2 Выходное напряжение соответствует номинальному напряжению питания рентгеновского прибора 3 Номинальное входное (управляющее) напряжение, В 10 4 Передаточная функция 5 Постоянная времени КУИ , сек. 0.15 Параметры датчика мощности излучения 1 Коэффициент передачи, В/Вт 25 2 Номинальное выходное напряжение, В 5 Показатели качества системы 1 Перерегулирование σmax , % 30 2 Время регулирования tp , сек. <0.04 3 Статическая ошибка управления 0 Поверочный расчет Рассчитать переходный процесс по возмущающему воздействию fB (t) = fB 0 1(t), который вызывается скачком напряжения сети питания управляемого выпрямителя. Передаточную функцию выпрямителя по возмущению принять в виде 2. Построение функциональной структурной схемы системы Построим исходную систему автоматической стабилизации мощности излучения рентгеновского прибора, анализируя исходные данные. Система будет состоять из следующих блоков: УУ – управляющее устройство УИ – управляемый источник питания РП – рентгеновский прибор ДМИ – датчик мощности излучения fB – возмущающее воздействие 3. Составление передаточных функций элементов системы Запишем передаточные функции (ПФ) звеньев исходной системы в общем виде, подставив все заданные коэффициенты: 1. Передаточная функция управляющего устройства: 2. Передаточная функция управляемого источника питания: 3. Передаточная функция рентгеновского прибора: 4. Передаточная функция датчика мощности излучения: 4. Выбор порядка астатизма системы: Примем υ=1, так как статическая ошибка управления по условию равна 0. 5. Составление исходной передаточной функции и построение логарифмических АЧХ и ФЧХ для разомкнутого состояния системы Для разомкнутой системы: Wисх (s) = = Графики логарифмических частотных характеристик изображены ниже на рис. 1 Показатели качества исходной системы (получены в программе CLASSIC): Частота среза: 0.4986 рад/с Запас по фазе: 85.6656 град Частота пи: 57.7350 рад/с Запас по модулю: 60.1150 дБ 6. Построение желаемой асимптотической ЛАЧХ разомкнутой системы по заданным показателям качества. На основании заданных показателей качества по методу В. В. Солодовникова определяем: Частота среза может принимать значения большие 282 рад/с, т. к. по условию tp должно быть меньше значения 0.04 с дБ Передаточная функция желаемой ЛАЧХ имеет вид где Значения K, T1 ,Т2 , T3 подберем так, чтобы Wжел соответствовала требуемым показателям качества системы, полученным из диаграммы Солодовникова. По построениям в программе CLASSIC получаем передаточную функцию следующего вида: На основании полученных данных построим желаемую асимптотическую ЛАЧХ и ФЛЧХ характеристики, на этом же графике для наглядности изобразим исходные характеристики: рис. 1 7. Коррекция исходной ЛАЧХ в соответствии с желаемой Для того чтобы получить желаемые характеристики из исходных: Таким образом для обеспечения необходимых показателей качества системы необходимо применить ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальный) закон управления и последовательную коррекцию. Тогда передаточная функция управляющего устройства будет иметь вид: Передаточная функция корректирующего устройства: Тогда передаточная функция разомкнутой полученной системы: Показатели качества полученной системы: Частота среза: 487.1219 рад/с Запас по фазе: 45.4536 град Для замкнутой системы: 8. Построение ФЛЧХ скорректированной системы для разомкнутого состояния. Проверка по запретной зоне, отвечающей заданному качеству системы ФЛЧХ скорректированной системы изображена на рис. 1, совпадает с желаемой ФЛЧХ. Из графика видно, что ФЛЧХ не заходит в запретную зону и практически удовлетворяет заданным показателям качества, рассчитанным по диаграмме Солодовникова. 9. Поверочный расчёт переходного процесса системы Возмущающее воздействие по условию: fB (t) = fB 0 1(t), возьмем fB 0 = 3 В результате поверочного расчета в программе CLASSIC были получены следующие показатели качества при влиянии возмущения в виде ступенчатой функции: Установившееся значение: 3.0000 Время регулирования: 0.0090 с. Перерегулирование: 23.08% Полученные показатели качества удовлетворяют требуемым. График переходной функции h ( t ) скорректированной замкнутой системы: 10. Пример принципиальной схемы тиристорного выпрямителя и его системы управления 11. Представление схемы в двухпроводном исполнении, с учетом общего провода у электронных элементов