Разработка локальной системы управления волновым насосом для аппарата "Искусственное сердце"
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
еобходимо рассчитать сужающее устройство (СУ). В качестве сужающего устройства выберем диафрагму. Расчет сужающего устройства состоит в определении диаметра отверстия СУ.
Зададимся начальными условиями:
максимальный расход через СУ: ;
диаметр трубопровода до и после СУ:
Сначала следует определить значение комплекса В и Вg по формулам:
где - плотность жидкости, кг/м3;
- скорость потока жидкости, м/с.
Скорость потока исходя из расхода . в качестве жидкости возьмём воду, плотность воды кг/м3. Тогда:
Зададимся первоначальным значением относительной площади диафрагмы , для воды рекомендуемое значение .
Определим значение комплекса Amax по формуле:
Минимальное значение перепада давления по формуле:
Выберем предел дифманометра, ближайший к , .
Определим произведение по формуле:
Получим:
Дальнейший расчет сводится к нахождению значения m, обеспечивающего реализацию уравнения. Зададимся значением m1=0.2. Для жидкости .
Находим значение по формуле Штольца:
После нахождения С, определяем и находим произведение . Если не совпадает с , то необходимо задаться другим значением m и повторить вычисления. В результате получили m1=0.22, подставим m1 в формулы и , получим:
Подставим и в , получим:
Найдем произведение :
Получили, что , при m1=0.22.
Находим диаметр отверстия СУ из формулы:
4. РАСЧЁТ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ
4.1 Расчёт устойчивости непрерывной системы
Преобразуем функциональную схему, представленную на рисунке 2, в структурную схему.
Рисунок 7 - Структурная схема ЛСУ электромагнитной обмоткой волнового насоса
Передаточные функции блоков имеют вид:
WМП(p)=1, (4.1)
WАЦП(p)=204.8, (4.2)
, (4.3)
, (4.5)
. (4.6)
Найдем передаточную функцию системы:
При подстановке в выражение (4.7) соответствующих передаточных функций и упрощении выражения, получим:
Проверим систему на устойчивость. Проверку будем производить по критерию Гурвица. Для этого выпишем из передаточной функции системы характеристическое уравнение. Характеристическое уравнение передаточной функции в замкнутом состоянии имеет вид:
Вычислим определители Гурвица:
, (4.10)
(4.11)
(4.12)
Как видно из расчетов непрерывная система устойчива, так как определители Гурвица положительны.
.2 Построение переходного процесса непрерывной системы
Построение переходного процесса выполняется на основе обратного преобразования Лапласа от передаточной функции системы автоматического регулирования в замкнутой форме.
Преобразование по Лапласу от передаточной функции системы автоматического регулирования в замкнутой форме:
(4.14)
Графическое представление переходного процесса
Рисунок 8 - Переходный процесс системы
По графику, определим показатели качества системы автоматического управления:
установившееся значение выходной величины: ;
перерегулирование, %:
- колебательность системы:
время нарастания, с:
время достижения максимального значения, с:
время регулирования, с:
Из показателей качества видно, что система не соответствует техническому заданию по перерегулирования и по колебательности.
4.3 Определение АЧХ непрерывной системы
Для определение АЧХ приведем передаточную функцию к частотной форме:
Амплитудная характеристика получается путем внесения реальной и мнимой части в формулу:
(4.16)
Рисунок 9 - АЧХ непрерывной системы
Из графика АЧХ, определяем косвенные показатели качества:
максимальная амплитуда: АMAX=;
- показатель колебательности: ;
полоса пропускания: 417-447 с-1;
резонансная частота: .
4.4 Расчёт устойчивости дискретной системы
С учетом ЭВМ данная система представляет собой одномерную цифроаналоговую систему (ЦАС).
Изобразим функциональную схему такой системы на рисунке 10.
ЭВМ - электронная вычислительная машина; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; НЧ - непрерывная часть.
Рисунок 10 - Функциональная схема ЦАС
Передаточная функция ЦАС определяется в соответствии с формулой:
где - передаточная функция ЭВМ;
- дискретная передаточная функция непрерывной части.
Дискретная передаточная функция непрерывной части совместно с линеаризованными преобразователями имеет вид:
где - передаточная функция непрерывной части;
- передаточный коэффициент АЦП;
- передаточный коэффициент ЦАП.
В данной ЛСУ непрерывная часть состоит из усилителя, волнового насоса и датчика расхода. Исходя из этого мы можем записать передаточную функцию непрерывной части :
управление волновой насос датчик
Подставим передаточные функции в (4.19) и получим:
Оп