---

Да, вариант №13 полностью решаем.

В методических указаниях есть вся необходимая информация для выполнения курсовой
работы:

1.  Задание и параметры для 13-го варианта приведены на стр. 1 и 18.
2.  Математические модели всех звеньев (ДПТ, ГПТ, ЭМУ) даны в приложении на
    стр. 30-31.
3.  Критерии качества (время регулирования t_p = 0.3 с, перерегулирование
    \sigma = 15\%) четко заданы.

Единственная особенность варианта — указан «Коэффициент передачи первого каскада
ЭМУ (K_{1ЭМУ})», но не указан второй. В рамках курсовых работ по ТАУ, если
параметр второго каскада не задан отдельным числом, общий коэффициент усиления
ЭМУ принимается равным заданному (K_{ЭМУ} = 4.7), либо ЭМУ рассматривается как
единый блок с заданными постоянными времени T_{КЗ} и T_У. Это не препятствует
выполнению первых пяти пунктов.

Ниже представлено решение первых 5 заданий для Варианта 13.

ЗАДАНИЕ 1. Рассмотреть область применения проектируемой системы.

Проектируемая система: Система автоматического регулирования (САР) частоты
вращения двигателя постоянного тока в системе «генератор-двигатель» (Г-Д) с
электромашинным усилителем (ЭМУ).

Область применения: Система «генератор-двигатель» (система Леонарда) с
применением ЭМУ используется в промышленных установках большой мощности, где
требуются:

  - Плавное, глубокое и высокоточное бесступенчатое регулирование скорости
    вращения в широком диапазоне;
  - Частые, быстрые и плавные пуски, торможения и реверсы (изменения направления
    вращения) без потерь энергии в реостатах;
  - Высокая жесткость механических характеристик (поддержание скорости при
    изменении нагрузки).

Конкретные примеры применения:

  - Крупные металлорежущие станки (карусельные, тяжелые токарные,
    продольно-строгальные);
  - Прокатные станы (обжимные клети, блюминги);
  - Шахтные подъемные машины;
  - Экскаваторы (механизмы поворота, напора и подъема);
  - Буровые установки;
  - Бумагоделательные машины.

ЗАДАНИЕ 2. Проанализировать исходные данные на проектирование.

Для синтеза и анализа САР заданы следующие параметры звеньев:

1.  Исполнительный двигатель (ДПТ):
      - Электромеханическая постоянная времени (T_M): 0,35 с
      - Постоянная времени якоря (T_Я): 0,045 с
      - Коэф. передачи по регулирующему воздействию (напряжению) (K_Я): 0,16
        об/(с·В)
      - Коэф. передачи по возмущению (моменту) (K_M): 0,186 об/(с·кг)
2.  Электромашинный усилитель (ЭМУ):
      - Постоянная времени цепи управления (T_У): 0,005 с
      - Постоянная времени короткозамкнутой цепи (T_{КЗ}): 0,065 с
      - Коэф. передачи (K_{1ЭМУ}): 4,7
3.  Генератор постоянного тока (ГПТ):
      - Постоянная времени обмотки возбуждения (T_B): 0,19 с
      - Коэф. передачи (K_Г): 3
4.  Элементы управления и обратной связи:
      - Коэф. передачи задающего потенциометра (K_{П1}): 1,9 (В·с)/об
      - Коэф. передачи тахогенератора (K_{ТГ}): 3,8 (В·с)/об
      - Коэф. передачи потенциометра обратной связи (K_{П2}): 0,5
5.  Требования к качеству переходного процесса:
      - Время регулирования (t_p): \le 0,3 с
      - Перерегулирование (\sigma): \le 15%

Анализ: Система содержит большое количество инерционных звеньев
(T_M, T_Я, T_У, T_{КЗ}, T_B), что делает её структурно системой высокого
порядка (5-й порядок). Время регулирования задано очень жесткое (t_p = 0.3 с) по
сравнению с наибольшими постоянными времени объекта (T_M = 0.35 с, T_B = 0.19
с). Это означает, что исходная (нескорректированная) система, скорее всего, не
удовлетворит требованиям по быстродействию и колебательности, и потребуется
синтез сильного корректирующего устройства (форсирующего типа).

ЗАДАНИЕ 3. Разработать функциональную схему САР.

На основе принципиальной схемы (стр. 18) строится функциональная схема:

  - ЗУ (Задающее устройство): Потенциометр уставки (П1), преобразующий
    механическое перемещение в задающее напряжение U_0.
  - ЭС (Элемент сравнения): Магнитная система ЭМУ (обмотки управления), где
    происходит вычитание напряжения обратной связи из задающего напряжения.
  - УЭ (Усилительный элемент): Электромашинный усилитель (ЭМУ), усиливающий
    сигнал ошибки.
  - УМ (Усилитель мощности): Генератор постоянного тока (ГПТ), вырабатывающий
    силовое напряжение якоря для двигателя.
  - ИЭ (Исполнительный элемент) + ОР (Объект регулирования): Двигатель
    постоянного тока (ДПТ) с подключенной механической нагрузкой.
  - ДО (Датчик обратной связи): Тахогенератор (ТГ) совместно с потенциометром
    обратной связи (П2), измеряющие угловую скорость \omega (или n) и
    преобразующие её в напряжение обратной связи.

Блок-схема (текстовое представление): [Задающее воздействие] -> (Потенциометр
П1) -> [+] -> (ЭМУ) -> (ГПТ) -> (ДПТ) -> [Скорость ω]  | |  [-] <- (Пот. П2) <-
(ТГ) -|

(Воздействующим возмущением на ДПТ является момент сопротивления нагрузки M_c).

ЗАДАНИЕ 4. Проанализировать возмущающие воздействия и их влияние на статические характеристики САР.

Возмущающие воздействия: Основным возмущающим воздействием для данной САР
является момент сопротивления нагрузки M_c(t) на валу двигателя постоянного
тока. Дополнительными (второстепенными) возмущениями могут быть изменения
напряжения питающей сети переменного тока (питающей АД1 и АД2) или изменение
сопротивления обмоток от нагрева, но в расчетах ТАУ основным возмущением
выступает M_c.

Влияние на статические характеристики: Все элементы цепи (ЭМУ, ГПТ, ДПТ, ТГ)
описываются позиционными (апериодическими и колебательными) звеньями. В системе
отсутствуют интегрирующие звенья (с передаточной функцией вида K/s).
Следовательно, данная САР является статической по отношению к
задающему и возмущающему воздействиям.

Это значит, что при приложении статического момента сопротивления M_c = const,
скорость вращения двигателя \omega снизится на определенную величину, и в
установившемся режиме возникнет статическая ошибка (просадка скорости). Наличие
жесткой отрицательной обратной связи по скорости (ТГ) значительно уменьшает эту
ошибку по сравнению с разомкнутой системой (повышает жесткость механической
характеристики), но не сводит её к нулю. Для полного устранения статической
ошибки потребовалось бы введение интегратора (астатизма).

ЗАДАНИЕ 5. Описание принципа работы системы.

Система работает по принципу отклонения (замкнутый контур с отрицательной
обратной связью).

1.  Оператор или автоматика устанавливает требуемую скорость вращения с помощью
    задающего потенциометра (П1), который выдает эталонное напряжение U_0.
2.  На валу исполнительного двигателя (ДПТ) жестко закреплен тахогенератор (ТГ),
    который вырабатывает напряжение, пропорциональное фактической скорости
    вращения ротора. Это напряжение снимается через потенциометр обратной связи
    (П2).
3.  Сигнал задания и сигнал обратной связи подаются навстречу друг другу на
    обмотки управления ЭМУ (в элементе сравнения). Разность этих сигналов
    формирует управляющий магнитный поток (ошибку регулирования).
4.  Электромашинный усилитель (ЭМУ), вращаемый отдельным асинхронным двигателем
    (АД1), усиливает этот слабый сигнал ошибки и питает обмотку возбуждения
    генератора (ОВГ).
5.  Генератор постоянного тока (ГПТ), вращаемый своим двигателем (АД2),
    пропорционально току возбуждения вырабатывает на своих якорях напряжение,
    которое напрямую подается на якорь исполнительного двигателя (ДПТ).
6.  Если к валу ДПТ прикладывается нагрузка (момент M_c), его скорость падает
    \rightarrow уменьшается ЭДС тахогенератора \rightarrow напряжение обратной
    связи падает \rightarrow сигнал ошибки в ЭМУ возрастает \rightarrow ЭМУ
    повышает ток возбуждения генератора \rightarrow ГПТ выдает большее
    напряжение на якорь ДПТ. В результате крутящий момент двигателя возрастает,
    и скорость восстанавливается до заданного уровня (с небольшой статической
    ошибкой).