Министерство общего образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

Факультет: ИСФ

Кафедра: УИТ

Специальность: УИТ

Курсовая работа

по дисциплине «Моделирование систем управления»

Электрогидравлический преобразователь взрывного действия

Выполнил: ст. гр. УИТ-42

Поляков А.В.

Принял: Мефедова Ю.А.

2005___ «____________»

Балаково 2005

Содержание

Введение 3

1. Функциональная принципиальная схема ЭГПВД и принцип работы 5

1.1 Конструкция ЭГПВД 5

1.2 Принцип работы ЭГПВД 6

1.3 Процесс образования кавитационной полости 8

2. Расчет ЭГПВД – радиус пузырька 11

2.1 Выбор, идентификация уравнения. Выверка размерностей 11

2.2 Расчет функции поверхности 12

2.3 Расчет интегральной передаточной функции

Преобразование Лапласа от интегральной передаточной функции.

Построение переходного процесса и частотных характеристик.

Получение передаточной функции. 14

Заключение 18

ВВЕДЕНИЕ

Моделирование представляет собой процесс замещения объекта исследования некоторой его моделью и проведение исследования на модели с целью получения необходимой информации об объекте.

Модель – физический или абстрактный образ моделируемого объекта, удобный для проведения исследований и позволяющий адекватно отображать интересующий исследователя физические свойства и характеристики объекта.

Различают моделирование предметное и абстрактное. При предметном моделировании строят физическую модель, которая соответствующим образом отображает основные физические свойства и характеристики моделируемого объекта. При этом модель может иметь иную физическую природу в сравнении с моделируемым объектом. Если модель и объект одной и той же физической природы, то моделирование называется физическим. Физическое моделирование сложных технических систем сопряжено с большими временными и материальными затратами. При проектировании технических объектов используют множество видов математических моделей, которые представляют собой совокупность математических объектов и отношений между ними, адекватно отображающих физические свойства создаваемого технического объекта.

В общем случае уравнение математической модели связывает физические величины, которые характеризуют состояние объекта. Величины, характеризующие состояние технического объекта, процесс его функционирования называют фазовыми переменными (фазовыми координатами). Вектор фазовых переменных задает точку в пространстве, называемую фазовым пространством. Фазовое пространство в отличие от геометрического многомерное. Его размерность определяется количеством используемых фазовых координат. Обычно в уравнениях математических моделей фигурируют не все фазовые переменные, а только часть из них, достаточная для однозначной идентификации состояния объекта. Такие фазовые переменные называют базисными координатами. Через базисные координаты могут быть вычислены значения всех остальных фазовых переменных.

Процесс моделирования включает несколько этапов:

1. постановка задачи и определение свойств реального объекта, подлежащего исследованию.

2. констатация затруднительности или невозможности исследования реального объекта.

3. выбор модели, хорошо описывающая основные свойства объекта с одной стороны и легко поддающиеся исследования с другой.

4. исследование модели в соответствие с поставленными целями.

5. проверка адекватности модели и объекта.

Если нет соответствия, то необходимо повторить первые четыре пункта.

1. Функциональная принципиальная схема эгпвд и принцип работы

1.1 Конструкция эгпвд

Конструкция электрогидравлического преобразователя взрывного действия (ЭГПВД) представлена на рисунке 1. ЭГПВД состоит из: зарядного устройства (ЗУ), накопителя энергии (НЭ), коммутатора (К), технологической емкости (ТЕ) и системы электродов (СЭ), между которыми создается импульсный разряд вблизи канала разряда.

Рисунок 1- Принципиальная схема ЭГПВД

Источник питания представляет собой последовательно соединенный ЛАТР и высоковольтный трансформатор, а также умножитель напряжения в виде соединенных по определенной электрической схеме диодов, конденсаторов общей емкостью 0,264мкФ и сопротивления нагрузки. Источник питания позволяет регулировать напряжение на выходе от 220В до 18кВ.

Накопительный элемент выполнен в виде конденсаторной батареи общей емкостью 0,937мкФ. Система электродов представляет собой систему типа игла – игла. Электроды выполнены из нержавеющей стали толщиной 0,8 мм, угол заточки 45 градусов. Геометрические размеры электродов 2х1,2см. Конструктивно в процессе проведение экспериментов было решено установить несколько пар электродов описанной выше конструкции с расстоянием между ними 5мм. по всей площади проведения высоковольтного разряда.

Технологическая емкость представлена в виде сосуда цилиндрической формы, геометрические размеры 60х60х120мм, для осуществления высоковольтного разряда в малом объеме жидкости.

Соединение накопителя энергии с системой электродов выполняется малоиндуктивным, для чего используются специальные коаксиальные кабели высокого напряжения. Применение коаксиальных кабелей помимо уменьшения индуктивности разрядной цепи ослабляет электромагнитные поля вблизи работающей установки.

1.2 Принцип работы эгпвд

Напряжение питания 220 В подается на ЛАТР и далее на высоковольтный трансформатор выходная обмотка которого позволяет выдавать напряжение 6кВ, затем напряжение поступает на умножитель где происходит утроение напряжения и затем на накопительный элемент в виде конденсаторной батареи, там происходит зарядка конденсаторов до нужной величины напряжения после этого происходит подача напряжения на систему электродов, расположенных в емкости. В качестве рабочей среды используется техническая вода и трансформаторное масло ИГП -38, t= 20C⁰, ρ=881.4 кг/см³ желтого цвета. Исходя из технических характеристик преобразователя, можно сделать вывод, что диспергирование жидкостей производится на так называемом мягком режиме, когда U<=20кВ, С>=1мкФ. Принцип работы ЭГПВД рассмотрим на примере принципа работы типичной гидравлической установки. На рисунке 2 представлена диаграмма изменения во времени основных электрических параметров.

Рисунок 2- Изменение напряжения на конденсаторе U_c, на канале

разряда U_k, разрядного тока i и мощности Р во времени t

До момента t₁ происходит зарядка накопителя: напряжение на конденсаторе С растет до U₁= 10³ 10⁵ B. В момент t₁ накопитель подключается к искровому промежутку в жидкости и начинается процесс электрического пробоя промежутка. По завершении пробоя в момент t₂ наступает канальная стадия разряда. Напряжение u_с за время t₂  t₁ несколько падает (до U_пр) из-за стекания заряда с конденсатора С вследствие электропроводности среды в промежутке. Если при пробое ток i, протекающий через промежуток, растет незначительно, то по завершении пробоя он резко возрастает. Обычно ток в течение канальной стадии имеет форму, близкую к синусоидальной с большим затуханием.

Форма напряжения на промежутке u_k отражает нелинейность сопротивления канала разряда. Импульс мощности P, развиваемой в канале, имеет форму, близкую к треугольной.

Общий вид функциональной схемы данной установки представлен на рисунке 3:

Рисунок 3- Функциональная схема ЭГПВД

ЛАТР – лабораторный автотрансформатор;

ТР – высоковольтный трансформатор;

УН – умножитель напряжения;

Н – накопитель;

СЭ – система электродов;

Е – емкость.

Определим, какую передаточную функцию имеет каждое звено в отдельности:

ЛАТР: К₁ = 1 (усилительное звено);

ТР: К₂ = 23 (усилительное звено);

УН: (инерционное звено первого порядка);

Н: (реальное интегрирующее звено);

СЭ: (инерционное звено первого порядка);

Е: (инерционное звено первого порядка)

С учетом этого структурная схема примет вид (рисунок 4):

К₁

К₂

Рисунок 4- Структурная схема ЭГПВД

Передаточная функция системы запишется в виде: