Расчет системы управления автоматизированным электроприводом - файл n1.docx

Расчет системы управления автоматизированным электроприводом
Скачать все файлы (5237.1 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.docx5238kb.17.02.2014 10:25скачать

n1.docx

  1   2
СОДЕРЖАНИЕ

Заданные показатели качества

Введение 5

  1. Линеаризация нелинейностей 6

  2. Структурная схема заданной части САУ 7

  3. Выбор комплектного электропривода 10

  4. Выбор способа подключения преобразователя к сети 11

  5. Выбор сглаживающего дросселя 12

  6. Расчет параметров заданной части САУ 13

  7. Синтез системы подчиненного регулирования 14

  8. Анализ системы подчиненного регулирования 17

  9. Синтез цифрового регулятора скорости 26

  10. Анализ САУ с цифровым регулятором 28

10.1 Стандартные Z – преобразования 28

10.2 Билинейные преобразования 41

Заключение 55

Библиография 56

Введение

Целью данного курсового проекта является выбор структуры и параметров системы автоматического управления так, чтобы удовлетворялись заданные требования к качеству регулирования. При этом имеется принципиальная схема заданной части САУ.

В ходе проектирования система будет синтезирована с помощью трех различных методов:

-метод подчиненного регулирования;

-синтез системы с цифровым регулятором скорости

Синтез системы с цифровым регулятором скорости будет осуществлен при помощи двух методов: стандартного Z-преобразования и билинейного преобразования. Каждая из таких систем будет рассмотрена при двух значениях периода прерывания.

Для каждого варианта синтеза будет проведен анализ полученной системы, который заключается в нахождении показателей качества САУ и сравнении их с требуемыми. В конце проекта будет помещена сравнительная таблица, в которой будут приведены результаты проектирования.


1. Линеаризация нелинейностей

Линеаризация тиристорного преобразователя заключается в выборе постоянного значения коэффициента передачи преобразователя согласно выражению

,

где: ЕТП – номинальная ЭДС преобразователя, В;

UУМ – макс. напряжение управления на входе преобразователя, В.

.

Постоянная времени преобразователя назначается исходя из условия:

с.

принимаем: Т? = 0,005с
2. Структурная схема заданной части САУ

2.1. Расчет датчика тока

Исходя из принципиальной схемы, строим структурную схему заданной части САУ. При этом в качестве модели тиристорного преобразователя используем апериодическое звено.



Рис. 2. Структурная схема заданной части САУ

Принципиальная схема датчика тока приведена на рис. 3. Согласно этой схеме датчик тока представляет собой безинерционное устройство с коэффициентом передачи КТ



Рис. 3. Датчик тока

Будем считать датчик тока безынерционным

,

Где ,

Выбираем шунт 75ШС. UШН=75 В.

IШН=30 A



Принимаем

Тогда

Максимальное значение сигнала на выходе датчика тока .

2.2. Расчет датчика скорости

Принципиальная схема датчика скорости приведена на рис. 4. Пренебрегая индуктивностью якорной цепи тахогенератора, датчик скорости представляет собой безинерционное устройство с коэффициентом передачи КС



Рис. 4. Датчик угловой скорости вращения

Номинальная скорость вращения двигателя

Выбираем тахогенератор ТГ-1, номинальная скорость которого

Номинальное напряжение тахогенератора.

Коэффициент передачи тахогенератора:

Коэффициент обратной связи по скорости (коэффициент датчика скорости) выбираем из условия

Принимаем

Зададим значение сопротивления .

Тогда величину сопротивления можно определить из условия:







Принимаем ближайшее большее стандартное значение: .

Уточняем коэффициент делителя напряжения

Определяем уточненное значение коэффициента обратной связи по скорости:

Следовательно, наибольшее значение сигнала обратной связи по скорости равно: не превышает 10 В.


  1. Выбор комплектного электропривода

Исходя из условий , т.е.

Выбираем комплектный унифицированный трехфазный электропривод серии ЭПУ3 для привода станков с техническими данными

,

,




  1. Выбор способа подключения преобразователя к сети

Определим необходимое напряжение питания комплектного электропривода.

Приняв находим:







Найденные значения напряжений существенно ниже величины напряжений сети 220В и 380В. Следовательно, используем согласующий силовой трансформатор.

Среди выпускаемых электротехнической промышленностью трансформаторов есть трансформаторы с

Поэтому для дальнейшего расчета примем это значение вторичного напряжения трансформатора.

Габаритная мощность трансформатора



Следовательно, первичное напряжение выбираем равным .

Определим необходимый ток во вторичной обмотке трансформатора



Из табл. П.2.2 [ Технические и экономические расчеты в курсовых и дипломных проектах. Учебное пособие] выбираем трансформатор ТСП-16/0,7-УХЛ4 со следующими номинальными данными:

,

,

,



  1. Выбор сглаживающего дросселя


Сопротивление обмоток трансформатора



Где





Определяем индуктивность, вносимую в якорную цепь обмоткам трансформатора



Для определения вычислим

Примем

Тогда

Суммарная индуктивность якорной цепи, определяемая вкладом обмотки якоря двигателя и обмотками трансформатора, равная

,

где индуктивность обмотки якоря:

значительно превышает требуемое исходя из ограничения пульсаций тока якоря значение индуктивности . Следовательно, включение дополнительного сглаживающего дросселя не требуется.


6. Расчет параметров заданной части САУ

сопротивление без нагрева Ra,200 =0,95

коэффициент для машин с компенсационной обмотки: =0,25

Пересчитаем сопротивление при 20о в сопротивление при 75о





индуктивность обмотки якоря:



электромагнитная постоянная времени: с

механическая постоянная времени: с.

  1. Синтез системы подчиненного регулирования

При синтезе САУ используем общепринятое упрощение, заключающееся в пренебрежении влиянием внутренней обратной связи по противоЭДС двигателя. В этом случае структурная схема заданной части будет представлять собой последовательное соединение типовых звеньев и датчики обратных связей. Количество контуров регулирования следует выбрать равным количеству обратных связей, т.е. трем. При синтезе регуляторов соответствующих координат электропривода (напряжения, приложенного к якорю двигателя; тока якоря; угловой скорости вращения) использовать стандартную процедуру синтеза регуляторов системы подчиненного регулирования. Синтез САУ завершается оценкой необходимости компенсации влияния существующей в модели двигателя обратной связи по противоЭДС на переходные и установившиеся режимы работы системы.

Т.о. структурная схема имеет вид:



Рис. 5 Структурная схема САУ

7.1. Синтез регулятора тока

Синтез регулятора тока происходит без внутренней ОС по противоЭДС электродвигателя.

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:





Рис. 6 Расчетная схема контура тока

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура тока имеет вид:


.

Приравнивая , выражаем передаточную функцию регулятора тока:






7.2. Синтез контура скорости

Расчет регулятора скорости ведем без учета нагрузки. Нагрузку будем учитывать при анализе системы



Рис. 7 Расчетная схема контура скорости

Желаемая разомкнутая функция регулятора скорости:



Реальная передаточная функция контура скорости:









В результате мы получили П – регулятор скорости. По заданию требуется обеспечить астатизм второго порядка по отношению к сигналу задания. Т. о. в качестве регулятора скорости применяем ПИ – регулятор со следующей передаточной функцией:



7.3 Компенсирующий сигнал
– компенсирующий сигнал.

= 0,229

= 0,041






Так как влияние обратной связи противоЭДС не сильное, то компенсирующий сигнал не используется.
8. Анализ системы подчиненного регулирования

Анализ системы подчиненного регулирования будем производить с помощью программы MATLAB 7.9

8.1. Определение запасов устойчивости системы



Рис. 8 Разомкнутая структурная схема САУ

Определяем запасы устойчивости по построенным частотным характеристикам (рис. 10).



Рис. 9 Запасы: ,

,  система устойчива.

8.2 Построение зависимостей , , при подаче на вход единичного ступенчатого сигнала

e:\рабочий стол\4.jpg

Рис. 10. Структурная схема для построения зависимостей , ,

e:\рабочий стол\3.jpg

Рис 11. График переходной функции

Из графика можно определить получившиеся показатели качества:

- перерегулирование

- время регулирования

Сравнивая с техническим заданием, видим, что перерегулирование не удовлетворяет заданному, следовательно, необходимо поставить фильтр:

где

Тогда график переходной функции будет иметь вид:

e:\рабочий стол\5.jpg

Рис 12. График переходной функции с фильтром

Откуда видно, что

- перерегулирование .

- время регулирования

Время регулирования получается больше, чем в задании, это может быть следствием слишком жестких требований, предъявляемых к приводу, поэтому время регулирования оставляем без изменений.

Построим зависимости и w(t)

e:\рабочий стол\1.jpg

Рис. 13. Зависимости и w(t ) соответственно

Построим зависимость

e:\рабочий стол\6.jpg

Рис 14. Динамическая электромеханическая характеристика

8.3 Построение графиков реакции САУ на ступенчатое приложение нагрузки Ic/Iн и соответствующей электромеханической характеристики

,

e:\рабочий стол\7.jpg

Рис. 15. Структурная схема для построения зависимостей , ,

Построим зависимости и w(t)

e:\рабочий стол\2.jpg

Рис 16. Зависимости и w(t )соответственно

Построим зависимость

e:\рабочий стол\8.jpg

Рис.17. Динамическая электромеханическая характеристика

Определение установившейся ошибки



Рис.17.1 Структурная схема



Рис.17.2 Характеристика

По отношению к сигналу нагрузки система астатична, следовательно, еуст = 0.

8.4 Построение графиков изменения во времени угловой скорости вращения и тока якоря двигателя при подаче на вход САУ помехи и соответствующей электромеханической характеристики

Подадим на вход САУ помеху



e:\рабочий стол\9.jpg

Рис. 18 Структурная схема для построения зависимостей , ,

Построим зависимости и w(t)

e:\рабочий стол\10.jpg

Рис. 19 Графики i(t) и w(t) соответственно с фильтром

e:\рабочий стол\11.jpg

Рис. 20 Динамическая электромеханическая характеристика

8.5. Определение коэффициента передачи

- амплитуда основной гармоники:

- амплитуда сигнала на выходе системы:

Т.о. коэффициент передачи



Рис. 21 ЛАЧХ

По графику найдем L(w): , тогда коэффициент передачи


9. Синтез цифрового регулятора скорости

Реализация регулятора скорости в цифровой форме соответствует замене передаточной функции WРС(р) в аналоговой системе передаточной функцией WРС(Z).



а)



б)

Рис. 22. Структурные схемы систем регулирования скорости

(а) – аналоговый вариант, (б) – цифровой вариант

На рис. 22.

W1(р) – передаточная функция подсистемы регулирования тока;

WВУ(р) – передаточная функция восстанавливающего устройства;

Т – период прерывания

Передаточная функция цифрового регулятора определяется по передаточной функции аналогового прототипа с применением:

– стандартного Z–преобразования, использование которого соответствует замене переменной р в соответствии с выражением

;

– билинейного преобразования в соответствии с подстановкой



Каждый из способов проделываем для двух периодов прерывания:





Z-преобразование:





Билинейное преобразование:

,



Для реализации восстанавливающего устройства нулевого порядка в MATLAB применяем блок Zero-Order Hold. Во всех дискретных блоках задаем период прерывания.
  1   2
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации