Система управления скоростью (стр. 1 из 2)
Содержание
Введение
1. Определение параметров объекта управления
2. Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления
3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор элементов
5. Список литературы
Введение
Электропривод постоянного тока стал широко распространён из-за достаточно простых способов регулирования, так как у него можно менять токовую и потоковую составляющие момента независимо друг от друга, а с появлением ШИМ напряжения, ЭП ПТ стал ещё более экономичным и стал осуществлять лучшие динамические и точностные показатели регулирования.
В последние годы ЭП постоянного тока стал вытесняться приводом на асинхронных двигателях как на более дешевом и надёжном, но простой алгоритм управления и большая распространённость ещё делают привод постоянного тока достаточно широко применяемым.
В данной курсовой работе рассматривается система управления скоростью ДПТ в диапазоне от 0.05wНОМ до 5wНОМ. Таким образом, управление двигателем будет происходить в двух зонах. Причём и в первой и во второй зонах диапазон регулирования достаточно большой. При двузонном управлении двигателем в большом диапазоне будет достаточно сложным а при условии максимального быстродействия можно предположить, что в ходе разработки придется применять не только тривиальные схемы.
1. Определение параметров объекта управления.
В качестве объекта управления выступает двигатель постоянного тока 4ПФ180М с реверсивным ШИП в цепи якоря и ШИР тока возбуждения с частотой коммутации 5кГц. Параметры двигателя приведены в табл. 1.
Таблица 1
| Мощ-ность, кВт | Напряжение якоря, В | Напряжение возбуждения, В | Номинальный момент, Нм | Ток якоря, А |
| 20 | 220 | 220 | 402.3 | 114,5 |
| КПД, % | Номинальная частота, об/мин | Максимальная частота, об/мин | Момент инерции, кг*м2 | Класс нагревостойкости |
| 75 | 475 | 3800 | 0,578 | F |
Двигатель типа 4ПФ предназначен для привода механизма главного движения станков с ЧПУ, гибких производственных систем и роботизированных производственных комплексов. Двигатель поставляется со встроенными тахогенераторами типа ТП80-20-0,2 и датчиками тепловой защиты – терморезистором типа СТ 14-1Б. Двигатель выдерживает нагрузку по току при номинальной частоте вращения
в течении 
и 
в течении 
; при максимальной частоте вращения – 
в течении 
. [1, стр.360]Суммарный момент инерции, приведённый к валу двигателя:
кг×м2Постоянная двигателя
Сопротивление якорной обмотки:
Индуктивность обмотки якоря составляет 9.2 мГн, рассчитаем электромагнитную постоянную времени:
Сопротивление обмотки возбуждения 33.4 Ом, индуктивность составляет 2.75 Гн. Пользуясь этими данными рассчитаем электромагнитную постоянную времени обмотки возбуждения:
Жёсткость электромеханической характеристики равна:
Определим электромеханическую постоянную времени:
Электромагнитная и электромеханическая постоянные времени отличаются всего в 1.5 раза, следовательно при синтезировании системы управления и моделировании двигателя влиянием ЭДС обмотки якоря пренебрегать нельзя.
По заданию нагрузка является активным моментом сопротивления и равна 0.2Мн.
2. Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления
Объект управления описывается следующими уравнениями [3, стр.38-39]:
Для реализации поставленной задачи настроим оба контура тока на технический оптимум и предусмотрим форсировку в этих контурах. Для получения максимального быстродействия при настройке контура скорости будем использовать адаптивный регулятор скорости а сигналом адаптации будет служить масштабированный сигнал с датчика тока возбуждения. Для получения астатизма по нагрузке создатим второй контур скорости.
Настройка контура тока ротора.
Передаточная функция объекта управления:
Так как период дискретизации преобразователя равен 0.0002 с, что в 115 раз меньше чем Тэ, то дискретностью преобразователя в расчётах можно пренебречь.
Примем
, Кп=22, Кот=0.087 Ом 
Регулятор тока якоря получается в виде последовательно соединённых ПИ регулятора и ФНЧ.
Настроим контур скорости на технический оптимум:
Передаточная функция регулятора при учёте Кос=0.04 Вс/рад получается:
Получился адаптивный П регулятор скорости. Значение с будем опрелять исходя из линейной зависимости с и Iв.
Настроим второй контур скорости на технический оптимум для получения астатизма по нагрузке.
Получился интегральный регулятор скорости.
Настроим контур тока возбуждения на технический оптимум:
Тогда
Примем
, Котв=1.51 Ом 
Регулятор тока обмотки возбуждения получается в виде последовательно соединённых ПИ регулятора и ФНЧ.
Для получения сигнала задания тока возбуждения будем использовать нелинейное звено характеристика которого показана ни рис. 1. На вход нелинейного звена будем подавать сигнал с датчика напряжения.
Рис. 1 Характеристика нелинейного звена.
Для снижения колебательности вызванной более медленным контуром тока возбуждения на вход системы поставим задатчик интенсивности.
Компенсацию ЭДС выполним с помощью добавления к сигналу управления преобразователем сигнала:
Подытожив всё вышеперечисленное получаем следующую структурную схему.
3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Для моделирования переходных процессов системы управления электроприводом постоянного тока воспользуемся средой Simulink программного комплекса MatLab.
Схема собранная в комплексе MatLab выглядит следующим образом:
Рис. 3. Схема СУЭП для комплекса MatLab.
Отдельно отметим задатчик интенсивности. В нашей системе он является двупороговым, т.е. до напряжения 4.8 В скорость нарастания сигнала составляет 26 В/с, при переходе за напряжение 4.8 В скорость снижается до 6 В/с. Применение такого устройства обуславливается большой колебательностью возникающей из-за более медленного контура возбуждения.
Рис. 4. Схема задатчика интенсивности для комплекса MatLab
В ходе моделирования некоторые параметры быле немного скорректированны.
Результаты моделирования при изменении задания на скорость от нуля до величины 0.5 В выглядят следующим образом.
Рис. 5 Зависимость скорости и момента от времени.
Рис. 6 Зависимость напряжения на якоре и потока от времени
Видно что параметры переходного процесса удовлетворяют условиям задания и почти соответствуют парметрам технически оптимального процесса.
При изменении задания в верхних пределах диапазона скорости, т.е. от 9.5 до 10 В графики переходных процессов выглядят следующим образом: