Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Постановка завдання

2. Опис САУ і розробка завдання

3. Розрахунок параметрів астатичної за навантаженням системи регулювання швидкостi

4. Імітаційне моделювання

Висновок

Перелік посилань на джерела

Вступ

В процесі реалізації розповсюдження та використання, значного розвитку та розповсюдження отримали електроприводи постійного струму. Це обумовлено можливістю реалізації підпорядкованої системи регулювання швидкості (яка була розглянута в даному курсовому проекті) з використанням універсальних блочних систем регулювання.

Сучасний етап розвитку техніки керування електроприводами постійного струму характеризуються випуском комплектних електроприводів.

Основні позитивні сторони таких систем - це можливість реалізації високих динамічних характеристик електроприводів, простота їх налагодження і експлуатації, а також можливість широкої уніфікації схем і конструкцій елементів, в тому числі пристроїв, призначених не тільки для автоматизації електроприводів, але й для розв'язання задач автоматизації технологічних процесів.

1. Постановка завдання

Виконати порівняльний аналіз динамічних властивостей астатичних систем підпорядкованого регулювання швидкості, зображених на рисунках з номерами, що вказані у табл. 1.1, у режимах відпрацьовування керуючої та збурюючої дій та у режимі стопоріння за загальним планом, наведеним у вступі.

Таблиця 1.1 - Варіанти завдань

№ вар.	1.1
Схеми на рис.	1.1,1.2,1.4

Оцінити чутливість систем щодо зміни параметрів силової частини привода. Порівняти перешкодозахищеність системи з різними засобами вимірювання динамічного моменту.

2. Опис САУ і розробка завдання

За типом статичних механічних характеристик системи регулювання швидкості розподіляються на статичні та астатичні. Астатичні системи не змінюють усталене значення швидкості під дією зовнішніх обурень, зокрема під дією моменту статичного навантаження.

Різні варіанти астатичних систем регулювання швидкості (СРШ) зображені на рис. 1.1 - 1.5, 1.7. На рисунках позначені:

ЗI - задавач інтенсивності;

ПI-РШ, П-РШ, I-РШ - пропорцiйно-iнтегральний, пропорційний та інтегральний регулятори швидкості;

ДШ - датчик швидкості;

РС, ДС - регулятор та датчик струму якоря;

ТП - тиристорний перетворювач у колі якоря двигуна;

Д - двигун постійного струму з незалежним збудженням;

ДСМ - датчик статичного моменту;

РДС, ДДС - регулятор та датчик динамічного струму якоря;

СО - вузол струмообмеження;

СВ - вузол струмової відсічки;

ОДС - вузол обмеження динамічного струму;

МКШ - еталонна модель контуру швидкості;

I - інтегратор;

UЗ - напруга завдання на швидкість двигуна;

МС - момент статичного опору.

Найбільш поширеним засобом забезпечення нульового статизму за навантаженням у системах підпорядкованого регулювання є використання ПI- регулятора швидкості при наявності підлеглого контуру регулювання струму якоря з ПI- або з ПI2-регулятором. Якщо такий контур настроїти на “симетричний оптимум”, то без урахування дії проти - ЕРС двигуна його перехідна характеристика має перерегулювання 53,7%, час досягнення максимуму - 10,3Tµ та час першого узгодження з усталеним значенням - 5,9Tµ. Якщо система не потребує відробки лінійної керуючої дії без статичної похибки, то поміж задавачем інтенсивності (ЗI) та регулятором швидкості (РШ) встановлюють аперіодичну ланку ФЗ (фільтр у каналі завдання), що компенсує наявність форсуючої ланки у передавальній функції замкненого контуру швидкості. Завдяки цьому перерегулювання перехідної функції контуру зменшується до 6,2%, а терміни досягнення максимуму та першого узгодження з усталеним значенням зростають відповідно до 14,3Tµ i 18Tµ. Блок-схема такої системи зображена на рис. 1.1.

За допомогою структурних перетворень з системи рис. 1.1 можна отримати систему з так званим складеним регулятором швидкості, що наведена на рис. 1.2. Складений регулятор складається з двох регуляторів швидкості: внутрішнього пропорційного (П-РШ) та зовнішнього інтегруючого (I-РШ). Внутрішній регулятор обмежує величину якірного струму, а зовнішній завжди працює у лінійній зоні. Така структура відрізняється від попередньої простотою налагодження.

Швидкодію систем рис. 1.1, 1.2 у пуско-гальмувальних режимах можна підвищити застосуванням принципу комбінованого управління за керуючою дією. Він здійснюється за допомогою задавачів інтенсивності з паралельними зв'язками за похідною від його вихідного сигналу. Структурні схеми таких ЗІ зображені на рис. 1.3: а) у системі з ПІ-регулятором швидкості, б) у системі зі складеним регулятором швидкості. Оскільки ці задавачі доповнюють передавальну функцію замкненої системи форсуючою ланкою другого порядку, то їх звуть іноді пропорційно-інтегрально-диференціальними (ПІД-ЗІ) на відміну від звичайних інтегруючих (І-ЗІ) без паралельних зв'язків.

На схемах позначені:

РЛ - релейна ланка (ланка з ідеальною релейною характеристикою);

І - інтегратор;

ФЗ - фільтр в каналі завдання;

UЗ - завдання на усталене значення швидкості обертання двигуна;

UЗІ - вихідний сигнал інтегрального ЗІ, що завдає бажаний закон зміни швидкості.

Параметри коректуючих зв'язків k1, k2 обирають з умов «модульного оптимуму». Ще одним засобом досягнення астатизму є компенсація дії навантаження позитивним зворотним зв'язком за статичним моментом, заведеним на вхід тиристорного перетворювача або регулятора струму, або регулятора швидкості. Варіант такої системи з каналом компенсації на вході РШ зображений на рис. 1.4. Він має переваги над іншими, бо не порушує роботу привода в режимі струмообмеження.

Оскільки динамічний струм є різницею між повним та статичним струмом, то система з негативним зворотним зв'язком за струмом та позитивним зв'язком за статичним струмом, заведеним до входу регулятора струму, повністю еквівалентна системі із негативним зворотним зв'язком за динамічним струмом або моментом, блок-схема якої зображена на рис. 1.5.



.

Особливістю цієї системи є те, що за рахунок обмеження вихідного сигналу пропорційного регулятора швидкості у системі обмежується не повний, а динамічний струм якірного кола. Це дає можливість позбавитися від задавача інтенсивності, але потребує вирішення задачі струмообмеження. Її можна вирішити включенням у систему вузла струмової відсічки (СВ) або розробкою структури зі зворотними зв'язками, що перемикаються в залежності від режиму роботи, як це показано на рис. 1.6. Системи рис. 1.4 - 1.6 мають значно менше перерегулювання за струмом та динамічну просадку швидкості під дією навантаження та більшу швидкодію у пуско-гальмувальних режимах, ніж системи рис. 1.1, 1.2 з І-задавачами інтенсивності, i не потребують встановлення аперіодичної ланки на вході регулятора швидкості. Їх важливим недоліком є складність вимірювання статичного та динамічного струмів.

Одним з засобів непрямого вимірювання динамічного струму є диференціювання вихідного сигналу датчика швидкості, а другим - використання моделі двигуна, як це показано на рис.1.7 а,б. Недоліком рішення рис.1.7а є підсилення рівня перешкод, що завжди присутні на виході датчика швидкості. Обидва рішення мають невисоку точність вимірювання за рахунок неможливості точного знання параметрів привода та їх зміни під час роботи. Можливо також оцінити ці сигнали за допомогою спостерігачів стану. Слід відзначити, що розробки датчиків статичного моменту активно ведуться вченими та інженерами. Наприклад, вже давно були розроблені досвідні екземпляри магніто-пружних датчиків, але у промислових системах електропривода вони ще й досі не використовуються.

Оригінальний засіб досягнення астатизму запропонував В.П. Бичков [58]. Його рішення, що зображено у вигляді блок-схеми рис.1.8, належить до класу систем з еталонними моделями [50]. Різниця між бажаною поведінкою швидкості на виході еталонної моделі замкненого контуру швидкості МКШ та дійсною швидкістю, виміряною за допомогою датчика швидкості ДШ, через інтегратор I подається на вхід РШ. Завдяки такій структурі зменшується вплив на перехідні процеси не тільки моменту навантаження, але й інших параметричних та зовнішніх збурень: нелінійності та дискретності тиристорного перетворювача, перешкод вимірювання і т.п.

3. Розрахунок параметрів астатичної за навантаженням системи регулювання швидкості

Розрахунок двигуна

; ;

;

;

Розрахунок тиристорного перетворювача

;

; ;

.

Розрахунок регулятора струму

;

;

;

.

Розрахунок датчика струму

.

Розрахунок регулятора швидкості

;

;

;

.

Розрахунок датчика швидкості .

Розрахунок задавача інтенсивності

;

;

.

Розрахунок фільтра в каналі завдання

;

;

Розрахунок датчика динамічного струму

а) із реальним диференціюванням швидкості

.

Розрахунок датчика статичного моменту

.

4. Імітаційне моделювання

електропривод струм техніка

Моделюваня схем

В якості середовища для модеолювання обираємо MatLAB R2012b.

Моделюємо схеми відповідно до завдання та обираємо одну для введення нелінійності та дискретного фільтра.

Рисунок 4.1 - Схеми відповідно до завдання

Перехідні процеси для схем:

Рисунок 4.2 - Перехідний процес схеми 4.1



Рисунок 4.3 - Перехідний процес схеми 4.2

Рисунок 4.4 - Перехідний процес схеми 4.3

Для подальшого дослідження нелінійної та цифрової системи обираємо схему 1.2 за простоту її модифікування.

Дослідження нелінійної та дискретної схем

Моделюємо перехідний процес лінійної системи. Схема та перехіднйи процес наведені на рисунках 4.5 та 4.6 відповідно.

Рисунок 4.5 - Схема лінійної САУ



Рисунок 4.6 - Перехідний процес лінійної САУ

Вводимо нелінійсть в систему(рис. 4.7):

Рисунок 4.7 - Введення нелінійного елементу у систему

Моделюємо перехідний процес нелінійної системи.

Рисунок 4.8 - Схема нелінійної САУ



Рисунок 4.9 - Перехідний процес нелінійної САУ

Досліджуємо на стійкість дану систему:

h2=tf(1,[1,0])

h3=tf(1,[0.1,1])

h4=tf(1525/440,[4.982 1])

h5=tf(1,[0.03215 1])

h6=tf(0.5*1525/440,[4.982 1])

h7=tf(1,[0.03215 1])

h8=tf(1,[0.1 1])

hz=tf((h2*h3*h4*h5*h6*h7)/h8)

num=[0.6006 6.006];

dem=[0.002565 0.1863 4.152 26.46 10.13 1 0];

freqs(num,dem);

figure(1);

h=tf(num,dem);

figure(2);

nyquist(h);

hzz=c2d(hz,0.1,'tustin')

grid;

Виводимо АЧХ та ФЧХ:

Рисунок 4.10 - АЧХ та ФЧХ нелінійної САУ

Рисунок 4.11 - АФЧХ нелінійної системи

Оскільки, графік нашої діаграми Попова охоплює точку з координатами (-1; j0) значить наша система є стійкою.

Розраховуєм цифровий фільтр для системи:

h2=tf(1,[1,0])

h3=tf(1,[0.1,1])

h4=tf(1525/440,[4.982 1])

h5=tf(1,[0.03215 1])

h6=tf(0.5*1525/440,[4.982 1])

h7=tf(1,[0.03215 1])

h8=tf(1,[0.1 1])

hz=tf((h2*h3*h4*h5*h6*h7)/h8)

hzz=c2d(hz,0.1,'tustin')

grid;

Моделюємо перехідний процес системи з цифровим фільтром.

Рисунок 4.12 - Сеха системи з цифровим регулятором



Рисунок 4.13 - Перехідний процес системи з цифровим регулятором

Висновок

В процесі виконання цієї курсової роботи була синтезована система регулювання електроприводом постійного струму. У якості РС та РШ служить ПІ-регулятор. Система працює від ЗІ. Була оцінена динаміка КРС і КРШ, а також усієї САК при роботі від ЗІ. Була виконана реалізація РС та РШ, а також ЗІ на операційних підсилювачах.

Було спроектовано контур регулювання струму та підібрана стала часу контура. Також, було спроектовано контур регулювання швидкості. Враховуючи параметри завдання було розроблено регулятор швидкості. Було досліджено вплив інерційного зворотнього зв`язку на перехідні параметри контура регулювання швидкості.

Для реалізації однакового темпу розгону та сповільнення двигуна на вхід контура регулювання швидкості було встановлено задавач інтесивності, який формує сигнал трапецієдальної форми. Також було розраховано сталу часу задавача.

Перелік посилань на джерела

Коцегуб П.Х. “Синтез вентильних приводів постійного струму”. ДонНТУ, 2012.

Бесекерский В.А., Попов Е.П. “Теория систем автоматического регулирования”. - Москва, Наука, 1975.

Коцегуб П.Х, Толочко О.І. “Оптимизация систем управления с задатчиком интенсивности”. - Электротехническая промышленность. Серия “Электропривод”, 2010.

Матвієнко Р.М., Сав'юк Л.О. Методичні вказівки до виконання курсової роботи “Аналіз і синтез електромеханічної системи методом математичного моделювання на ЕОМ” з курсу “Теорія автоматичного управління”. - Івано-Франківськ, 2009.

Размещено на Allbest.ru