Синтез скалярной и векторной систем управления электроприводом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Технические данные силовой части электропривода

2. Функциональная и структурная схемы скалярного и векторного управления ЭП

3. Определение статических и динамических параметров элементов силовой части и системы управления электроприводом

4. Построить ЛАЧХ разомкнутых контуров регулирования тока и скорости двигателя для заданного режима работы преобразователя частоты

5. Определить параметры регуляторов тока и скорости, обеспечивающие требуемые динамические показатели электропривода

6. Построить ЛАЧХ замкнутых контуров регулирования тока и скорости двигателя для заданного режима работы преобразователя частоты

7. Определить темп изменения выходного сигнала задатчика интенсивности при пуске и торможении, при котором ток статора не будет превышать заданное значение

8. Построить зависимости тока и скорости двигателя от времени для трех видов воздействий:

а) скачкообразное задание номинальной скорости;

б) задание номинальной скорости по задатчику интенсивности;

в) наброс номинальной нагрузки

9. Построить зависимости тока и скорости двигателя от времени при тех же видах воздействий, если в процессе работы ранее настроенного электропривода произошло:

а) увеличение момента инерции в два раза;

б) увеличение коэффициента обратной скорости в два раза;

в) увеличение коэффициента усиление регулятора в два раза

Выводы

Литература



1. Технические данные силовой части электропривода

Асинхронный электродвигатель. Тип 4А80S4У3; P_Н = 3 кВт; U_1Н = 380 В; I_1Н = 8 А; n_НОМ = 2901 об/мин; ; cosц = 0,83; ; ; J = 0,0058 кгм².

- заданная величина перерегулирования скорости двигателя в %,

= 20%

- статическая ошибка регулирования скорости двигателя в %;

2. Функциональная и структурная схемы скалярного и векторного управления ЭП

Скалярное управление

На рис. 2.1 приведена функциональная схема скалярной системы управления ЭП

Рис. 2.1 Система скалярного управления с обратной связью по скорости



АД - асинхронный двигатель;

ТГ - тахогенератор;

ПЧ - преобразователь частоты;

ДТ - датчик тока;

ФБ - функциональный блок;

БО - блок ограничения;

Д - диод;

Р - регуляторы.

Структурная схема скалярного управления представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2 Структурная схема системы ПЧ-АД с обратной связью по скорости

Векторное управление

Функциональная схема системы векторного управления представлена на рис. 2.3., структурная схема представлена на рис. 2.4.

АД - асинхронный двигатель;

ТГ - тахогенератор;

ПЧ - преобразователь частоты;

ДТ - датчик тока;

ПФ - фазный преобразователь;

ВУ - блок ввода управления;

ЗИ - задатчик интенсивности;

РТ - регулятор тока;

РП - регулятор потока;

РС - регулятор скорости.

Рис. 2.2 Функциональная схема системы управления с прямой ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД

Рис. 2.2 Структурная схема системы ПЧ-АД при ориентации координат х, у по потокосцеплению ротора



3. Определение статических и динамических параметров силовой части и системы управления

Параметры двигателя

Скорость холостого хода:

Номинальная скорость:

Номинальный момент двигателя:

Критический момент двигателя:

Критическое скольжение:

Модуль жесткости механической характеристики:

Суммарный момент инерции ЭП, приведенный к валу двигателя. Примем его равным 1,4J_дв:

Механическая постоянная времени:

.

Электромагнитная постоянная времени:

Параметры преобразователя частоты

Постоянная времени цепи управления ПЧ:

Получены все параметры разомкнутой системы электропривода в соответствии со схемой рис. 2.2.

4. Построение ЛАЧХ разомкнутых контуров регулирования тока и скорости двигателя для заданного режима работы преобразователя

Реализовано частотное управление в скалярной системе. ЛАЧХ разомкнутого контура строим в Matlab Simulink.



Рис. 4.1 Структурная схема разомкнутой системы ПЧ-АД

Рис. 4.2 Переходная функция скорости

Рис. 4.3 ЛАЧХ разомкнутой системы ПЧ-АД

Построена переходная функция скорости для разомкнутой системы. По ней видно, что функция скорости имеет перерегулирование:



В разомкнутой системе эта величина превышает заданное значение перерегулирования скорости. Для обеспечения требуемых статических и динамических характеристик необходимо синтезировать замкнутую систему управления скорости.

Допустимые значения перерегулирования и статической ошибки:

= 20% - перерегулирование

= 0.8 - статическая ошибка.

5. Определение параметров регуляторов тока и скорости, обеспечивающие требуемые динамические показатели электропривода

Скалярное управление

Передаточная функция цепи обратной связи по скорости:

k_ос

Желаемая передаточная функция:

W_жел =,

где - некомпенсируемая постоянная времени (=).

Передаточная функция объекта регулирования:

=

W_рс = ==

,

где можно пренебречь;

- соотношение постоянных контура регулирования скорости. При настройке не технический оптимум соотношение между колебательностью системы и ее быстродействием =2.

W_рс =

k_PC== = 8.9

= = 0,00415

Смоделируем замкнутую систему с полученными параметрами регулятора. Схема системы приведена на рис.

Рис. 5.1 Структурная схема разомкнутой и замкнутой систем

Получены переходные функции, представленные на рис. 5.2. Замкнутая система неустойчива. Необходимо подобрать параметр , чтобы система была устойчива и перерегулирование не превышало 20%.

Рис. 5.2 Переходные функции скорости замкнутой системы

Изменяя параметры регулятора, добиваемся желаемого переходного процесса. Переходная функция скорости имеет перерегулирования при = 12 не выше заданного.

ПИ-регулятор скорости при параметре = 12 имеет вид:

W_рс = =

Переходная функция скорости приведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3 Переходная функция скорости в замкнутой системе

На рис. 5.4, 5.5 изображены схема и график задания скорости, если:

- Увеличение момента инерции в два раза,

- Увеличение коэффициента усиления регулятора скорости в два раза,

- Увеличение коэффициента обратной связи по скорости в два раза

На рис. 5.6 изображены графики наброса нагрузки Мс, если:

- Увеличение момента инерции в два раза,

- Увеличение коэффициента усиления регулятора скорости в два раза,

- Увеличение коэффициента обратной связи по скорости в два раза.

Рис. 5.4 Схема разомкнутого и замкнутого контуров регулирования скорости

Рис. 5.5 Зависимости для разных режимов

скалярный векторный статический динамический электропривод



Рис. 5.6 Графики наброса нагрузки М_с

Векторное управление

Необходимо рассчитать параметры регуляторов по рис.

1) Определение параметров контура регулирования тока статора

Структурная схема контура регулирования тока представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7 Структурная схема регулирования тока

Желаемая передаточная функция контура тока статора:

, где

- суммарная некомпенсируемая постоянная контура регулирования тока;

- соотношение постоянных контура регулирования тока. При настройке на технический оптимум = 2.

Коэффициент обратной связи по току:

k_ОТ = =

= 8 В - максимальное напряжение на выходе регулятора скорости.

- стопорный ток;

= = 3.35 А

Передаточная функция регулятора тока

₌ ,

где

= с.

= с - постоянная интегрирования ПИ-регулятора

= = 0,0005с - пропорциональная составляющая ПИ-регулятора

2) Определение параметров контура регулирования потокосцепления ротора



Рис. 5.8 Структурная схема контура регулирования потокосцепления

Желаемая передаточная функция контура потока:

W_жел =

Коэффициент обратной связи по потоку:

, где

Гн

Вб

Эквивалентная электромагнитная постоянная времени ротора:

= с.

Передаточная функция объекта регулирования:

Регулятор потока имеет следующую передаточную функцию:

= , где

= с

=

3) Определение параметров контура регулирования скорости двигателя

Рис. 5.9 Структурная схема контура скорости (Контур скорости содержит внутренний контур регулирования тока)

7. Определение темпа изменения выходного сигнала задатчика интенсивности при пуске и торможении, при котором ток статора не будет превышать заданное значение

Согласно заданию, ток статора не должен превышать 150% от номинального тока при пуске и торможении.

По уравнению движения:

M - M_c = ;



При замене на можно определить время пуска и торможения.

В режиме холостого хода (М_с = 0):

M - 0 = ; ,

где 1,5 - допустимый момент перегрузки по току. Отсюда:

с (0,122 с)

Время пуска и торможения равны.

При пуске и торможении с номинальной нагрузкой М_с=М_н:

= ; =.

Время пуска:

с.

Время торможения:

с.

Пуск под нагрузкой происходит медленнее, а торможение быстрее.



8. Построить зависимости тока и скорости двигателя от времени для трех видов воздействий:

а) скачкообразном задании номинальной скорости;

б) задании номинальной скорости по задатчику интенсивности;

в) набросе номинальной нагрузки.

Скалярное управление

Для скалярной системы рассмотрим характеристики скорости для трех видов воздействий. Схема для моделирования приведена на рис. 8.1.

Рис. 8.1 Схема модели

Характеристика скорости при скачкообразном задании номинальной скорости приведена на рис. 8.2.

Рис. 8.2 Характеристика скорости при скачкообразном задании



9. Построение зависимости тока и скорости двигателя от времени при тех же видах воздействий, если в процессе работы ранее настроенного электропривода произошло:

а) увеличение момента инерции в два раза;

б) увеличение коэффициента обратной связи по скорости в два раза;

в) увеличение коэффициента усиления регулятора скорости в два раза;

Скалярное управление

1) Скачкообразное задание скорости при увеличении момента инерции в два раза.

Характеристики скорости при J=2J_ном приведены на рис. 9.1. Из рисунка видно, что увеличение момента инерции в 2 раза привело к небольшому качанию системы при разгоне.

Рис. 9.1 Характеристика скорости при набросе нагрузки

Векторное управление

Для системы векторного управления проанализируем характеристики скорости и тока.

Схема системы векторного управления приведена на рис. 9.2.

Все характеристики построены при скачкообразном задании номинальной скорости



Рис. 9.2 Схема векторного управления

Рис. 9.3 Зависимости, потока Ф, М_дин и тока I_x

Рис. 9.4 Зависимости, потока Ф, М_дин и тока I_x при Крс=2Крс



Рис 9.5 Зависимости, потока Ф, М_дин и тока I_x при Кос=2Кос

Рис 9.6 Зависимости, потока Ф, М_дин и тока I_x при J=2J_ном



Выводы

В данной курсовой работе был проведен синтез скалярной и векторной систем управления электроприводом. С помощью пакета Matlab были получены зависимости тока и скорости от времени, построены ЛАЧХ и ЛФЧХ замкнутого и разомкнутого контуров регулирования тока и скорости.

Увеличение момента инерции в 2 раза приводит к увеличению времени переходного процесса.

Увеличение коэффициента обратной связи изменяет установившееся значение скорости, т.к К_зам = 1/К_ос.

Увеличение коэффициента К_рс привело к меньшему перерегулированию характеристики скорости.

Но одновременное увеличение всех параметров привело к значительному снижению устойчивости системы.



Литература

1. Автоматизированный электропривод с асинхронными двигателями. Учебное пособие. - СС. Амирова, В.И. Елизаров, Е.В. Тумаева.

2. Теория электропривода: Ключев В.И

Размещено на Allbest.ru