Следящий электропривод производственного механизма
Структурная схема линеаризованной системы автоматического управления следящего электропривода, параметры элементов силового канала, оптимальных настроек регуляторов, ожидаемые показатели качества работы. Анализ нелинейной САУ СЭП и ее структурная схема.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.03.2010 |
| Размер файла | 3,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
2
Курсовой проект
по дисциплине
«Автоматизированный электропривод промышленных установок»
Следящий электропривод производственного механизма
2009
Реферат
СЛЕДЯЩИЙ реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока, ЭКОНОМИЧНОСТЬ, УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, МАЛЫЕ РАСХОДЫ, НАДЕЖНОСТЬ
Объектом исследования является следящий реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока.
Цель работы - спроектировать следящий реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока с заданными параметрами.
Работа выполнена с использованием следующих программ для ПК: MathCAD 13, Microsoft Word XP, Printkey2000, MS Paint, Microsoft PowerPoint XP, Matlab07
Содержание
1. Введение
2. Линеаризованная САУ СЭП
2.1 Структурная схема линеаризованной САУ СЭП
2.2 Параметры элементов силового канала электропривода
2.3 Параметры оптимальных настроек регуляторов СЭП
2.4 Ожидаемые показатели качества работы линеаризованной САУ СЭП
2.5 Имитационная модель линеаризованной САУ СЭП. Параметры блоков
2.6 Оценка адекватности имитационной модели линеаризованной САУСЭП
3. Нелинейная САУ СЭП
3.1 Анализ основных нелинейностей электрической и механической систем и системы управления электропривода
3.2 Структурная схема нелинейной САУ СЭП с учетом насыщения элементов привода. Имитационная модель. Исследование влияния на работу привода
3.3 Структурная схема нелинейной САУ СЭП с учетом ДМС и нагрузки. Имитационная модель. Исследование влияния нагрузки на работу привода
3.4 Выбор типа датчиков скорости и положения и места их установки
3.5 Структурная схема нелинейной САУ СЭП с учетом квантования по уровню сигналов управления в контуре положения. Имитационная модель. Исследование влияния квантования по уровню на работу привода
3.6 Система управления без датчика скорости
Заключение
Список литературы
1. Введение
В данном курсовом проекте рассчитывается следящий электропривод постоянного тока.
Следящим называется электропривод, который обеспечивает с заданной точностью движение исполнительного органа рабочей машины в соответствии с произвольно изменяющимся входным сигналом управления. Этот сигнал может изменяться в широких пределах по произвольному временному закону и может быть механическим или электрическим. Чаще всего входной сигнал представляет собой скорость или угол поворота оси задающего устройства. Следящий электропривод применяется для антенн радиотелескопов и систем спутниковой связи, в металлообрабатывающих станках, для привода роботов и манипуляторов, в автоматических измерительных устройствах и во многих других случаях.
Классификация следящего электропривода может быть выполнена по нескольким признакам. Если следящий электропривод предназначен для воспроизведения с заданной точностью скорости движения исполнительного органа, то он называется скоростным, а если положения - то позиционным.
Различают следящие электроприводы с непрерывным или прерывным управлением; последние, в свою очередь, делятся на релейные и импульсные. В следящих электроприводах непрерывного действия напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, постоянно подается на двигатель.
Следящий электропривод релейного действия характеризуется тем, что напряжение на двигатель подается только тогда, когда сигнал рассогласования достигает определенного значения. Поэтому работа релейного следящего электропривода характеризуется определенной зоной нечувствительности по отношению к входному сигналу.
Импульсный следящий электропривод отличается тем, что управляющее воздействие на двигатель подается в виде импульсов напряжения, амплитуда и частота или заполнение которых изменяется в зависимости от сигнала рассогласования. В этих случаях говорят об амплитудно-, частотно-, широтно-импульсной модуляции управления.
2. Линеаризованная САУ СЭП
2.1 Структурная схема линеаризованной САУ СЭП
Рисунок 1 - Структурная схема линеаризованной САУ СЭП
2.2 Параметры элементов силового канала электропривода
Выбираем комплектный электропривод типа ЭПУ1М - 2 - 40 - 2 - 7 М
Номинальный ток:
Номинальное напряжение:
Номинальное напряжение сети:
Максимальный ток:
Схема силовой части показана на рисунке 4.1.
Рисунок 2 - Схема силовой части регулируемого электропривода
Таблица 1 - Параметры силового трансформатора ТС3П-25/0,7
|
Номинальное напряжение |
U1л = 380 В |
|
|
Напряжение вторичной обмотки |
U2л = 205 В |
|
|
Активное сопротивление обмотки трансформатора |
Rтр.ф=0.055 Ом |
|
|
Индуктивное сопротивление обмотки трансформатора |
Хтр.ф=0.058 Ом |
|
|
Индуктивность обмотки трансформатора |
Lтр.ф=0.000184 Гн |
Определение параметров силовой цепи
Блок управления БС3203 - 4027М
Схема выпрямления трехфазная мостовая;
Число фаз (пульсов):
Средневыпрямленная ЭДС при :
Управление преобразователем - раздельное.
Углы управления
- начальный
- минимальный
- максимальный
Размах опорного напряжения:
Коэффициент передачи управляющего органа на входе СИФУ:
Коэффициент передачи датчика тока:
Максимальное значение коэффициента усиления тиристорного преобразователя:
.
Максимальное значение ЭДС:
.
Постоянная времени преобразователя:
Сопротивление якорной цепи:
,
где ,
где
.
Индуктивность якорной цепи:
.
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи привода:
.
Максимально допустимый ток:
.
Электромеханическая постоянная времени:
.
т.к. это отношение меньше 4, значит надо учитывать влияние ЭДС.
2.3 Параметры оптимальных настроек регуляторов СЭП
Таблица 3
|
Контур |
Регулятор |
Параметры регулятора |
|
|
Регулятор тока |
ПИ |
|
|
|
Регулятор скорости |
ПИ |
|
|
|
Регулятор положения |
П |
2.4 Ожидаемые показатели качества работы линеаризованной САУ СЭП
Таблица 4 - Ожидаемые показатели качества работы контура тока, настроенного на МО
|
Перерегулирование |
|
4,32 |
|
|
Время первого согласования |
|
|
|
|
Время переходного процесса при отработке ступенчатого управляющего задания |
|
|
|
|
Полоса пропускания по модулю |
|
|
|
|
Полоса пропускания по фазе |
|
|
Таблица 5 - Ожидаемые показатели качества работы контура скорости, настроенного на СО
|
Перерегулирование |
|
6,2 |
|
|
Время первого согласования |
|
|
|
|
Время переходного процесса при отработке ступенчатого управляющего задания |
|
|
|
|
Полоса пропускания по модулю |
|
|
|
|
Полоса пропускания по фазе |
|
|
Таблица 8 - Ожидаемые показатели качества работы контура положения
|
Перерегулирование |
|
5 |
|
|
Время первого согласования |
|
|
|
|
Время переходного процесса при отработке ступенчатого управляющего задания |
|
|
|
|
Полоса пропускания по модулю |
|
|
|
|
Полоса пропускания по фазе |
|
|
2.5 Имитационная модель линеаризованной САУ СЭП. Параметры блоков
2
Рисунок 3 - Имитационная линейная модель
Результаты моделирования переходных процессов в контуре положения настроенного на МО, при отработке ступенчатого входного воздействия дискрет приведены в виде переходных характеристик на рисунке 4
Рисунок 4 - Переходные процессы линейной системы
()
, - время первого согласования;
, - время переходного процесса;
, - максимальное значение угла поворота;
, - установившееся значение угла поворота;
,- перерегулирование.
Параметры блоков:
%/Контур тока
ktp=86.88;
Ttp=0.00167;
Rz=0.868;
krt=0.53;
Trt=0.011;
Tz=0.011;
kot=2.1;
kdt=0.03;
kpos=0.087;
%/Koнтур скорости
krs=8.391;
Trs=0.013;
c=2.37;
J=0.22;
koc=0.404;
kdts=0.315;
Tfc=0.01336;
%/Контур положения
Kp=0.0012;
krp=0.926;
km=2123;
Ka=0.2;
2.6 Оценка адекватности имитационной модели линеаризованной САУСЭП
Анализ переходных процессов линейной системы, представленных на рисунке 4:
· Установившиеся значение в контуре положения соответствует данному значению
· Время переходного процесса контура положения соответствует примерно:
· Перегулирование контура положения 4.6%,а ожидаемый показатель 5%
Отсюда можно сделать вывод, что имитационная линейная модель адекватна так ожидаемые показатели соответствуют полученным.
3. Нелинейная САУ СЭП
3.1 Анализ основных нелинейностей электрической и механической систем и системы управления электропривода
Учтем следующие основные нелинейности характеристик элементов САУ СЭП:
насыщение регулятора положения (выходного ЦАП).
Принимаем ;
насыщение регулятора скорости .
Принимаем ;
насыщение регулятора тока .
Принимаем ;
характеристику устройства постоянного токоограничения, реализованного путем ограничения выходного напряжения регулятора скорости , где ;
ограничение угла управления тиристорного преобразователя, которое учитывается ограничением ЭДС преобразователя:
;
реактивный характер нагрузки;
- нелинейный характер регулировочной характеристики реверсивного тиристорного преобразователя с линейным опорным напряжением.
3.2 Структурная схема нелинейной САУ СЭП с учетом насыщения элементов привода. Имитационная модель. Исследование влияния на работу привода
Рисунок 5 - Структурная схема нелинейной системы следящего электропривода
2
Рисунок 6 - Имитационная нелинейная модель
Для ограничения интегрирования в регуляторе применяется следующая схема, которая представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Имитационная модель регулятора
Рисунок 8 - Имитационная модель механической части системы
Отработка малых перемещений
При отработке малых перемещений координаты электропривода не достигают значения ограничения. На вход модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад=100 дискрет при нагрузке Мс=0 Hм. Снимаем кривые переходных процессов для фазовых координат электропривода , , ц(t) (рисунок 9), где ц - линейное перемещение рабочего механизма.
Рисунок 9 - Характеристики переходных процессов , , ц(t) при отработки малых перемещений
Отработка средних перемещений
В процессе отработки средних перемещений ток электродвигателя достигает своего предельного значения, а привод предельного ускорения.
На вход модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад=5000 дискрет при нагрузке Мс=0 Hм. Снимаем кривые переходных процессов I(t), щ(t), ц(t) (рисунок 10).
Рисунок 10 - Характеристики переходных процессов , , ц(t) при отработки средних перемещений
Отработка больших перемещений
В процессе отработки больших перемещений скорость электродвигателя достигает своего предельного значения.
На вход модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад= 12000 дискрет при нагрузке Мс=0Нм. Снимаем кривые переходных процессов I(t), щ(t), ц(t) (рисунок 11).
Рисунок 11 - Характеристики переходных процессов , , ц(t) при отработки больших перемещений
На основании графиков переходных процессов можно сделать выводы:
- при отработке малых перемещений нелинейная система ведет себя аналогично линейной системе, т.к. регуляторы контуров не входят в насыщение (см. рисунок 9);
- в процессе отработки средних перемещений ток электродвигателя достигает своего предельного значения, а привод предельного ускорения; процесс отработки средних перемещений в нелинейной системе сопровождается увеличением перерегулирования(см. рисунок 10;
- в процессе отработки больших перемещений ток и скорость электродвигателя достигают своих предельных значений; процесс отработки больших перемещений в нелинейной системе сопровождается значительным перерегулированием, а время переходного процесса определяется величиной заданного перемещения (см. рисунок 11)
Из переходных процессов видно, что засчет прегулирования в контуре положения происходит реверс двигателя. Это в свою очередь негативно влияет на работу системы. Реверс может привести к тому, что система начнет колебаться и не выйдет на установившееся значение. Для устранения перегулирования в контуре положения используют параболический регулятор, но в данном случае можно просто уменьшить коэффициент регулятора положения в два раза.
На вход модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад= 100 дискрет при нагрузке Мс=0Нм и уменьшенным коэффициентом регулятора положения(Kрп=0.00243/2=0.0012). Снимаем кривые переходных процессов I(t), щ(t), ц(t) (рисунок 12).
Рисунок 12- Характеристики переходных процессов , , ц(t) при отработки больших перемещений()
На вход модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад= 12000 дискрет при нагрузке Мс=0Нм и уменьшенным коэффициентом регулятора положения(Kрп=0.00243/2). Снимаем кривые переходных процессов I(t), щ(t), ц(t) (рисунок 12).
Рисунок 13 - Характеристики переходных процессов , , ц(t) при отработки больших перемещений()
Из рисунков 12 и 13 видно, что замена параболического регулятора на уменьшенный коэффициент регулятора положения дало желаемый результат, т.е. удалось устранить перегулирование в контуре положения.
3.3 Структурная схема нелинейной САУ СЭП с учетом ДМС и нагрузки. Имитационная модель. Исследование влияния нагрузки на работу привода
Рисунок 12 - Структурная схема двухмассовой механической системы
Параметры двухмассовой механической системы:
2
Рисунок 13 - Имитационная нелинейная модель с учетом ДМС
Исследование влияния нагрузки на работу привода
На вход двухмассовой модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад= 5000 дискрет при нагрузке Мс=0Нм. Снимаем кривые переходных процессов I(t), щ(t), ц(t) (рисунок 11).
Рисунок 14 - Двухмассовая нелинейная модель без нагрузки Mc=0
На вход двухмассовой модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад= 5000 дискрет при нагрузке Мс=81.48Нм. Снимаем кривые переходных процессов I(t), щ(t), ц(t) (рисунок 11).
Рисунок 14 - Двухмассовая нелинейная модель с нагрузкой Mc=81.48
На вход двухмассовой модели электропривода подаем скачок управляющего воздействия цзад= 12000 дискрет при нагрузке Мс=81.48Нм. Снимаем кривые переходных процессов I(t), щ(t), ц(t) c уменьшенным коэффициентом регулятора в два раза (рисунок 11).
Рисунок 14 - Двухмассовая нелинейная модель с нагрузкой Mc=81.48
Анализируя рисунок 14 можно сделать вывод, что в системе имеют место колебания с периодом
и частотой
или
что весьма близко к резонансной частоте
3.4 Выбор типа датчиков скорости и положения и места их установки
Рисунок 15 - Имитационная модель нелинейной двухмассовой САУ СЭП для снятия ошибки с вала двигателя
Рисунок 16 - Имитационная модель нелинейной двухмассовой САУ СЭП для снятия ошибки с вала механизма
Рисунок 17 - Переходная характеристика нелинейной САУ СЭП (датчик на механизме)
Рисунок 18 - Переходная характеристика нелинейной САУ СЭП (датчик на валу двигателя)
Расчетная ошибка:
Из рисунков видно, что при установке датчика положения на вал двигателя появляется на выходе ошибка, которая будет увеличиваться с повышением нагрузки. Отсюда можно сделать вывод, что нецелесообразно устанавливать датчик положения на вал двигателя в двухмассовой системе так как заданная погрешность позиционирования составляет %5.
3.5 Структурная схема нелинейной САУ СЭП с учетом квантования по уровню сигналов управления в контуре положения. Имитационная модель. Исследование влияния квантования по уровню на работу привода
Рассчитаем коэффициент ЦАП(10 разрядный)
Рассчитаем коэффициент регулятора положения
Рассчитаем коэффициент ЦАП(12 разрядный)
Рассчитаем коэффициент регулятора положения
При моделировании было установлено, что разрядность ЦАП незначительно влияет на ход протекания переходных процессов.
Рисунок 19 - Переходная характеристика с выхода регулятора положения
2
Рисунок 20 - Часть структурной схемы с учетом квантования по уровню сигналов управления в контуре положения
Рисунок 20 - Переходные процессы с учетом квантования по уровню сигналов управления в контуре положения
2
Рисунок 21 - Имитационная модель нелинейной САУ СЭП с учетом квантования по уровню сигналов управления в контуре положения.
3.6 Система управления без датчика скорости
Для организации следящей системы управления можно исключить тахогенератор, а скорость определять по производнуой от угла.
2
Рисунок 22 - Имитационная модель нелинейной САУ СЭП с импульсным датчиком положения
Рисунок 23 - Осциллограммы графиков скорости, которые были сняты в обратной связи
a) c тахогенератора
b) производная берется с непрерывного сигнала(аналоговый, u1[0]=200)
c) производная считается по квантованному сигналу по уровню(дискретный, u1[0]=200)
Рисунок 24 - Фактическая скорость
a) c тахогенератора
b) производная берется с непрерывного сигнала(аналоговый, u1[0]=200)
c) производная считается по квантованному сигналу по уровню(дискретный, u1[0]=200)
Рисунок 25 - Отработка угла
d) c тахогенератора
e) производная берется с непрерывного сигнала(аналоговый, u1[0]=200)
f) производная считается по квантованному сигналу по уровню(дискретный, u1[0]=200)
Внизу представлен программный код s-function. В данном блоке был выбран дискретный режим и частота дискретизации T=0.0001c
//Инициализация параметров
float static output=0;
float static input_prev=0,counter=0,input=0;
//Обнуляет параметры при запуске
if (u0[0]==0)
{
output=0;
input_prev=0;
counter=0;
input=0;
}
input=u0[0];
counter++;
if (counter==u1[0]){
output=(input-input_prev)/(0.00001*u1[0]);
y0[0]=output/(2123*0.926);
input_prev=input;
counter=0;
}
Рисунок 26 - график работы счетчика counter
Программа работает следующем образом, вначале происходит обнуление всех параметров(необходимо так как S-function запоминает все значения). Далее счетчик counter cчитает до соответствующего значения, которое задается нами. Как только он достигает этого данного значения начинается расчет производной. Она считается путем приращения ко времени. После расчета счетчик counter обнуляется и процедура повторяется.
Рисунок 27 - Алгоритм работы программы для определения производной по положению
u0[0],input - входной массив угла
iput_prev - предыдущее значение угла
u1[0] - данный параметр задает интервал времени на котором считается производная
y[0] - выходная координата скорости
T - время дискретизации
Kм - коэффициент механизма
Kp - коэффициент обратной связи по положению
output - расчетное значение производной
Заключение
В данном курсовом проекте было проведено исследование следящего электропривода постоянного тока. Была рассчитана и смоделирована одномассовая система, а также двухмассовая. Контур тока и положения были настроены на МО, контур скорости был настроен СО для того чтобы добиться нулевой ошибки.
Дополнительно к линейным характеристикам САУ регулируемого электропривода были проведены исследования нелинейных характеристик с учётом насыщения регуляторов. Исследования показали, что:
- при отработке малых перемещений нелинейная система ведет себя аналогично линейной системе, т.к. регуляторы контуров не входят в насыщение;
- в процессе отработки средних перемещений ток электродвигателя достигает своего предельного значения, а привод предельного ускорения; процесс отработки средних перемещений в линейной системе сопровождается увеличением перерегулирования;
- в процессе отработки больших перемещений ток и скорость электродвигателя достигают своих предельных значений; процесс отработки больших перемещений в линейной системе сопровождается значительным перерегулированием, а время переходного процесса определяется величиной заданного перемещения.
При выборе места для датчика положения установили, что в одномассовой системе можно установить и на вал двигателя и на вал механизма.На выходе будет нулевая ошибка. В двухмассовой системе при установке датчика на вал двигателя появляется ошибка, которая растет с ростом нагрузки.
Список литературы
1. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояин Н.В. Проектирование и исследование электроприводов. Часть 1. - Введене в технику регулирования линейных систем. Часть 2. - Оптимизация контура регулирования: Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2000. - 144 с.
2. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояин Н.В. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Часть 4. - тиристорные преобразователи для электроприводов постоянного тока: Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2002. - 152 с.
3. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояин Н.В. Проектирование автоматизированных электроприводов постоянного тока: Учебное пособие по курсовому проектированию. - Томск: Изд. ТПИ, 1991. - 104 с.
4. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояин Н.В. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Часть 5. -Применение программы DORRA-FUZZY в расчётах электроприводов постоянного тока: Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2002. - 156 с.
5. Справочник по электрическим машинам в 2т. Под общей редакцией И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т1. - М: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.: ил.
6. Электроприводы унифицированные трёхфазные серии ЭПУ1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИГРФ.654674.001 ТО 1984.
Подобные документы
Структурная схема роботоконвейерного комплекса, основные требования технологического процесса, принцип работы приводов механизмов. Функциональная схема системы логического управления и структурная схема следящего механизма, описание управляющих сигналов.
курсовая работа [165,2 K], добавлен 13.09.2010Технические данные и расчет параметров электродвигателя, тиристорного преобразователя мощности, датчиков обратной связи. Вывод передаточных функций элементов электропривода. Структурная схема, определение качественных показателей системы и ее синтез.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 10.01.2009Составление расчетной схемы механической части электропривода. Анализ и описание системы "электропривод—сеть" и "электропривод—оператор". Выбор принципиальных решений. Расчет силового электропривода. Разработка схемы электрической принципиальной.
курсовая работа [184,2 K], добавлен 04.11.2010Дискретное позиционное управление отдельным приводом. Обобщенная структурная схема системы позиционного управления асинхронным двигателем. Представление программы контроллера в виде диаграммы функциональных блоков. Математическая модель электропривода.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 25.12.2012Конструктивная и функциональная схемы системы автоматического регулирования, предназначенной для стабилизации силы резания при фрезеровании за счет управления приводом подач. Анализ устойчивости, качества и точности САУ. Синтез корректирующего устройства.
курсовая работа [871,4 K], добавлен 30.04.2011Структурная схема двухконтурной каскадной системы. Выбор типов стабилизирующего и корректирующего регуляторов каскадных АСР, определение оптимальных значений их настроечных параметров. Комбинированные АСР с комбинированным принципом регулирования.
реферат [70,1 K], добавлен 26.01.2009Структурная схема электродвигателя постоянного тока с редуктором. Синтез замкнутой системы управления, угла поворота вала с использованием регуляторов контура тока, скорости и положения. Характеристика работы скорректированной системы управления.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 09.03.2012Разработка принципиальной схемы следящего гидропривода. Выбор исполнительного органа, гидроаппаратуры, источника питания, приводного электродвигателя. Расчёт высоты всасывания. Анализ и синтез динамической линеаризованной модели следящего гидропривода.
курсовая работа [751,0 K], добавлен 26.10.2011Общее описание и технические характеристики станка. Выбор основных элементов электропривода: электродвигателя, силового трансформатора, тиристоров, тахогенератора. Правила настройки регуляторов. Разработка принципиальной схемы автоматизированного станка.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 01.12.2014Расчет и структурная схема передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы автоматического управления (САУ) относительно входного воздействия. Формулы для мнимой и вещественной компоненты. Графики логарифмических амплитудной и фазовой характеристик.
курсовая работа [505,8 K], добавлен 15.11.2009
