Анализ и синтез привода с электродвигателем постоянного тока

Моделирование системы автоматического управления - электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Определение переходной, амплитудно-фазовой частотной и логарифмической характеристик. Построение полученных структурных одноконтурных схем.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 09.10.2011
Размер файла 1,4 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ"

на тему: "Анализ и синтез привода с электродвигателем постоянного тока"

Выполнил:

студент гр.1308 Фаизов Р.Р.

Проверил:

доцент Романовский Э.А

г. Набережные Челны

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

I. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИССЛЕДУЕМОЙ САУ

1.1 Получение математической модели с щ на выходе

1.2 Получение математической модели с ц на выходе

1.3 Построение структурных схем

1.4 Составление модели в форме пространства состояний

II. АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОЙ САУ

2.1 Определение устойчивости объекта управления

2.2 Получение передаточных функций

2.3 Определение характеристик объекта управления

2.4 Построение переходных характеристик в Simulink

III. СИНТЕЗ ИССЛЕДУЕМОЙ САУ

3.1 Построение схемы позиционного привода

3.2 Выполнение синтеза регулятора

3.3 Определение ПФ синтезированной замкнутой системы

3.4 Построение ПХ синтезированной системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе рассматривается система автоматического управления - электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением. Необходимо применить полученные теоретические знания в области теории автоматического управления и высшей математики для математического описания и исследования систем автоматического управления, практическое применение метода моделирования для исследования динамики САУ, провести ряд задач по анализу и синтезу САУ.

В данной работе исследуется система автоматического управления на примере электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (вариант №17). В ходе исследования мы должны решить следующие задачи:

1. Получить математическую модель ДПТ параллельного возбуждения, где входным воздействием является напряжение U, возмущающим воздействием - момент нагрузки Mн (или Mc-момент сопротивления), а выходной переменной служит частота вращения вала ротора - щ.

2. Получить математическую модель ДПТ параллельного возбуждения, где входным воздействием является напряжение U, возмущающим воздействием - момент нагрузки Mн (или Mc-момент сопротивления), а выходной переменной служит частота вращения вала ротора - ц.

3. Записать структурные схемы, соответствующие этим 2 моделям, приведя их к одноконтурному виду.

4. На основе этих полученных моделей составить модель объекта в стандартной форме пространства состояний.

5. Определить устойчивость объекта управления.

6. На основании модели объекта в стандартной форме пространства состояний получить 4 передаточные функции: вход - напряжение, выход -частота; вход - момент сопротивления, выход - частота; вход - напряжение, выход - угол; вход - момент сопротивления, выход - угол.

7. Для каждой передаточной функции определить переходную характеристику, амплитудно-фазовую частотную характеристику и логарифмическую амплитудно-фазовую частотную характеристику.

8. В Simulink построить 2 полученные структурные одноконтурные схемы и для каждой определить по 2 переходной характеристике по задающему и по возмущающему воздействиям. Проверка с предыдущим этапом.

9. Построить синтезированную систему позиционного привода.

10. Используя указанный способ, выполнить синтез регулятора, обеспечивающего требуемые показатели качества позиционного привода.

11. Определить передаточные функции синтезированной замкнутой системы по задающему и возмущающему воздействиям.

12. Для обеих синтезированных систем построить переходные характеристики по задающему и возмущающему воздействиям.

13. Сделать выводы по проделанной работе.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Заданы параметры двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением и требуемые показатели качества позиционного привода (вариант 17).

Параметры двигателя

iян, А

щн, рад/с

Мсн, н•м

Ј, кг•м2

Lя, мГн

Rя, Ом

Кl, в•с/рад

Км, н•м/А

tпп, с

у, %

дmax

Хmax

щх, рад/с

М

Дц, °

Метод синтеза

5.1

157

3

0,062

0,36

1.1

0,021

11,9

0,9

5

0,03

1

2,5

1,31

69

Cанк.-Сиг.

где, iян - номинальный ток якоря, А

щн - номинальная частота вращения вала якоря двигателя, рад/с

Mcн - номинальная момент сопротивления на валу якоря двигателя, Н•м

J - момент инерции вала якоря, кг•м2

Lя - индуктивность обмотки якоря ДПТ, мГн

Rя - сопротивление обмотки якоря ДПТ, Ом

Kl - электрическая постоянная двигателя

Kм - магнитная постоянная двигателя, Н•м/А

tпп - время переходного процесса, с

у - требуемое перерегулирование, %

дmax - максимальная установившаяся ошибка регулирования для синтезированной системы

Хmax - амплитуда задающего воздействия электродвигателя

щx - частота задающего гармонического воздействия электропривода, рад/с, M - требуемый показатель колебательности для синтезированного привода, Дц - требуемый запас устойчивости по фазе для синтезированного привода, град

I. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИССЛЕДУЕМОЙ САУ

1.1 Получение математической модели с щ на выходе

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением описывается следующим ДУ:

где - постоянная времени цепи якоря (электрическая постоянная);

- электромеханическая постоянная времени;

- коэффициент пропорциональности;

- коэффициент влияния нагрузки;

Отсюда:

1.2 Получение математической модели с ц на выходе

Отсюда:

1.3 Построение структурных схем

Рис. 1. Структурная схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

Имеем схемы, показанные на рис. 2.

Рис. 2. Исходные схемы системы.

Приведем структурные схемы к одноконтурному виду:

Рис. 3. Схемы системы, приведенные к одноконтурному виду

1.4 Составление модели в форме пространства состояний

Запишем ДУ электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением:

=>

Примем обозначения:

Таким образом, получаем:

Векторно-матричная форма уравнений будет иметь вид:

II. АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОЙ САУ

автоматический управление электродвигатель ток

2.1 Определение устойчивости объекта управления

det(лE - A) = 0

Таким образом, система находится на границе устойчивости.

2.2 Получение передаточных функций

Определим передаточные функции системы с помощью матриц А,В,С,D (в программе Mathcad), т.е.

H(р) = С(рЕ - А)^-1*В+D.

1) вход - напряжение U, выход - частота Щ.

2) вход - момент сопротивления МН, выход - частота Щ.

3) вход - напряжение U, выход - угол ц.

4) вход - момент сопротивления МН, выход - угол ц.

2.3 Определение характеристик объекта управления

Для каждой ПФ построим переходную характеристику(с помощью функции step), АФЧХ(с помощью nyquist) и ЛАФЧХ(с помощью bode).

Рис. 4. step H1(p).

Рис. 5. nyquist H1(p).

Рис. 6. bode H1(p).

Рис. 7. step H2(p).

Рис. 8. nyquist H2(p).

Рис. 9. bode H2(p).

Рис. 10. step H3(p).

Рис. 11. nyquist H3(p).

Рис. 12. bode H3(p).

Рис. 13. step H4(p).

Рис. 14. nyquist H4(p).

Рис. 15. bode H4(p).

2.4 Построение переходных характеристик в Simulink

Рис. 16. ПХ с входом U и выходом Щ.

Рис. 17. ПХ с входом МН и выходом Щ.

Рис. 18. ПХ с входом U и выходом ц.

Рис. 19. ПХ с входом МН и выходом ц.

Все ПХ полностью совпадают с полученными ранее.

III. СИНТЕЗ ИССЛЕДУЕМОЙ САУ

3.1 Построение схемы позиционного привода

Рис. 20. Схема позиционного привода.

Wрег - передаточная функция регулятора

Приведем данную схему к одноконтурному виду, используя правила структурных преобразований:

Рис. 21. Одноконтурная схема позиционного привода.

Переходная характеристика неизменяемой части системы представлена на рис. 22.

Рис. 22. Переходная характеристика неизменяемой части системы.

Отсюда, время переходного процесса tпп = 1,23 с.

Перерегулирование:

3.2 Выполнение синтеза регулятора

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

Характеристический полином знаменателя имеет следующие корни:

Получаем:

Здесь, для неизменяемой части имеем:

K = 1,7; T1 = 0,272; T2 = 3,27·10-4

Определим сопрягающие частоты и L(щ):

Построим ЛАЧХ неизменяемой части системы.

Рис. 23. ЛАЧХ неизменяемой части системы.

Будем проводить синтез по методу E.А.Санковского-Г.Г.Сигалова. Передаточная функция желаемой ЛАЧХ разомкнутой системы будет иметь вид:

Требуемый запас устойчивости по фазе: г = Дц = 69?

Определим частоту среза

Согласно данным для типовой ЛАЧХ, щ1 = щс. Тогда, щ1 = 7,77 с-1.

Вычислим постоянную a:

Подберем сопрягающую частоту щ3 из формулы:

Выберем k из таблицы для типовых ЛАЧХ: k = щc = 7,77

Тогда, передаточная функция желаемой системы имеет вид:

Здесь, и

Асимптотическая ЛАЧХ, ей соответствующая, имеет вид Lж, как показано на рис. 24.

Отсюда, можно найти передаточную функцию регулятора:

Рис. 24. Асимптотические ЛАЧХ.

Чтобы показатели качества соответствовали требуемым, уменьшим передаточный коэффициент в желаемой ПФ системы до k = 2,22. Тогда:

3.3 Определение ПФ синтезированной замкнутой системы

ПФ синтезированной замкнутой системы по задающему воздействию:

ПФ синтезированной замкнутой системы по возмущающему воздействию, согласно рис. 21:

3.4 Построение ПХ синтезированной системы.

Переходная характеристика для синтезированной замкнутой системы по задающему воздействию:

Рис. 25. ПХ системы по задающему воздействию.

Переходная характеристика для синтезированной замкнутой системы по возмущающему воздействию:

Рис. 26. ПХ системы по возмущающему воздействию.

Определим показатели качества синтезированной замкнутой системы по задающему воздействию.

Из рис. 25 следует, что:

Время переходного процесса: tпп = 0,85 с.

Перерегулирование: .

Определим запас устойчивости по фазе (см. рис. 27).

Рис. 27. Определение запасов устойчивости по ЛАФЧХ.

Из рис. 27 следует, что Дц = 65,976?.

Полученные показатели удовлетворяют требуемым значениям: tпп = 0,9 с., у = 5%, Дц = 69?. Следовательно, синтез системы осуществлен корректно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой курсовой работе мы разработали модель двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в стандартной форме пространства состояний. В качестве входов были выбраны входное напряжение U и момент нагрузки МН, а в качестве выходов -- выбраны частота щ и угол поворота вала ц.

Пользуясь собственными числами матрицы A, мы определили, что двигатель, выбранный в качестве объекта управления, лежит на границе апериодической устойчивости. После этого мы построили переходные характеристики, ЛАФЧХ и АФЧХ двигателя для различных форм входных и выходных воздействий.

Мы создали схему позиционного привода, приведя ее к одноконтурному виду, и выполнили синтезирование привода по асимптотическим логарифмическим частотным характеристикам, пользуясь методом Санковского-Сигалова.

После синтеза привода мы определили правильность синтеза. Построили переходные характеристики замкнутой системы по задающему и возмущающему воздействиям и определили показатели качества. Время переходного процесса tпп = 0,85 с., перерегулирование у = 3%, а запас устойчивости по фазе Дц = 65,976?. Это удовлетворяет требуемым значениям показателей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.?MATLAB 5 для студентов? Потемкин В.Г, Рудаков П.И. Издательство ?Диалог-Мифи? Москва, 1999.

2.?CONTROL SYSTEM TOOLBOX? Медведев В.С, Потемкин В.Г. Издательство ?Диалог-Мифи?, Москва,1999.

3.?Оптимальные и адаптивные системы? Александров А.Г. Издательство ?Высшая школа?, Москва,1989.

4.?Теория автоматического управления? Ахмадеев И.А. Практикум. Часть 1,2. Издательство ?Камский политехнический институт?, Набережные Челны,2003.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Особенности расчета двигателя постоянного тока с позиции объекта управления. Расчет тиристорного преобразователя, датчиков электропривода и датчика тока. Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Моделирование внешнего контура.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.06.2011

  • Изучение механических характеристик электродвигателей постоянного тока с параллельным, независимым и последовательным возбуждением. Тормозные режимы. Электродвигатель переменного тока с фазным ротором. Изучение схем пуска двигателей, функции времени.

    лабораторная работа [1,3 M], добавлен 23.10.2009

  • Отображение двигателя в режиме динамического торможения. Расчет пускового реостата и построение пусковых характеристик для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Запись уравнения скоростной характеристики с учетом требуемых параметров.

    контрольная работа [1002,6 K], добавлен 31.01.2011

  • Электромагнитная мощность генератора постоянного тока, выбор числа пар полюсов и коэффициента полюсной дуги. Расчет обмотки якоря и магнитной цепи, построение характеристики холостого хода. Определение магнитодвижущей силы возбуждения при нагрузке.

    курсовая работа [2,6 M], добавлен 27.10.2011

  • Изучение принципа работы электропривода постоянного тока и общие требования к функционированию контроллера. Разработка микропроцессорной системы управления электродвигателем постоянного тока, обеспечивающей контроль за скоростью вращения вала двигателя.

    курсовая работа [193,7 K], добавлен 14.01.2011

  • Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением: конструкция генератора, схема привода, аппаратура управления и измерения. Определение КПД трехфазного двухобмоточного трансформатора по методу холостого хода и работы под нагрузкой.

    лабораторная работа [803,4 K], добавлен 19.02.2012

  • Моделирование пуска двигателя постоянного тока ДП-62 привода тележки слитковоза с помощью пакета SciLab. Структурная схема модели, ее элементы. Паспортные данные двигателя ДП-62, тип возбуждения. Диаграмма переходных процессов, построение графика.

    лабораторная работа [314,7 K], добавлен 18.06.2015

  • Конструирование электронных схем, их моделирование на ЭВМ на примере разработки схемы усилителя постоянного тока. Балансная (дифференциальная) схема для уменьшения дрейфа в усилителе постоянного тока. Режим работы каскада и данные элементов схемы.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.08.2010

  • Принцип действия генератора постоянного тока. Якорные обмотки и процесс возбуждения машин постоянного тока. Обмотка с "мертвой" секцией. Пример выполнения простой петлевой и волновой обмотки. Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением.

    презентация [4,9 M], добавлен 09.11.2013

  • Конструкция и принцип действия электрических машин постоянного тока. Исследование нагрузочной, внешней и регулировочной характеристик и рабочих свойств генератора с независимым возбуждением. Особенности пуска двигателя с параллельной системой возбуждения.

    лабораторная работа [904,2 K], добавлен 09.02.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.