книги / Системы управления электроприводом
..pdf4.Принципы управления вентильным электродвигателем.
5.Принципиальные отличия управления вентильным двигателем от управления синхронным двигателем.
Лабораторная работа № 7 Синтез и анализ непрерывных двухконтурных статических систем регулирования скорости с применением ПК
Цель работы – ознакомление студентов с типовой методикой синтеза однократно интегрирующих систем регулирования скорости электроприводов постоянного тока, а также формирование у студентов умений и навыков исследования СУЭП с применением компьютерной среды «Matlab/Simulink».
Краткие теоретические сведения
иописание работы
Вкачестве электромеханического объекта управления рассматривается коллекторный электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением [5–10], питаемый по цепи якоря от управляемого тиристорного преобразователя. Структурная схема такого ЭМОУ «ТП – ДПТ» приведена на рис. 2.12, а; варианты ЭМОУ с подчиненным замкнутым контуром регулирования тока якоря – на рис. 2.12, б–г.
На рис. 2.12 и в табл. 2.1 приняты следующие обозначения: Uя.н, Iя.н – соответственно номинальные напряжение и ток якоря
двигателя; – допустимая перегрузка по току якоря двигателя;н – номинальная скорость вращения двигателя; Uу – напряжение управления на входе тиристорного преобразователя; Rэ – эквивалентное активное сопротивление якорной цепи; Kд – коэффициент передачи двигателя; Тэ – эквивалентная электромагнитная постоянная времени якорной цепи; Тм – электромеханическая постоянная времени привода; KТП – коэффициент передачи тиристорного пре-
45
образователя; ТТП – постоянная времени тиристорного преобразователя; Kт – коэффициент передачи обратной связи по току якоря; Т т – малая некомпенсированная постоянная времени контура регулирования тока якоря; еТП – ЭДС тиристорного преобразователя; ед – ЭДС двигателя; Uc – напряжение обратной связи по скорости; Тт – постоянная времени контура тока; K – коэффициент передачи редуктора; T – период дискретного управления, вырабатываемого регуляторомсостоянияэлектропривода.
Рис. 2.12. Структурные схемы ЭМОУ
46
Таблица 2.1
Параметры ЭМОУ для заданных вариантов
Номер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры ЭМОУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
U |
, |
I |
я.н |
, |
, |
, |
U |
у, max |
, |
R |
, |
K |
, |
Т , |
Т , |
|
K , |
Т , |
K |
, |
Т |
т |
, |
K , |
T, |
|
вар. |
я.н |
|
|
|
о.е. |
н |
|
|
э |
|
д |
|
э |
м |
|
ТП |
ТП |
т |
|
|
|
|
с |
|||
|
В |
|
|
А |
|
1/с |
|
В |
|
Ом |
В·с |
с |
с |
|
о.е. |
с |
Ом |
с |
|
о.е. |
||||||
1 |
52 |
|
15 |
5 |
62,8 |
|
10 |
|
0,5 |
1,4 |
0,01 |
0,1 |
|
10 |
0,0075 |
0,083 |
0,01 |
10 |
0,03 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2 |
52 |
|
15 |
5 |
62,8 |
|
10 |
|
0,5 |
1,4 |
0,01 |
0,1 |
|
10 |
0,0075 |
0,067 |
0,0075 |
10 |
0,025 |
|||||||
3 |
110 |
75 |
4 |
62,8 |
|
10 |
|
0,1 |
0,613 |
0,01 |
0,2 |
|
15 |
0,0075 |
0,017 |
0,0075 |
1 |
0,025 |
||||||||
4 |
110 |
75 |
4 |
105 |
|
10 |
|
0,1 |
1,024 |
0,015 |
0,25 |
|
15 |
0,0075 |
0,017 |
0,01 |
10 |
0,03 |
||||||||
5 |
220 |
50 |
2,5 |
157 |
|
10 |
|
0,3 |
0,766 |
0,015 |
0,1 |
|
30 |
0,01 |
0,08 |
0,015 |
1 |
0,04 |
||||||||
6 |
220 |
50 |
2 |
105 |
|
10 |
|
0,4 |
0,525 |
0,025 |
0,4 |
|
30 |
0,0075 |
0,1 |
0,01 |
1 |
0,03 |
||||||||
7 |
440 |
200 |
2,5 |
157 |
|
10 |
|
0,1 |
0,374 |
0,02 |
0,5 |
|
60 |
0,01 |
0,02 |
0,01 |
1 |
0,025 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
8 |
440 |
200 |
2 |
105 |
|
10 |
|
0,1 |
0,25 |
0,03 |
0,45 |
|
60 |
0,01 |
0,025 |
0,008 |
10 |
0,025 |
||||||||
9 |
600 |
1000 |
2 |
78,5 |
|
10 |
|
0,04 |
0,14 |
0,025 |
0,05 |
|
80 |
0,01 |
0,004 |
0,01 |
20 |
0,04 |
||||||||
10 |
600 |
1000 |
2,5 |
78,5 |
|
10 |
|
0,04 |
0,14 |
0,02 |
0,04 |
|
80 |
0,01 |
0,004 |
0,01 |
20 |
0,04 |
||||||||
11 |
440 |
100 |
2,5 |
105 |
|
10 |
|
0,25 |
0,253 |
0,015 |
0,2 |
|
50 |
0,0075 |
0,04 |
0,0075 |
1 |
0,025 |
||||||||
12 |
440 |
100 |
2 |
105 |
|
10 |
|
0,25 |
0,253 |
0,015 |
0,2 |
|
50 |
0,0075 |
0,05 |
0,0075 |
10 |
0,025 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
13 |
220 |
20 |
2,5 |
157 |
|
10 |
|
1,5 |
0,826 |
0,025 |
0,15 |
|
30 |
0,0075 |
0,2 |
0,01 |
10 |
0,025 |
||||||||
14 |
220 |
20 |
2 |
105 |
|
10 |
|
1,5 |
0,553 |
0,02 |
0,1 |
|
30 |
0,0075 |
0,25 |
0,01 |
1 |
0,025 |
||||||||
15 |
440 |
160 |
2,0 |
157 |
|
10 |
|
0,3 |
0,4 |
0,025 |
0,2 |
|
75 |
0,01 |
0,031 |
0,01 |
1 |
0,025 |
||||||||
16 |
220 |
10 |
2,5 |
157 |
|
10 |
|
1,0 |
0,75 |
0,02 |
0,1 |
|
30 |
0,0075 |
0,4 |
0,01 |
10 |
0,025 |
||||||||
17 |
220 |
10 |
2 |
157 |
|
10 |
|
1,0 |
0,75 |
0,02 |
0,1 |
|
30 |
0,0075 |
0,5 |
0,01 |
1 |
0,025 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
47
47
Порядок выполнения работы
иметодические указания
1.Получить от преподавателя задание на выполнение лабораторной работы, включающее номер варианта (номер строки параметров ЭМОУ, приведенных в табл. 2.1). Еще ряд значений параметров ЭМОУ в соответствии с теорией СУЭП и общей теорией ЭМСУ [4–9] целесообразно принять следую-
щими: Т с = Тт = 2Т т, Kс = (5…10)/ н.
2.Выполнить синтез структуры и параметров регулятора тока якоря двигателя с применением типовой методики структурнопараметрического синтеза [5, 8]. Принять, что замкнутый контур регулирования тока якоря должен соответствовать настройке на технический (модульный) оптимум.
3.Выполнить синтез структуры и параметров регулятора скорости двигателя с применением типовой методики структур- но-параметрического синтеза [5, 8]. Принять, что замкнутый контур регулирования скорости должен соответствовать настройке на технический (модульный) оптимум и представлять собой однократно интегрирующую систему управления.
4.Создать в пакете «Matlab/Simulink» имитационную модель для исследования однократно интегрирующей СУЭП. В качестве тестового сигнала задания скорости принять ступенчатое воздействие. На выходе регуляторов тока якоря и скорости двигателя установить нелинейные звенья типа «ограничение», принять максимально допустимые уровни сигналов этих звеньев ±10 В. В качестве тестового сигнала изменения нагрузки на валу также принять ступенчатое воздействие. На выходе модели установить виртуальный осциллограф. Для наблюдения динамики не только скорости, но и иныхкоординатснабдитьосциллографнеобходимымчисломвходов.
5.Промоделировать режим ступенчатого задания скорости «в малом». Сохранить результат моделирования.
6.Промоделировать режим ступенчатого задания нагрузки на валу двигателя в пределах номинального значения тока якоря (см. табл. 2.1). Сохранить результат моделирования.
48
7.Промоделировать реакцию системы на одновременное задание скорости по п. 5 и нагрузки по п. 6, реализовав суперпозицию сигналов. Сохранить результат моделирования.
8.Промоделировать режим ступенчатого задания скорости «в большом», задав номинальное значение скорости (см. табл. 2.1). Сохранить результат моделирования.
Примечание: преподаватель при необходимости может изменить моделируемые режимы СУЭП.
9.Составить отчет о лабораторной работе.
Содержание отчета:
1.Титульный лист, отвечающий требованиям к оформлению лабораторных работ, представленным на сайте кафедры МСА.
2.Задание в форме структурной схемы (см. рис. 2.12, а)
иномера варианта параметров ЭМОУ (см. табл. 2.1).
3.Результаты структурно-параметрического синтеза контуров регулирования СУЭП с применением типовой методики настройки контуров регулирования тока якоря и скорости двигателя на техническийоптимум.
4.Имитационная модель однократно интегрирующей СУЭП всреде«Matlab/Simulink».
5.Результаты моделирования (см. пункты 5–8), представленные в форме графиков переходных процессов при ступенчатых задающих и возмущающих воздействиях.
6.Выводы по результатам моделирования.
Контрольные вопросы
1.Подчиненное регулирование координат электропривода
иего основные принципы.
2.Типовые настройки регулирования контуров СУЭП и прямыеоценки качествадлякаждой изнастроек.
3.Эквивалентная малая постоянная времени контура регулирования и ее расчет.
4.Этапы типовой методики структурно-параметрического синтеза контуров регулирования СУЭП.
49
5.Результаты моделирования СУЭП при приложении ступенчатого задающего воздействия и их сравнение с теоретическими прямыми показателями качества регулирования скорости.
6.Статическая по нагрузке СУЭП и расчет величины установившейся статической ошибки регулирования скорости.
7.Результаты моделирования СУЭП при приложении ступенчатого возмущающего воздействия «в малом» и их сравнение с теоретическими прямыми показателями качества стабилизации скорости.
8.Принцип суперпозиции и результаты моделирования при одновременном приложении задающего и возмущающего воздействий.
9.Результаты моделирования СУЭП при приложении ступенчатого задающего воздействия «в большом» и приближенный расчет временипускаэлектроприводадономинальнойскорости.
Лабораторная работа № 8 Синтез и анализ непрерывных двухконтурных
астатических систем регулирования скорости с применением ПК
Цель работы – ознакомление студентов с типовой методикой синтеза двукратно интегрирующих систем регулирования скорости электроприводов постоянного тока, а также формирование у студентов умений и навыков исследования СУЭП с применением компьютерной среды «Matlab/Simulink».
Краткие теоретические сведения
иописание работы
Вкачестве электромеханического объекта управления рассматривается коллекторный электродвигатель постоянного тока
снезависимым возбуждением [5–10], питаемый по цепи якоря от управляемого тиристорного преобразователя. Структурная схема силового модуля «ТП – ДПТ» приведена на рис. 2.12, а.
50
Порядок выполнения работы
иметодические указания
1.Получить от преподавателя задание на выполнение лабораторной работы, включающее номер варианта (табл. 2.1). Еще ряд значений параметров ЭМОУ в соответствии с теорией СУЭП
иобщей теорией ЭМСУ [4–9] целесообразно принять следующи-
ми: Т с = Тт = 2Т т, Kс = (5…10)/ н.
2.С применением типовой методики структурно-параметри- ческого синтеза [5, 8] выполнить синтез структуры и параметров регулятора тока якоря двигателя. Принять, что замкнутый контур регулирования тока якоря должен соответствовать настройке на технический(модульный) оптимум.
3.С применением типовой методики структурно-парамет- рического синтеза [5, 8] выполнить синтез структуры и параметров регулятора скорости двигателя. Принять, что замкнутый контур регулирования скорости должен соответствовать настройке на симметричный оптимум и представлять собой двукратно интегрирующую систему управления. Установить на входе замкнутого контура регулирования скорости предшествующий аперио-
дический фильтр первого порядка с постоянной времени 4 Т с.
4.Создать в пакете «Matlab/Simulink» имитационную модель для исследования двукратно интегрирующей СУЭП с предшествующим фильтром на входе. В качестве тестового сигнала задания скорости принять ступенчатое воздействие. На выходе регуляторов тока якоря и скорости двигателя установить нелинейные звенья типа «ограничение», принять максимально допустимые уровни сигналов этих звеньев ±10 В. В качестве тестового сигнала изменения нагрузки на валу также принять ступенчатое воздействие. На выходе модели установить виртуальный осциллограф. Для наблюдения динамики не только скорости, но и иных координат снабдить осциллограф необходимым числом входов.
5.Промоделировать режим ступенчатого задания скорости «в малом». Сохранить результат моделирования.
51
6.Промоделировать режим ступенчатого задания нагрузки на валу двигателя в пределах номинального значения тока якоря (см. табл. 2.1). Сохранить результат моделирования.
7.Промоделировать реакцию системы на одновременное задание скорости по п. 5 и нагрузки по п. 6, реализовав принцип суперпозиции сигналов. Сохранить результат моделирования.
8.Промоделировать режим ступенчатого задания скорости «в большом», задав номинальное значение скорости (см. табл. 2.1). Сохранить результат моделирования.
Примечание: преподаватель при необходимости может изменить моделируемые режимы СУЭП.
9.Составить отчет о лабораторной работе.
Содержание отчета:
1.Титульный лист, отвечающий требованиям к оформлению лабораторных работ, представленным на сайте кафедры МСА.
2.Задание в форме структурной схемы (см. рис. 2.12) и номера варианта параметров ЭМОУ (см. табл. 2.1).
3.Результаты структурно-параметрического синтеза контуров регулирования СУЭП с применением типовой методики настройки контура регулирования тока якоря на технический оптимум, а скорости двигателя – на симметричныйоптимум.
4.Имитационная модель двукратно интегрирующей СУЭП
всреде«Matlab/Simulink».
5.Результаты моделирования (см. пункты 5–8), представленные в форме графиков переходных процессов при ступенчатых задающихивозмущающихвоздействиях.
6.Выводы по результатам моделирования.
Контрольные вопросы
1.Подчиненное регулирование координат электропривода
иего основные принципы.
2.Типовые настройки регулирования контуров СУЭП и прямыеоценки качествадлякаждой изнастроек.
52
3.Эквивалентная малая постоянная времени контура регулирования и ее расчет.
4.Этапы типовой методики структурно-параметрического синтеза контуров регулирования СУЭП.
5.Результаты моделирования СУЭП при приложении ступенчатого задающего воздействия и их сравнение с теоретическими прямыми показателями качества регулирования скорости.
6.Результаты моделирования СУЭП при приложении ступенчатого возмущающего воздействия «в малом» и их сравнение с теоретическимипрямымипоказателямикачествастабилизациискорости.
7.Астатическая по нагрузке СУЭП и приблизительная оценка величины динамическогопровала скоростипри набросенагрузки.
8.Принцип суперпозиции и результаты моделирования при одновременном приложении задающего и возмущающего воздействий.
9.Результаты моделирования СУЭП при приложении ступенчатого задающего воздействия «в большом» и приближенный расчет времени пуска электропривода до номинальной скорости.
Лабораторная работа № 9 Синтез и анализ микропроцессорных систем регулирования скорости с регуляторами
состояния с применением ПК
Цель работы – ознакомление студентов с методикой синтеза финитных микропроцессорных СУЭП, а также формирование у студентов умений и навыков работы с программой «Исследование САУ» при синтезе и анализе СУЭП.
Краткие теоретические сведения и описание работы
Многие САУ относятся к классу систем, функционирующих в режимах малых отклонений переменных: систем стабилизации той или иной технологической координаты (скорости вращения или перемещения рабочего органа, температуры, давления, натя-
53