Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Системы управления электроприводом

..pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
2.11 Mб
Скачать

4.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