Разработка системы управления двигателя постоянного тока (150731)

Посмотреть архив целиком

1


Содержание


Введение…………………………….…………………………………..................2

1. Определение параметров и структуры объекта управления.….…………….3

2. Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления……………………………………………………………………...…7

3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества…………………………………………………………………………..16

4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов.23

Список литературы.………………………………………….………………..…39



Введение


На современном этапе, характеризующемся приоритетным развитием машиностроения и автоматизации производства, автоматизированный электропривод сформировался как самостоятельное научное направление, в значительной степени определяющее прогресс в области техники и технологии, связанных с механическим движением, получаемым путем преобразования электрической энергии. Этим объясняется большой интерес специалистов к новым разработкам в данной отрасли техники и к ее научным проблемам.

Четко определился объект научного направления – система, отвечающая за управляемое электромеханическое преобразование энергии и включающая два взаимодействующих канала – силовой, состоящий из участка электрической сети, электрического, электромеханического, механического преобразователей, технологического рабочего органа, и информационный канал. В рамках данного курсового проекта рассматривается разработка информационного канала.



1. Определение параметров и структуры объекта управления


В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока независимого возбуждения с параметрами по табл. 10.11 [1, стр. 277]:


- номинальная мощность,

- номинальное напряжение питания обмотки возбуждения и якорной цепи,

- КПД,

- номинальная частота вращения,

- максимальная частота вращения,

- сопротивление обмотки якоря,

- сопротивление добавочных полюсов,

- индуктивность обмотки якоря,

- сопротивление обмотки возбуждения,

- момент инерции якоря.

- число пар полюсов.

- коэффициент инерционности механизма.


Данный ЭД предназначен для работы в широкорегулируемых электроприводах, соответствует , имеет защищенное исполнение, с независимой вентиляцией (асинхронный двигатель ).


Номинальная угловая скорость вращения



Максимальная угловая скорость вращения:



Номинальный ток якоря:



Суммарное сопротивление якорной цепи:



Произведение постоянной машины на номинальный поток:



Постоянная времени якорной цепи:



Номинальный момент:



Номинальный ток обмотки возбуждения:



Исходя из высоты оси вращения по табл. 1 [2, стр. 5]:


По рис. 4 [2, стр. 10]:



По рис. 2б [2, стр. 8]:

По табл. 2 [2, стр. 9] для класса изоляции :

По табл. 3 [2, стр. 10] для :

Окончательно получим:



По рис. 3 [2, стр. 9]:

Полюсное деление равно:



Число витков обмотки возбуждения [2, стр. 27]:

Номинальный магнитный поток:


Постоянная машины:



Коэффициент рассеяния [3, стр. 38]:

Индуктивность обмотки возбуждения:



Постоянная времени обмотки возбуждения:



Постоянная времени обмотки возбуждения:



Суммарный момент инерции механизма:



Так же объёкт управления содержит возбуждения и напряжения якоря, частота коммутации которых:

Постоянная времени преобразователей равна:


Так как и представим преобразователи в виде пропорциональных звеньев, откуда с учетом диапазона стандартных управляющих сигналов () имеем и максимальной скважности () получим:



2. Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления


Объект управления описывается следующими уравнениями [3, стр.38-39]:



Выберем двухконтурную систему управления скорости с внутренним контуром потока (рис. 1).


Рис. 1. Двухконтурная система регулирования скорости.


Универсальная кривая намагничивания представлена на рис. 3.

Так как регулирование происходит изменением потока, минимальный поток будет при максимальной скорости:



Минимальный ток возбуждения (по рис. 3):



Рис. 3. Универсальная кривая намагничивания.


При этом коэффициент линеаризации кривой намагничивания лежит в диапазоне:



Максимальная постоянная времени потока:



Коэффициент форсирования тока возбуждения [4, стр. 559]:



Малая постоянная времени:



Желаемая передаточная функция замкнутого контура потока:



Желаемая передаточная функция разомкнутого контура потока:



Передаточная функция разомкнутого контура потока:



Коэффициент обратной связи по потоку:



Передаточная функция регулятора потока:



где



Коэффициент подлежит определению непрерывно, для чего контур потока будет модифицирован (рис. 4.).


Рис. 4. Модифицированный контур регулирования потока.


Коэффициент обратной связи по скорости:



Коэффициент обратной связи ЭДС:



Коэффициент обратной связи по току возбуждения:



Коэффициент нормализации



С учётом этого:



Внешний контур скорости представлен на рис. 5.


Рис. 5. Контур регулирования скорости.


Желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости:



Передаточная функция разомкнутого контура скорости:



Передаточная функция регулятора скорости



где



Так как нагрузка с постоянной мощностью изменяет знак и коэффициент подлежит определению непрерывно контур скорости также будет модифицирован (рис. 6.).


Рис. 6. Модифицированный контур регулирования скорости.


Коэффициент обратной связи по току якоря:



Отсюда следует:



Передаточная функция контура компенсирующего влияние нагрузки:



Коэффициент задания мощности нагрузки:



Откуда (с учётом принятых выше коэффициентов) имеем:



где



Структура системы управления стабилизатором напряжения в цепи якоря приведена на рис. 7.


Рис. 7. Контур управления напряжением якоря.


Здесь:



Структурная схема всей системы управления и объекта приведена на рис. 8.


Рис. 8. Структурная схема системы управления и объекта.



3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества


Модель объекта и системы управления в комплексе представлена на рис. 9.

Моделирование будем проводить по нижеследующему алгоритму:

Пуск на номинальную скорость -

максимальный скачёк задания -, (рис. 10 – рис. 14)

Проверка отработки задания


(рис. 15 – рис. 10)





Рис. 9. Модель объекта и систему управления.



Рис. 10. Зависимость

от времени.


Рис. 11. Зависимость и от времени.


Рис. 12. Зависимость

и от времени.


Рис. 13. Зависимость

и от времени.


Рис. 14. Зависимость

от времени.


Рис. 15. Зависимость от времени.


Рис. 16. Зависимость и от времени.


Рис. 17. Зависимость

от времени.


Рис. 18. Зависимость

и от времени.


Рис. 19. Зависимость

от времени.


Для технического оптимума:

-перерегулирование составляет:



-время нарастания:



По результатам моделирования:

-перерегулирование составляет:



-время нарастания:


Статическая ошибка отсутствует.

Отсюда можно сделать вывод:

динамика и статика спроектированной системы полностью удовлетворяет требованиям технического задания.


4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов


Обратная связь по скорости.


Рис. 20. Обратная связь по скорости.


Схема обратной связи по скорости представлена на рис. 20, здесь:

-фильтр коллекторных пульсаций тахогенератора с :


- ,

-


-цепь защиты от обрыва обратной связи:

- с параметрами

- максимальный прямой ток,

- прямое напряжение,

- максимальное обратное напряжение,

- ёмкость диода,

- максимальная рабочая частота;

-тахогенератор встроенный в двигатель:



-коэффициент усиления схемы:


,

,

- ,

;


-усилительный элемент:

- с параметрами

- напряжение питания,

- максимальное выходное напряжение,

- входной ток,

- коэффициент нарастания напряжения,

- коэффициент усиления по напряжению,

- максимальная рабочая частота;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя:


- ,


Обратная связь по току якоря.



Рис. 21. Обратная связь по току якоря.


Схема обратной связи по току якоря представлена на рис. 21, здесь:

-фильтр пульсаций с :


- ,

- ;


-датчик тока:

- с параметрами :

- номинальный входной ток,

- напряжение питания,

- сопротивление нагрузки,

- коэффициент датчика тока;

-коэффициент усиления схемы:


- ,

-,


-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: - .

Обратная связь по току возбуждения.


Рис. 22. Обратная связь по току возбуждения.


Схема обратной связи по току возбуждения представлена на рис. 22, здесь:

-фильтр пульсаций с :


- ,

- ;


-датчик тока:

- с параметрами

- номинальный входной ток,

- напряжение питания,

- сопротивление нагрузки,

- коэффициент датчика тока;

-коэффициент усиления схемы:


,

- ,

,


-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: - .

Обратная связь по ЭДС.



Рис. 23. Обратная связь по ЭДС.


Схема обратной связи по ЭДС представлена на рис. 23, здесь:

-фильтр пульсаций с :


- ,

- ;


-датчик напряжения:

- с параметрами :

- номинальный входной ток,

- напряжение питания,

- сопротивление нагрузки,

- коэффициент датчика напряжения;

-коэффициент усиления схемы:


- ,

-,

-,


-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: -

Обратная связь по потоку.