Учебная работа № 3496. Разработка системы управления двигателя постоянного тока

Учебная работа № 3496. Разработка системы управления двигателя постоянного тока

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:

,

,

Учебная работа № 3496. Разработка системы управления двигателя постоянного тока