СИНТЕЗ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ РЕГУЛЯТОРОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Выбор некомпенсируемой постоянной времени.
Величина Тμ является "базовой" при расчете СПР, для которых характерно, что динамические свойства системы не зависит от параметров объекта регулирования и определяется только величиной постоянной времени Тμ фильтра, установленного на выходе регулирующей части системы управления. Таким образом, в стандартных системах регулирования величина Тμ является единственным средством воздействия на систему управления.
С одной стороны уменьшение Тμ приводит к увеличению быстродействия и снижению статической и динамической ошибок по скорости при приложении внешних возмущающих воздействий, с другой стороны величина этой постоянной времени должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить высокую помехозащищенность системы, ограничение тока якоря на допустимом уровне и устойчивость работы САУ с учетом дискретность тиристорного преобразователя.
Следовательно, фильтр с постоянной времени Тμ должен реально присутствовать в САУ электроприводом.
В реальных САУ с подчиненным регулированием параметров величина Тμ лежит в пределах 0,004-0,01 с.
Для нашей системы выберем Тμ = 0,01 с.
Расчет контура регулирования тока якоря.
Контур регулирования тока якоря является внутренним контуром САУ электроприводом. Он образуется регулятором тока, фильтром с постоянной времени Тμ, тиристорным преобразователем, якорной цепью и обратной связью по току через датчик тока. В объекте управления имеет место внутренняя обратная связь по ЭДС якоря двигателя. Структурная схема контура тока представлена на рис. 7.1.
|
|
|
Рис. 7.1. Структурная схема контура тока.
При синтезе регулятора внутренняя обратная связь по ЭДС не учитывается.
Передаточная функция регулятора тока, найденная по условию настройки на модульный оптимум:
,
где Тi1 = Tэ = 0,0901 с;
с.
При выборе данной передаточной функции регулятора тока замкнутый контур тока будет описываться передаточной функцией фильтра Баттерворта II порядка
Компенсация влияния ЭДС якоря двигателя.
Действие ЭДС якоря приводит к погрешности регулирования тока. Появляется астатизм контура по задающему воздействию. При единичном задании на ток статическая ошибка составит
,
где Ti = 2·Tμ = 2·0,01 = 0,02 c.
Статическая ошибка по току оказывается существенной, поэтому пренебречь влиянием обратной связи по ЭДС нельзя. Для компенсации влияния ЭДС якоря используют принцип комбинированного управления. В систему управления вводится положительная обратная связь по ЭДС. Для удобства технической реализации эта обратная связь подается на вход регулятора тока, а фильтр выносится из контура в цепь задания и обратной связи по току. Структурная схема контура тока с компенсирующей связью по ЭДС представлена на рис. 7.2.
|
|
|
Рис. 7.2. Структурная схема контура регулирования тока якоря с компенсирующей связью по ЭДС.
Передаточная функция звена компенсации ЭДС будет иметь вид
,
где c, Tк2 = Tэ = 0,06 c.
ЭДС якоря двигателя, в отличие от тока якоря и скорости, недоступна для прямого измерения. Датчик косвенного измерения ЭДС якоря использует сигналы датчика тока якоря и датчика напряжения на якоре двигателя. Связь между током якоря, напряжением якоря и ЭДС якоря устанавливает уравнение электрического состояния равновесия в якорной цепи. В операторном виде оно имеет вид
,
где c.
Выразив ЭДС, получим уравнение датчика. Структурная схема датчика тока приведена ниже. Для возможности практической реализации форсирующего звена и защиты системы от помех в сигналах датчиков в канале тока и напряжения датчика ЭДС добавлено инерционное звено с постоянной времени Тμ. Таким образом реальный датчик ЭДС будет инерционным.
Рис. 7.3. Реализация датчика ЭДС.
|
|
|
Расчет контура регулирования скорости.
Согласно требованиям, предъявляемым к электроприводу, система регулирования скорости выполняется двухкратной. Структурная схема контура скорости представлена на рис. 7.2. Контур регулирования тока настроен на модульный оптимум с наличием компенсации по ЭДС якоря - рассматриваем как фильтр Баттерворта II порядка.
Контур скорости образуется регулятором скорости, контуром регулирования тока якоря, звеном умножения на поток, звеном механической части привода и обратной связью по скорости через датчик скорости. На объект действует возмущающее воздействие - момент статического сопротивления.
Рис. 7.2. Структурная схема контура регулирования скорости.
В двухкратной САР скорости, по условия настройки на симметричный оптимум, регулятор скорости имеет передаточную функцию пропорционально-интегрального звена
,
где Tω = 4·Tμ = 4·0,01 = 0,04 c, Tω' = 8·Tμ = 8·0,01 = 0,08 c, φ = 1, так как Ф = ФN = const.
.
Передаточная функция замкнутого контура скорости при настройке на симметричный оптимум представляет собой фильтр Баттерворта IV порядка.
.
Задатчик интенсивности устанавливается на входе САР скорости и предназначен для формирования сигнала задания на скорость. Задатчик интенсивности ограничивает темп нарастания снижения задания на скорость и тем самым обеспечивает, чтобы ускорение и динамический момент электропривода не превышали допустимых значений. Структурная схема задатчика интенсивности представлена на рис. 7.3.
|
|
|
Рис. 7.3. Структурная схема задатчика интенсивности.
Темп задатчика интенсивности представляет собой величину ускорения электропривода в относительных единицах
,
где ε = 32,99 рад/с2 - ускорение двигателя при пуске.
c-1.
Принимаем постоянную времени интегратора Ти = 0,2 с. При этом величина ограничения нелинейного элемента составит:
= 1·0,2 = 0,200
В абсолютных единицах ограничение соответствует 11 В.
8.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Моделирование как метода анализа проводится с целью оценки соответствия показателей качества проектируемой СУЭП техническому заданию.
Будем осуществлять цифровое моделирование на ЭВМ в пакете программ MATLAB R12. На рис. 8.1 показана структурная схема объекта моделирования с системой управления.
Рис. 8.1. Структурная схема САР скорости.
На рис. 8.2. представлен переходный процесс при моделировании по структурной схеме 8.1. Возмущающее воздействие принято равным 1.
9.
ВЫБОР ТИПОВЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ
Типовые средства управления выбираем из унифицированной блочной системы регуляторов на интегральных компонентах (система УБСР-АИ). Аналоговые регуляторы системы УБСР-АИ выполнены в виде блоков унифицированной конструкции, набранных из ячеек печатного монтажа.
Для системы управления главного привода продольно-строгального станка выбираем блок регулятора скорости БР2-АИ, который содержит следующие типы ячеек: ФВ-2АИ, ЗИ-2АИ, Ф1-АИ, С1-АИ, У2-АИ, У4-АИ.
Ячейка ФВ-2АИ предназначена для преобразования сигналов переменного тока в напряжение постоянного тока с различной полярностью.
Ячейка задатчика интенсивности ЗИ-2АИ предназначена для преобразования ступенчатого изменения входного напряжения постоянного тока в линейно-зависимое от времени выходное напряжение, являющееся заданием регулируемого параметра.
Ячейка фильтров Ф2-АИ применяется для построения Т-образных фильтров в сочетании с резисторами ячейки связи С2-АИ и содержит в себе набор конденсаторов различной емкости.
Ячейка связи С1-АИ предназначена для размещения элементов входных цепей и цепей обратных связей операционных усилителей при построении различного рода регуляторов.
Ячейки операционных усилителей У2-АИ содержат два интегральных усилителя К1УТ402А многоцелевого назначения, схему регулируемого и нерегулируемого ограничения, а также элементы входных цепей и цепей обратных связей усилителей. Ячейка является основным элементом при построении различного рода регуляторов.
Ячейка операционных усилителей У4-АИ имеет такое же назначение и исполнение, как ячейка У2-АИ, но каждый интегральный усилитель дополнительно снабжен в обратной связи бесконтактной ключевой схемой с использованием полевых транзисторов, с помощью которых при подаче команды осуществляется приведение к нулю выходного сигнала усилителей.
Основные параметры операционных усилителей серии К553УД2
1) максимальное выходное напряжение - Uоу.max = ±11 В;
2) входное сопротивление - Rвх = 400 кОм;
) коэффициент усиления по напряжению - ku = 5000;
) ток ограничения максимальный - |Iогр|max = 2·10-6 А.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 222; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!