Розрахунок реґулятора контуру швидкості

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Об'єктом реґулювання для контуру швидкості є оптимізований контур струму й ланка, що описує механічний опір двигуна (рис. 4.5).

Рисунок 4.6 - Структурна схема контуру швидкості з оптимізованим контуром струму

Залежно від вимог до електропривода застосовують П та ПІ-реґулятори швидкості. При цьому П-реґулятор в порівнянні з ПІ-реґулятором забезпечує достатньо малий час реґулювання, проте внаслідок статизму системи з П-реґуляторами не забезпечують широкого діапазону реґулювання швидкості.

Розрахунок реґулятора швидкості проводимо за аналогією з розрахунком реґулятора струму і налагоджуємо на модульний оптимум.

Бажана передавальна функція розімкненої системи (рис. 4.6) має вигляд:

, (4.9)

де - мала некомпенсована стала часу контуру швидкості.

Значення ,тому:

Передавальна функція реґулятора швидкості матиме вигляд:

де - електромеханічна стала часу двигуна; - момент інерції системи; - момент інерції двигуна; - номінальний момент навантаження, Нм.

Номінальний момент навантаження розраховують за паспортними даними двигуна (номінальною потужністю на валу двигуна та номінальною кутовою швидкістю ):

, (4.10)

де ; - номінальна частота обертання, об/хв.

Для захисту двигуна при перевантаженнях або стопорінні, різких коливаннях напруги в системах підпорядкованого реґулювання обмежують вихідний сигнал реґуляторів. Технічно це реалізовується введенням у ланцюг зворотного зв’язку, наприклад, стабілітрона. У цьому разі вихідна напруга обмежується напругою пробою стабілітрона. На структурній схемі це враховується за допомогою нелінійної ланки типу «насичення».

Під час розв’язування задач на дослідження роботи систем кепування ЕП важливим є знання механічних властивостей приводного двигуна й технологічного механізму. Встановлення механічних властивостей та особливостей наведених ланок ЕП можливе під час вивчення й аналізу їх механічних характеристик , що являють собою залежності, відтворюючі зв’язок між моментом та швидкістю.

Промислові механізми характеризуються різними механічними властивостями та мають різноманітні механічні характеристики. Для більшості технологічних механізмів характеристики можуть бути аналітично описані за допомогою узагальненої формули Бланка [4]:

(4.11)

де - момент опору механізму при поточній і номінальній частоті обертання відповідно; - момент неробочого ходу машини (момент тертя в рухомих частинах), що не залежить від частоти обертання; p - показник ступеня, що характеризує зміну моменту при зміні швидкості.

Реальні механічні характеристики більшості технологічних механізмів значно відрізняються від ідеалізованих типових характеристик, отриманих за допомогою емпіричної формули Бланка (4.11). В експлуатаційних умовах залежність має додаткову складову , яка є функцією кута повороту вала та визначається часом , протягом якого аґреґат знаходиться в нерухомому стані, властивостями мастила , температурою навколишнього середовища , характеристиками робочого тіла тощо:

, (4.12)

де - коефіцієнт, що враховує режим роботи механізму.

Механічна характеристика механізму може бути апроксимована виразом:

, (4.13)

де - кут повороту вала; - коефіцієнт, що характеризує параметри середовища, - значення моменту рушання при .

Крім названих (найбільш широко поширених), слід зазначити механізми, механічна характеристика яких залежить від кута повороту кривошипа і має вигляд:

, (4.12)

де - максимальний момент.

У табл. 4.1 наведений математичний опис й вид механічних характеристик деяких промислових технологічних механізмів.

На рис. 4.8-4.11 показані результати моделювання двоконтурної замкненої системи ТП-ДПС н.з підпорядкованого реґулювання, структурна схема якої наведена на рис. 4.7. Каталожні дані ДПС: , , , , . Розрахункові параметри лінеаризованої моделі ДПС мають наступні значення: , , , .

Таблиця - 4.1 Механічні характеристики технологічних механізмів

Вигляд механічної характеристики	Математичний опис та тип механізму
	Лінійна характеристика, наприклад, ґенератора постійного струму з незалежним збудженням, що працює на резистор: , де , - номінальний момент опору, Нм; - поточна і номінальна кутові швидкості, с^-1.
	Вентиляторна характеристика: , де - момент неробочого ходу машини, Нм; - момент рушання при куті повороту вала , Нм; - коефіцієнт, що характеризує параметри середовища, рад^-1; - показник ступеня, що залежить від типу механізму ( - для вентиляторів; - для турбокомпресорів; - для насосів, причому значення p залежить від протитиску мережі; - для дробарок, млинів).
	Нелінійно-спадна характеристика металорізальних верстатів, моталок: , де ; .
	Циклічна характеристика кривошипно-шатунних механізмів: поршневих насосів, ткацьких верстатів, кермового привода: , де ; - максимальний момент, Нм; - кут повороту кривошипа, рад.

Рисунок 4.7 - Структурна схема двоконтурної замкненої системи підпорядкованого регулювання в пакеті Matlab

Рисунок 4.8 - Результати моделювання пуску ДПС н.з. на повну напругу задання з реактивним моментом М_с=0 (криві 1, 2, 3) і М_с= М_сн (4, 5, 6, 7):

1, 4 - графіки зміни кутової швидкості w(t); 2, 5 - графіки зміни струму I(t);

3, 6 - графіки зміни електромагнітного моменту двигуна M(t);

7, 8 - графік зміни моменту опору механізму M_с(t)

Рисунок 4.9 - Результати моделювання пуску ДПС н.з. при зниженій удвічі напрузі задання з моментом навантаження М_с=M_сн та її збільшенні до номінального рівня після переходу в сталий режим:

1 - w(t); 2 - I(t); 3 - M(t)

Рисунок 4.10 - Результати моделювання пуску ДПС н.з. на повну напругу задання з моментом навантаження М_с=0.5M_сн й збільшенні його до рівня М_с=M_сн після переходу в сталий режим:

1 - w(t); 2 - I(t); 3 - M(t); 4 - M_c(t)

Рисунок 4.11 - Механічні характеристики замкнутої системи ТП-ДПС підпорядкованого регулювання з навантаженням на валу, що дорівнює М_с=0.5M_сн(криві 1,2) і М_с=M_сн(криві 3,4):

1, 3 - M_с(t); 2, 4 - M(t)

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ

1. Зробити попередній розрахунок параметрів ДПС та регуляторів САК за індивідуальним варіантом. Параметри ДПС взяти з табл. 3.1 (лабораторна робота №3).

2. Використовуючи структурну схему (рис. 4.7), виконати моделювання на ЕОМ режимів пуску ДПС н.з. при вмиканні на повну напругу задання з реактивним моментом, що дорівнює М_с=0 та М_с=М_сн. Момент статичний взяти згідно з варіантом (табл. 4.2). Відобразити у звіті графіки перехідних процесів w(t), M(t), M_c(t), I(t) (бажано в одній системі координат).

3. Провести дослідження пуску ДПС при зниженій удвічі напрузі завдання та реактивному моменті навантаження М_с=М_сн. Після досягнення сталого режиму напругу збільшити до максимального рівня U_зmax. Відобразити у звіті графіки перехідних процесів w(t), M(t), I(t) (бажано в одній системі координат).

4. Провести дослідження пуску ДПС на повну напругу задання, при реактивному моменті навантаження М_с=0.5М_сн. Після переходу машини у сталий режим збільшити момент навантаження до значення М_с=М_сн. Відобразити у звіті графіки перехідних процесів w(t), M(t), M_c(t), I(t) (бажано в одній системі координат). Використовуючи команду plot(M_c,w,M,w) навести механічні характеристики системи ТП-ДПС з навантаженням на валу М_с=0.5М_сн і М_с=М_сн.

5. Обчислити показники якості (перереґулювання і час реґулювання) в системі підпорядкованого регулювання ТП-ДПС. Зробити порівняльний аналіз отриманих показників якості для розімкнутої (див. результати лабораторної роботи №3) і замкнутої систем.

Таблиця 4.2 - Варіанти механічних характеристик технологічних механізмів

№	Тип механічної характеристики і її параметри
	Лінійна,
	Вентиляторна, p=2,
	Нелінійно-спадна,
	Вентиляторна, p=3,
	Вентиляторна, p=5,
	Циклічна,
	Нелінійно-спадна,
	Вентиляторна, p=7,
	Нелінійно-спадна,
	Циклічна,