Анализ технологического процесса промышленной установки и формулирование требований к автоматизированному электроприводу
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?го двигателя. При этом используем следующие упрощающие допущения:
трёхфазная система симметрична;
-воздушный зазор является равномерным;
магнитная система машины не насыщена.
Для синтеза системы векторного управления фазные величины трёхфазной машины преобразуют к соответствующим величинам эквивалентной двухфазной машины. В ортогональных неподвижных координатных осях , вместо трёх фазных величин получим две проекции вектора на координатные оси:
(5.1)
Аналогичное преобразование выполняется для токов и потокоiеплений. Для синтеза системы переменные преобразуются к координатной системе (х, у), вращающейся со скоростью потокоiепления ротора ?0:
(5.2)
В этих координатах электромагнитные процессы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором описываются системой дифференциальных уравнений:
(5.3)
где первые два уравнения записаны для статорной, а вторые два - для роторной цепи;
- сопротивления фазных обмоток статора и ротора;
- составляющие потокоiепления статора по осям x, y;
- потокоiепление ротора;
- частота вращения напряжения статора;
, - угловая скорость ротора; - число пар полюсов.
Выражения потокоiеплений имеют вид:
(5.4)
Выразим из системы (5.4) составляющие тока ротора и потокоiепления статора:
(5.5)
где - эквивалентная индуктивность, которая определяется следующим образом:
.(5.6)
После преобразований системы (5.2) с учётом (5.5) получим:
(5.7)
где - эквивалентное сопротивление, которое определяется как:
(5.8)
Синхронная частота удовлетворяет выражению:
(5.9)
Скорость вращения координатной системы, используемая для координатных преобразований,
.
Электромагнитный момент определяется выражением:
(5.10)
(5.11)
Скорость ротора удовлетворяет дифференциальному выражению:
(5.12)
.3 Раiёт параметров объекта управления
Определим численные значения параметров двигателя используя методику, изложенную в пособии [3].
Расiитаем базовое сопротивление:
Расiитаем сопротивления двигателя в абсолютных значениях:
активное сопротивление статорной обмотки
активное сопротивление ротора
сопротивление рассеяния статора
,
сопротивление рассеяния ротора
,
индуктивное сопротивление взаимоиндукции
.
Индуктивность рассеяния статора:
Индуктивность рассеяния ротора:
Индуктивность взаимоиндукции статора и ротора:
Найдем соответствующие индуктивности для системы уравнений (5.4):
Определим эквивалентные сопротивление и индуктивность:
Определяем постоянные времени:
Конструктивная постоянная момента:
5.4 Определение структуры и параметров управляющего устройства:
Структура векторного управления асинхронным двигателем, описывается в соответствии с выражениями (5.1) - (5.12), используя эти уравнения составим математическую модель автоматизированного электропривода.
Асинхронный двигатель, мостовой выпрямитель, АИН будут использоваться в модели как готовые блоки библиотеки Matlab Simulink, поэтому их структура никак не описывается.
Необходимыми элементами системы управления, в соответствии iункциональной схемой автоматизированного электропривода являются управляемый преобразователь энергии, регуляторы основных координат электропривода, датчики обратных связей, преобразователи координат.
В настоящее время наибольшее распространение получили автономные инверторы напряжения на базе транзисторных силовых ключей. Управление частотой, амплитудой и фазой напряжения на двигателе выполняется посредством широтно-импульсной модуляции синусоидальных напряжений фаз.
Расiитаем необходимые параметры объекта управления [8]:
,
,
В математической модели используется П-регулятор положения и ПИ-регулятор скорости, так как совместно они дают высокую точность позиционирования и хорошие переходные процессы.
Запишем передаточную функцию для регулятора положения:
,
где - , , а постоянную времени интегрирования расiитываем по формуле:
,
(5.13)
Передаточную функцию контура скорости получаем при настройке на симметричный оптимум в виде:
,(5.14)
,(5.15)
.
6. РАiЁТ И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
.1 Разработка имитационной модели электропривода
На основе функциональной схемы автоматизированного электропривода, математического описания объекта и системы управления, которое представлено в разделе 5, с помощью пакета MATLAB/Simulink разработаем программу для компьютерного моделирования автоматизированного электропривода поперечного движения токарно-винторезного станка 16А20Ф3. В качестве программного обеспечения возьмем программу Matlab 6.5 с библиотекой simulink, где имеются все необходимые для моделирования блоки. Покажем имитационную модель векторного управления, которая взята из demo примеров - AC Motor Drive Vector