Разработка системы управления электроприводом лифта
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ется функциональной частью схемы. С его помощью происходит управление входным сигналом электропривода и задание режимов работы. Далее сигнал идет на двигатель постоянного тока, который приводит в движение барабан с тросом, и поднимает(опускает) кабину лифта.
В схеме присутствуют три обратные связи:
по току с отсечкой;
по перемещению кабины лифта;
по скорости вращения ротора двигателя.
Для контроля перемещения кабины лифта можно использовать фотоэлектрический датчик перемещений. Датчики такого типа позволяют контролировать перемещения на любые расстояния.
Для контроля скорости вращения ротора можно использовать тахогенератор. Он измеряет угловую скорость ротора и подает эту величину со знаком минус на ПИД-регулятор, что приводит к изменению управляющего сигнала и стабилизации скорости вращения ротора.
Для контроля величины тока якорной обмотки используется обратная связь по току с отсечкой. С ее помощью обрезаются большие пусковые токи, что уменьшает вероятность поломки двигателя из-за высокого значения входного тока.
2.2 Синтез математической модели объекта
Рассмотрим физику процесса перемещения кабины лифта.
Составим уравнение, используя второй закон Ньютона
? F(t)=m(t)a(t)(2.1)
где;
,
g - ускорение свободного падения, g=9.81 м/с2.
;
ml - масса кабины лифта, ml=450 кг;
mnm - масса погонного метра троса, mnm=8 (кг/м);
Fg(t) - сила, развиваемая двигателем, ;
- сила трения в подшипниках, ;
- момент двигателя;
- радиус барабана, м;
- коэффициент трения в подшипниках, .
Тогда дифференциальное уравнение системы будет иметь вид:
(2.2)
Преобразуем это уравнение в более удобный вид и построим его визуальную модель в среде Simulink.
(2.3)
Рисунок 2.2 - визуальная модель дифференциального уравнения системы.
2.3 Расчет параметров ДПТ
Сопротивление обмотки якоря определяется по закону Ома для участка цепи:
(2.4)
(Ом)
Индуктивность обмотки якоря:
(2.5)
(Гн)
Индуктивность обмотки возбуждения:
(2.6)
(Гн)
Взаимная индуктивность между цепью якоря и цепью обмотки возбуждения:
(2.7)
(Гн)
Потери мощности ДПТ складываются из механических потерь и электромагнитных потерь.
Механические потери определяются от номинальной мощности ДПТ:
(2.8)
(Вт)
Коэффициент вязкого трения:
(2.9)
Коэффициент сухого трения:
(2.10)
2.4 Построение в MatLab релейной схемы управления
Рисунок 2.3 - релейная схема управления электроприводом
Промоделировав полученную схему, мы получили:
Рисунок 2.4 - угловая скорость вращения ротора
Двигатель разгоняется до скорости 32 рад/сек за четыре этапа, время регулирования t=32 с.
Рисунок 2.5 - ток якоря
Пусковой ток за 32 секунды устанавливается в 24.7 А.
Рисунок 2.6 - график переходного процесса электропривода
Рисунок 2.7 - механическая характеристика ДПТ
Двигатель имеет четырехступенчатую механическую характеристику.
Рисунок 2.8 - механическая характеристика электропривода
2.5 Построение в MatLab схемы управления с регулированием по скорости
Рисунок 2.9 - схема управления электроприводом по скорости
Промоделировав полученную схему, мы получили:
Рисунок 2.10 - угловая скорость вращения ротора
Как и в прошлом методе регулирования, двигатель разгоняется до скорости 32 рад/сек. Время регулирования t=2 с.
Рисунок 2.11 - ток якоря
Ток якоря достигает установившегося значения 24.7 А за 2 секунды.
Рисунок 2.12 - график переходного процесса электропривода
Рисунок 2.13 - механическая характеристика ДПТ
Рисунок 2.14 - механическая характеристика электропривода
2.6 Построение в MatLab схемы управления с ПИД-регулятором
Рисунок 2.15 - схема управления электроприводом при помощи ПИД-регулятора
Промоделировав полученную схему, мы получили:
Рисунок 2.16 - угловая скорость вращения ротора
Двигатель с ПИД-регулятором разгоняется до скорости 1800 рад/сек за 20 секунд.
Рисунок 2.17 - ток якоря
Значение тока якоря составляет 1280 А.
Рисунок 2.18 - график переходного процесса электропривода.
Переходный процесс достигает установившегося режима за 15 секунд.
Рисунок 2.19 - механическая характеристика ДПТ
Рисунок 2.20 - механическая характеристика электропривода
2.7 Сравнительный анализ разработанных систем управления
КритерийРелейная системаРегулирование по скоростиПИД-регуляторСкорость вращения ротора, С-132.132.11777Ток якоря, А23.123.21282Момент вращения ротора, об/мин37.637.62080Время регулирования, с32220
Выводы
В данном курсовом проекте я разработал систему автоматического управления электроприводом грузового лифта с двигателем постоянного тока. Были разработано три системы управления: релейная система, система регулирования по скорости и система регулирования с ПИД-регулятором. Также были построены в среде Sim