Автоматизация электропривода буровой установки
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
nduction Motor Drive:
Субсистема Demux:
В результате моделирования получаем следующие характеристики системы ПЧ-АД:
ПИД-регулятор обеспечивает заданную скорость на исполнительном механизме (двигателе), независимую от действующей на него постоянной или медленно изменяющейся нагрузки.
ПИД-регулятор - пропорционально-интергально-дифференциальный регулятор. ПИД-регулятор состоит соответственно из пропорционального (Кп), интегрального (Ки/s) и дифференциального (Кдs) звена, у каждого из них свой коэффициент усиления. Структурная схема системы управления с ПИД-регулятором:
Здесь: s - оператор Лапласа (иногда его обозначают, как p). Если абстрагироваться от преобразований Лапласа, то записи Кп, Ки/s и Кдs следует воспринимать, лишь как обозначения соответствующего звена, а не как к математическому выражению. И уж точно не стоит искать значение s, потому что, как уже было сказано, это оператор, а не переменная.
В системе с ПИД-регулятором реальная скорость V(t) двигателя измеряется с помощью датчика.
На вход системы поступает заданное значение скорости Vзад(t) в тех же единицах, что и реальная скорость.
Сумматор обратной связи вычитает из сигнала задания на скорость Vзад(t) сигнал реальной скорости V(t) и формирует на выходе сигнал ошибки e(t):
Сигнал ошибки поступает на пропорциональное, интегральное и дифференциальное звенья ПИД-регулятора.
Пропорциональное звено производит умножение сигнала ошибки e на коэффициент Kп и формирует выходной сигнал yп.
Интегральное звено производит интегрирование сигнала e(t) по времени, умножает на коэффициент Kи и формирует выходной сигнал yи.
Дифференциальное звено производит дифференцирование сигнала ошибки по времени e(t), умножения результата на число Kд и формирование выходного сигнала yд.
Сумматор ПИД-регулятора суммирует сигналы yп(t), yи(t) и yд(t) и формирует выходной сигнал y(t):
ШИМ и силовой ключ предназначены для передачи на двигатель рассчитанного выходного сигнала y(t).
Расчет коэффициентов ПИД-регулятора
ПИД-регулятор характеризуется тремя коэффициентами Kп, Kи и Кд. Для расчета этих коэффициентов необходимо знать параметры объекта управления, в данном случае двигателя.
Структура и параметры объекта управления
С точки зрения теории автоматического управления двигатель приближенно описывается: двумя апериодическими звеньями с электрической постоянной времени Tэ и механической постоянной времени Тм. Общий коэффициент усиления двигателя Kдв. На самом деле, структурная схема двигателя намного сложнее, но нам это в данном случае не так важно.
Структурная схема двигателя с точки зрения теории автоматического управления:
Передаточная функция двигателя, записанная через оператор Лапласа s, следующая:
Коэффициент усиления двигателя Kдв определяет пропорциональность между скоростью вращения вала двигателя на холостых оборотах и поданным на вход напряжением. Проще говоря, коэффициент равен отношению скорости холостого хода Vхх и номинального напряжения двигателя Uн.
Напряжение на двигателе в микропроцессорной технике задается в условных единицах напряжения, а скорость снимается в условных единицах скорости.
Если для формирования напряжения на двигателе используется 7-битный ШИМ, то для расчета Kдв величина номинального напряжения равна 128 условных единиц напряжения.
Скорость холостого хода wхх, заданную в паспортных данных двигателя, следует перечитать в условные единицы скорости Vхх, определяемые способом реализации датчика скорости.
Например, пусть для измерения скорости используется инкрементный датчик, расположенный на валу двигателя, и имеющий 512 меток на оборот. Пусть скорость в условных единицах измеряется как количество меток за такт расчета Dt. Пусть такт расчета, полученный путем оценки производительности алгоритма будет равен 0.001 сек. Пусть скорость холостого хода двигателя wхх=1500 об/мин.
Переведем обороты двигателя в метки датчика, получаем: 1500x512 = 768000 меток/мин. Переведем минуты в такты расчета:
Механическая постоянная времени Тм зависит от момента инерции вала двигателя, редуктора, инерции исполнительного устройства. Подсчитать ее значение аналитическим способом обычно не представляется возможным. Поэтому ее измеряют экспериментально.
Для этого на двигатель при его номинальной нагрузки скачком подают максимальное напряжение и снимают переходной процесс изменения скорости V(t).
По графику переходного процесса можно определить, во-первых, скорость холостого хода Vхх, а во-вторых, время регулирования tр. Время регулирования определяется временем окончания переходного процесса (время, когда кривая переходного процесса отличается меньше чем на 1% от установившегося значения).
Известно, что время апериодического переходного процесса в пять раз длиннее его постоянной времени. Т.е.:
Отсюда для нашего случая получаем:
В нашем случае время регулирования tр, судя по графику, равно 1.8 сек. Тогда механическая постоянная времени Tм = 1.8/5 = 0.36 сек.
Таким образом, построив график переходного процесса, мы находим механическую постоянную времени Tм
Чтобы рассчитать коэффициенты ПИД-регулятора следу