Автоматизация электропривода поперечной подачи токарно-винторезного станка

Дипломная работа - Разное

Другие дипломы по предмету Разное

ном зазоре, мгновенных значениях токов статора и скорости ротора двигателя [6]. Для этого в начале рассмотрим математическое описание асинхронного 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 потокосцеплений. Для синтеза системы переменные преобразуются к координатной системе (х, у), вращающейся со скоростью потокосцепления 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 потокосцепления статора по осям x, y;

- потокосцепление ротора;

- частота вращения напряжения статора;

, - угловая скорость ротора; - число пар полюсов.

 

Выражения потокосцеплений имеют вид:

 

(5.4)

 

Выразим из системы (5.4) составляющие тока ротора и потокосцепления 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 Расчёт параметров объекта управления

 

Определим численные значения параметров двигателя используя методику, изложенную в пособии [3].

Рассчитаем базовое сопротивление:

 

 

Рассчитаем 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.

 

Рисунок 5.1 - Математическая модель автоматизированного электропривода

 

Необходимыми элементами системы управления, в соответствии с функциональной 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.

Рассчитаем 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 рассчитываем по формуле:

 

,

(5.13)

 

Передаточную функцию контура скорости получаем при настройке на симметричный оптимум в виде:

 

,(5.14)

,(5.15)

.

6. РАСЧЁТ 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 программног