Geum.ru

Темы курсового проекта «Разработка системы автоматического регулирования скорости двигателя постоянного тока»

Вид материалаДокументы

Содержание


1.3. Методические указания и рекомендации по проектированию
Подобный материал:

Темы курсового проекта

«Разработка системы автоматического регулирования

скорости двигателя постоянного тока»


1.1. Исходные данные:
  • Объект регулирования – двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. На валу двигателя установлен датчик скорости (тахогенератор) (см. рис. 1). Тахогенератор имеет выходное напряжение 10 В при номинальной скорости двигателя.

  • Двигатель питается от безынерционного полупроводникового преобразователя ППр с коэффициентом передачи (коэффициентом усиления) – .
  • Варианты параметров двигателя приведены в табл. 1.

Таблица 1

Вариант
Uдв.н, В
Iдв.н, А
nн, об/мин
Мн, Нм
J, кгм2
Rя, Ом
Lя, Гн
Pн, кВт

1
220
10,5
1000
16,1
0,057
1,9
0,025
1,9

2
220
13,2
1000
23,9
0,11
1,5
0,03
2,5

3
220
16,6
1000
31,6
0,13
1,2
0,024
3,3

4
220
24
1000
45,7
0,26
0,83
0,016
4,7

5
220
27
1000
51,6
0,307
0,74
0,015
5,4

6
220
20,6
1500
26,1
0,11
0,97
0,02
4,2

7
220
33,4
1000
60,8
0,104
0,474
0,0087
6,3

8
220
56
1500
65,7
0,104
0,109
0,0031
11

9
220
80,5
2360
64,7
0,104
0,075
0,0014
16

10
220
120
3150
72,6
0,104
0,041
0,0008
24

11
220
30
750
71,6
0,2
0,559
0,0109
5,6

12
220
41,7
1060
72,6
0,2
0,303
0,0061
8
  • Система автоматического регулирования САР должна быть двухконтурная с астатизмом 1-го или 2-го порядка.
  • Величина перерегулирования σ в линейной зоне при скачке управляющего сигнала не должна превышать 25 %.
  • Время регулирования .
  • Момент сопротивления на валу двигателя имеет реактивный характер. Его можно принять равным (0,8 ÷ 1) от номинального момента двигателя.
  • Управление производится от задатчика интенсивности или от потенциометра с максимальным выходным напряжением 10 В. Управляющий сигнал на входе ППр – 10 В при номинальном выходном напряжении 220 В.


1.2. Требуется:
  • разработать систему автоматического регулирования и нарисовать структурную схему электропривода;
  • рассчитать параметры регуляторов, исходя из заданной величины перерегулирования и времени регулирования, используя метод логарифмических частотных характеристик;
  • провести моделирование работы электропривода на ЭВМ в среде Matlab-Simulink и убедиться в правильности произведенных расчетов;
  • составить пояснительную записку, в которой привести:
  1. Описание электропривода, его электрическую схему.
  2. Структурную схему и ее преобразования к удобному для расчета виду.
  3. Логарифмические характеристики разомкнутых токового и скоростного контуров.
  4. Расчеты параметров регуляторов, величин перерегулирования, времени регулирования при скачке задающего сигнала.
  5. Осциллограммы скорости и тока якоря при пуске электропривода на номинальную скорость (при ограничении пускового тока на уровне 2Iн.), при скачке задающего сигнала, при котором ток не выходит за пределы токоограничения (по этой осциллограмме определяется время регулирования и величина перерегулирования), а также осциллограммы пуска при использовании задатчика интенсивности (при линейном нарастании задающего сигнала), когда в процессе пуска ток не превышает 1,5Iн.
  6. Необходимо также в установившемся режиме работы (при заданной постоянной скорости) провести сброс и наброс нагрузки, зарисовать осциллограммы «выброса» и «провала» скорости двигателя. Прокомментировать полученные результаты в пояснительной записке.


^ 1.3. Методические указания и рекомендации по проектированию
  • Дифференциальное уравнение якорной цепи ,

где ЭДС двигателя , а угловая скорость вращения вала связана с частотой вращения n формулой .
  • Дифференциальное уравнение механической части двигателя ,

где момент двигателя .
  • Коэффициент пропорциональности между током и моментом с для заданного двигателя находится как .
  • Коэффициент передачи тахогенератора определяется как .
  • САР должна содержать регулятор тока и регулятор скорости. Оба регулятора должны иметь ограничение максимального выходного сигнала на уровне 10 В

  • С учетом выше изложенного структурная схема электропривода примет вид (рис. 2).
  • Для упрощения синтеза САР можно на вход ППр ввести положительную связь по напряжению тахогенератора с целью компенсации отрицательной обратной связи по ЭДС двигателя. Коэффициент положительной обратной связи выбирается из условия , т. е. как .

П
ри таком коэффициенте положительной обратной связи по напряжению тахогенератора структурная схема упрощается и принимает вид, представленный на рис. 3. Получилась двухконтурная система регулирования.

Если регулятор тока выполнить в виде ПИ-регулятора с передаточной функцией и принять, что , то получим следующую передаточную функцию прямого канала токового контура . При этом передаточная функция замкнутого токового контура примет вид передаточной функции инерционного звена , где эквивалентная электрическая постоянная времени якорной цепи определяется формулой: .
  • Далее студентам предлагается самостоятельно нарисовать структурную схему скоростного контура и провести синтез САР по заданным требованиям. При этом необходимо воспользоваться методикой синтеза системы типа 2-1-2 по номограммам, приведенным в учебном пособии по ТАУ.
  • Рекомендуется сначала по заданной величине перерегулирования σ и времени регулирования определить параметры а, b и относительное время регулирования .
  • Определить частоту среза как .
  • Построить желаемую ЛАЧХ разомкнутого скоростного контура. По ее сопрягающим частотам и добротности по ускорению определить параметры регуляторов тока и скорости.
  • Схема модели ПИ-регулятора тока в среде Matlab-Simulink имеет вид, представленный на рис. 4. При этом необходимо выполнить ограничения выходных сигналов интегратора и всего ПИ-регулятора (элемент Saturation) на уровне 10 В. Если ограничивать только выходной сигнал регулятора, то значительно возрастут перерегулирования скорости в системе регулирования за счет возможного превышения выходного сигнала интегратора уровня 10 В в те моменты времени, когда действует ограничение тока. Например, при пуске на номинальную скорость.
  • Регулятор скорости выполняется аналогично регулятору тока, но конечно с другими значениями постоянных времени.