Разработка системы управления двигателя постоянного тока

1


Содержание


Введение…………………………….…………………………………..................2

1. Определение параметров и структуры объекта управления.….…………….3

2. Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления……………………………………………………………………...…7

3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества…………………………………………………………………………..16

4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов.23

Список литературы.………………………………………….………………..…39


Введение


На современном этапе, характеризующемся приоритетным развитием машиностроения и автоматизации производства, автоматизированный электропривод сформировался как самостоятельное научное направление, в значительной степени определяющее прогресс в области техники и технологии, связанных с механическим движением, получаемым путем преобразования электрической энергии. Этим объясняется большой интерес специалистов к новым разработкам в данной отрасли техники и к ее научным проблемам.

Четко определился объект научного направления – система, отвечающая за управляемое электромеханическое преобразование энергии и включающая два взаимодействующих канала – силовой, состоящий из участка электрической сети, электрического, электромеханического, механического преобразователей, технологического рабочего органа, и информационный канал. В рамках данного курсового проекта рассматривается разработка информационного канала.


1. Определение параметров и структуры объекта управления


В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока независимого возбуждения с параметрами по табл. 10.11 [1, стр. 277]:


- номинальная мощность,

- номинальное напряжение питания обмотки возбуждения и якорной цепи,

- КПД,

- номинальная частота вращения,

- максимальная частота вращения,

- сопротивление обмотки якоря,

- сопротивление добавочных полюсов,

- индуктивность обмотки якоря,

- сопротивление обмотки возбуждения,

- момент инерции якоря.

- число пар полюсов.

- коэффициент инерционности механизма.


Данный ЭД предназначен для работы в широкорегулируемых электроприводах, соответствует , имеет защищенное исполнение, с независимой вентиляцией (асинхронный двигатель ).


Номинальная угловая скорость вращения



Максимальная угловая скорость вращения:




Номинальный ток якоря:




Суммарное сопротивление якорной цепи:




Произведение постоянной машины на номинальный поток:




Постоянная времени якорной цепи:




Номинальный момент:




Номинальный ток обмотки возбуждения:



Исходя из высоты оси вращения по табл. 1 [2, стр. 5]:


По рис. 4 [2, стр. 10]:




По рис. 2б [2, стр. 8]:

По табл. 2 [2, стр. 9] для класса изоляции :

По табл. 3 [2, стр. 10] для :


Окончательно получим:




По рис. 3 [2, стр. 9]:

Полюсное деление равно:




Число витков обмотки возбуждения [2, стр. 27]:

Номинальный магнитный поток:



Постоянная машины:




Коэффициент рассеяния [3, стр. 38]:

Индуктивность обмотки возбуждения:




Постоянная времени обмотки возбуждения:




Постоянная времени обмотки возбуждения:




Суммарный момент инерции механизма:




Так же объёкт управления содержит возбуждения и напряжения якоря, частота коммутации которых:

Постоянная времени преобразователей равна:



Так как и представим преобразователи в виде пропорциональных звеньев, откуда с учетом диапазона стандартных управляющих сигналов () имеем и максимальной скважности () получим:




2. Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления


Объект управления описывается следующими уравнениями [3, стр.38-39]:




Выберем двухконтурную систему управления скорости с внутренним контуром потока (рис. 1).



Рис. 1. Двухконтурная система регулирования скорости.

Универсальная кривая намагничивания представлена на рис. 3.

Так как регулирование происходит изменением потока, минимальный поток будет при максимальной скорости:




Минимальный ток возбуждения (по рис. 3):





Рис. 3. Универсальная кривая намагничивания.


При этом коэффициент линеаризации кривой намагничивания лежит в диапазоне:




Максимальная постоянная времени потока:




Коэффициент форсирования тока возбуждения [4, стр. 559]:




Малая постоянная времени:




Желаемая передаточная функция замкнутого контура потока:




Желаемая передаточная функция разомкнутого контура потока:




Передаточная функция разомкнутого контура потока:




Коэффициент обратной связи по потоку:



Передаточная функция регулятора потока:




где





Коэффициент подлежит определению непрерывно, для чего контур потока будет модифицирован (рис. 4.).



Рис. 4. Модифицированный контур регулирования потока.

Коэффициент обратной связи по скорости:




Коэффициент обратной связи ЭДС:




Коэффициент обратной связи по току возбуждения:




Коэффициент нормализации




С учётом этого:





Внешний контур скорости представлен на рис. 5.


Рис. 5. Контур регулирования скорости.


Желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости:




Передаточная функция разомкнутого контура скорости:




Передаточная функция регулятора скорости




где




Так как нагрузка с постоянной мощностью изменяет знак и коэффициент подлежит определению непрерывно контур скорости также будет модифицирован (рис. 6.).


Рис. 6. Модифицированный контур регулирования скорости.


Коэффициент обратной связи по току якоря:




Отсюда следует:




Передаточная функция контура компенсирующего влияние нагрузки:




Коэффициент задания мощности нагрузки:



Откуда (с учётом принятых выше коэффициентов) имеем:




где





Структура системы управления стабилизатором напряжения в цепи якоря приведена на рис. 7.



Рис. 7. Контур управления напряжением якоря.


Здесь:




Структурная схема всей системы управления и объекта приведена на рис. 8.




Рис. 8. Структурная схема системы управления и объекта.




3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества


Модель объекта и системы управления в комплексе представлена на рис. 9.

Моделирование будем проводить по нижеследующему алгоритму:

Пуск на номинальную скорость -

максимальный скачёк задания -, (рис. 10 – рис. 14)

Проверка отработки задания


(рис. 15 – рис. 10)






Рис. 9. Модель объекта и систему управления.





Рис. 10. Зависимость от времени.



Рис. 11. Зависимость и от времени.


Рис. 12. Зависимость и от времени.



Рис. 13. Зависимость и от времени.


Рис. 14. Зависимость от времени.



Рис. 15. Зависимость от времени.


Рис. 16. Зависимость и от времени.



Рис. 17. Зависимость от времени.


Рис. 18. Зависимость и от времени.



Рис. 19. Зависимость от времени.


Для технического оптимума:

-перерегулирование составляет:




-время нарастания:




По результатам моделирования:

-перерегулирование составляет:




-время нарастания:


Статическая ошибка отсутствует.

Отсюда можно сделать вывод:

динамика и статика спроектированной системы полностью удовлетворяет требованиям технического задания.


4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов


Обратная связь по скорости.


Рис. 20. Обратная связь по скорости.


Схема обратной связи по скорости представлена на рис. 20, здесь:

-фильтр коллекторных пульсаций тахогенератора с :


- ,

-


-цепь защиты от обрыва обратной связи:

- с параметрами

- максимальный прямой ток,

- прямое напряжение,

- максимальное обратное напряжение,

- ёмкость диода,

- максимальная рабочая частота;

-тахогенератор встроенный в двигатель:



-коэффициент усиления схемы:


,

,

- ,


;


-усилительный элемент:

- с параметрами

- напряжение питания,

- максимальное выходное напряжение,

- входной ток,

- коэффициент нарастания напряжения,

- коэффициент усиления по напряжению,

- максимальная рабочая частота;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя:


- ,


Обратная связь по току якоря.



Рис. 21. Обратная связь по току якоря.


Схема обратной связи по току якоря представлена на рис. 21, здесь:

-фильтр пульсаций с :


- ,

- ;


-датчик тока:

- с параметрами :

- номинальный входной ток,

- напряжение питания,

- сопротивление нагрузки,

- коэффициент датчика тока;

-коэффициент усиления схемы:



- ,


-,


-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: - .

Обратная связь по току возбуждения.



Рис. 22. Обратная связь по току возбуждения.


Схема обратной связи по току возбуждения представлена на рис. 22, здесь:

-фильтр пульсаций с :


- ,

- ;

-датчик тока:

- с параметрами

- номинальный входной ток,

- напряжение питания,

- сопротивление нагрузки,

- коэффициент датчика тока;

-коэффициент усиления схемы:


,

- ,


,


-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: - .

Обратная связь по ЭДС.



Рис. 23. Обратная связь по ЭДС.


Схема обратной связи по ЭДС представлена на рис. 23, здесь:

-фильтр пульсаций с :


- ,

- ;


-датчик напряжения:

- с параметрами :

- номинальный входной ток,

- напряжение питания,

- сопротивление нагрузки,

- коэффициент датчика напряжения;

-коэффициент усиления схемы:



- ,


-,


-,


-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: -

Обратная связь по потоку.




Рис. 24. Обратная связь по потоку.


Схема обратной связи по потоку представлена на рис. 24, здесь:

-коэффициент усиления схемы:


,

- ,

- ,


-,


-;


-защита от отрицательного напряжения: -

-ограничение :

- с параметрами:

- напряжение стабилизации,

- ток стабилизации;

- с параметрами:

- напряжение стабилизации,

- ток стабилизации;


-;


-

-перемножитель напряжения: - с параметрами:

- напряжение питания,

- максимальное выходное напряжение,

- входной ток,

- коэффициент нарастания напряжения,

- коэффициент умножения,

- максимальная рабочая частота;

-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания: - .

Модульная функция.



Рис. 24. Модульная функция.


Схема модульной функции представлена на рис. 24, здесь:

-сопротивления: -;

-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: - .

Регулятор скорости.



Рис. 25. Регулятор скорости.

Схема регулятора скорости представлена на рис. 25, здесь:

-компенсация нагрузки:


- ,



-,

-,


,

-

,

-

,

-

,

-;


-усилительный элемент: -

-перемножитель напряжения: - с параметрами

-ограничение сигналов:


-,

- ,

-

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: -

Регулятор потока.



Рис. 26. Регулятор потока.


Схема регулятора потока представлена на рис. 26, здесь:

-компенсация нагрузки:


- ,

- ,

-,

-

,

-


-усилительный элемент: -;

-перемножитель напряжения: - ;

-ограничение сигналов: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: - .

Управление стабилизатором напряжения якоря.



Рис. 27. Управление стабилизатором напряжения якоря.


Схема управление стабилизатором напряжения якоря представлена на рис. 27, здесь:


- ,

-,

-,

-,


Реле защиты.


Рис. 28. Реле защиты.


Схема реле защиты представлена на рис. 28, здесь:


-,

-,

-,

-


Список литературы


1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. Ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энегроатомиздат, 1988, - 456 с.

2. Заборщикова А. В., Мельников В. И. «Двигатели постоянного тока для автоматизированного электропривода»: Учебное пособие. – СПб: Петербургский гос. ун-т путей сообщ., 1994. – 84 с.

3. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. «Управление электроприводами» : Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1982. – 392 с., ил.

4. Ключев В. И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Энегроатомиздат, 2001. – 704 с.: ил

5. Герман-Галкин С. Г. И др. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986.–246 с.

4. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база : В 2 кн. / Масленников М. Ю., Соболева Е. А и др. – М.: Б. И., 1996.-157-300с.

5. Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002.-560 с.

. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учеб. Для вузов ж.–д. трансп. – М.: Транспорт, 1999.-464 с.

6. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990.-288с.

Нравится материал? Поддержи автора!

Ещё документы из категории физика:

X Код для использования на сайте:
Ширина блока px

Скопируйте этот код и вставьте себе на сайт

X

Чтобы скачать документ, порекомендуйте, пожалуйста, его своим друзьям в любой соц. сети.

После чего кнопка «СКАЧАТЬ» станет доступной!

Кнопочки находятся чуть ниже. Спасибо!

Кнопки:

Скачать документ