Анализ и синтез системы управления вентильного электропривода

uУ - напряжение управления преобразователем.

В зависимости от схемы выпрямления постоянная времени преобразователя меняется,

4мс - для трехфазной мостовой.

Статический коэффициент передачи тиристорного преобразователя определяют по формуле:

где   1.5 – коэффициент, учитывающий нелинейность статической характеристики преобразователя;

Ud0 - напряжение идеального холостого хода преобразователя (при полностью открытых тиристорах, когда угол регулирования a = 0).

где

kcx - коэффициент схемы. Его значение зависит от схемы выпрямления;

kсх = 1,11 - для однофазной мостовой схемы со средней точкой;

Uу max - максимальное значение напряжения управления преобразователем (ориентировочно можно принять равным от 6 до 8 В).

 

3.5. Расчет статических коэффициентов передачи датчиков

 тока и скорости

3.5.1. Статические коэффициенты передачи тахогенератора и задающего       элемента (потенциометра)

где Uз max – максимальное напряжение на выходе задающего потенциометра

(ориентировочно можно принять равным 10 В);

Wmax = W0 – максимальная угловая скорость двигателя при однозонном регулировании.

3.5.2. Статический коэффициент передачи датчика тока

где Uдт н – напряжение на выходе датчика тока, при номинальном токе двигателя (ориентировочно можно принять равным от 2.5 до 3 В)

 

4. Расчет и выбор оптимальных  параметров контура тока и регулирование угловой скорости

Вариант СУЭП	Оптимальная величина настраиваемых параметров	Коэффициент статизма
1.Одноконтурная СУЭП с П- регулятором  скорости	K
2. Одноконтурная СУЭП с ПИ- регулятором  скорости		S=0
3. СУЭП с П- регулятором скорости  и жесткой ООС по току на  вход преобразователя
4.СУЭП с ПИ-регулятором скорости  и жесткой ООС по току на  вход преобразователя
5. Однократноинтегрирующая СУЭП с ПИ- регулятором и П- регулятором скорости
6.Двухкратноинтегрирующая СУЭП  с ПИ-регулятором тока и скорости		S=0 K=

                                                                                                      Таблица 2

Выбираем двухкратноинтегрирующую СУЭП с ПИ  регуляторами тока и угловой скорости, т.к. необходимо очень точное регулирование  ( D=5).                                            

Рис.2. Структурная схема двукратноинтегрирующей СУЭП с ПИ регуляторами скорости и тока

 

Оптимальные величины на настраивание параметров:

1. Общий коэффициент усиления разомкнутого контура управления:

 

 

.

 

2.       Коэффициент передачи ООС по току:

3.        Коэффициент передачи интегральной составляющей регулятора скорости:

.

4.4        Коэффициент  передачи интегральной составляющей  регулятора тока:

                                           

4.5       Постоянная времени фильтра:

  

(с).

6.         Коэффициент статизма:

.

 

 

 

 

 

 

5. Моделирование переходных режимов  электродвигателя

5.1. Процесс прямого пуска двигателя от сети.

Рис.3. Структурная схема электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением для режима работы двигателя с линейно нарастающей

нагрузкой

Рис.4. Электромеханические статическая (2) и динамическая (1) характеристики двигателя с линейно нарастающей нагрузкой с ПИ регуляторами тока и угловой скорости

 

Рис.5. Модель двукратноинтегрирующей СУЭП

Рис.6. Результаты моделирования двукратноинтегрирующей СУЭП

 

6. Определение параметров управляемого  объекта,

преобразователя и устройства управления

6.1. Определение параметров преобразователя  напряжения:

Преобразователь напряжения представляет собой апериодическое звено, характеризующееся двумя параметрами – статическим коэффициентом усиления К и постоянной времени Тп.

Постоянная времени преобразователя зависит от варианта схемы выпрямления, для однофазной схемы со средней точкой Тп = 0,01 с.

Коэффициент усиления преобразователя:

где 1,5 – коэффициент, учитывающий нелинейность статической характеристики преобразователя.

 – напряжение идеального  холостого хода преобразователя  при полностью открытых тиристорах (угол регулирования α=0).

 − максимальное значение  напряжения управления преобразователем, принимается в диапазоне 6..8 В.

6.2. Статический коэффициент усиления  тахогенератора и задающего потенциометра:

где – максимальное напряжение на выходе задающего потенциометра, .

 – максимальная угловая скорость  двигателя при однозонном регулировании:

6.3. Статический коэффициент усиления датчика тока:

где – напряжение на выходе датчика тока при номинальном токе двигателя . Принимают .

6.4. Общий коэффициент усиления  по контуру угловой скорости  и контуру тока соответственно:

где – коэффициент усиления якорной цепи электродвигателя.

Из последнего уравнения находим:

 

Из первого уравнения:

 

 

7. Расчет параметров регуляторов  угловой скорости и тока на  операционных усилителях

Полупроводниковые (тиристорные) преобразователи требуют сравнительно маломощных управляющих сигналов, поэтому регуляторы скорости и тока легко реализовать на операционных усилителях, осуществляющих необходимые математические операции над входными электрическими сигналами.

Принципиальная электрическая схема двукратноинтегрирующей СУЭП с использованием операционных усилителей в качестве ПИ-регуляторов тока и угловой скорости изображена на рис. 7

Рис.7. Принципиальная электрическая схема СУЭП

с ПИ-регуляторами тока и угловой скорости

7.1. Определение параметров регулятора  тока на операционных усилителях.

Значения емкости конденсатора в цепи обратной связи изменяется в пределах: 1..2 мкФ, в расчете примем:

Сопротивление резистора в цепи обратной связи:

Сопротивление резистора на не инвертирующем входе операционного усилителя:

 

7.2. Определение параметров регулятора скорости на операционных усилителях проводится по аналогичным формулам:

 

 

Значение емкости в цепи задатчика интенсивности:

Постоянная времени фильтра, как уже было определено ранее:

0,08

 

Вывод

В результате проделанной работы было выполнено следующее: по исходным данным был выбран электродвигатель постоянного тока, серии 2ПН132М, двукратноинтегрирующую СУЭП с ПИ – регуляторами тока и угловой скорости. Было произведено математическое описание элементов системы управления и определены их параметры, был произведен расчет и выбор оптимальных параметров регулятора скорости, было выполнено компьютерное моделирование системы. Результат моделирования заданных показателей качества переходного процесса показал, что характер переходного процесса колебательный, перерегулирования составит около 5%, коэффициент статизма отсутствует, что указывает на повышенную точность управления.

 

Список используемых источников:

1. А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский. Управление электроприводами. – Л.: Энергоиздат, 1982.

2. Е. М. Зимин, В. И. Яковлев. Автоматическое  управление электроприводами. –М.: Высшая школа, 1979.

3. В. И. Ключев. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. Общий  курс электропривода. – М.: Энергоиздат, 1981.

5. А. С. Ключев. Техника чтения схем  автоматического управления и  технологического контроля. – М.: Энергоиздат, 1983.

6. Справочник по автоматизированному  электроприводу / Под ред. В. А. Елисеева  и А. В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

7. Справочник по проектированию  автоматизированного электропривода  и систем управления технологическими  процессами / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М. Л. Самовера. – М.: Энергоизда