Разработка информационного канала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Определение параметров и структуры объекта управления

2. Разработка алгоритма управления и расчёт параметров устройств управления

3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов

Список литературы

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

Внутренний контур потока представлен на рис. 2.

Рис. 2 - Контур регулирования потока



Универсальная кривая намагничивания представлена на рис. 3.

Рис. 3 - Универсальная кривая намагничивания

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

Минимальный ток возбуждения (по рис. 3):

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:

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:

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



3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества

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

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. 19)

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

двигатель ток двухконтурный управление

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:

- ,

Рис. 21 - Обратная связь по току якоря

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.

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

-фильтр пульсаций с :

- ,

- ;

-датчик напряжения:

Рис. 23 - Обратная связь по ЭДС

- с параметрами

- номинальный входной ток,

- напряжение питания,

- сопротивление нагрузки,

- коэффициент датчика напряжения;

-коэффициент усиления схемы:

,)

- ,

,

-,

-усилительный элемент:

- ;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя:

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. 25 - Модульная функция

Схема модульной функции представлена на рис. 24, здесь:

-сопротивления:

- ;

-усилительный элемент:

- ;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя:

- .

Регулятор скорости.

Рис. 26 - 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. 27 - 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. 28 - Управление стабилизатором напряжения якоря

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

- ,

-,

- ,

- ,

Реле защиты.

Рис. 29 - 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.

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

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.-157-300 с.

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

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

Размещено на Allbest.ru

...