Дослідження статичних та динамічних характеристик системи керування швидкістю (положенням) двигуна постійного струму з незалежним збудженням

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота

Дослідження статичних та динамічних характеристик системи керування швидкістю (положенням) двигуна постійного струму з незалежним збудженням

1. Програма роботи

Ознайомитись з лабораторною установкою, приладами контролю та керування, алгоритмами керування, що досліджуються. Усвідомити призначення основних функціональних блоків системи.

У відповідності до варіанту завдання (дані приведені у таблиці 5), зняти статичні характеристики системи керування :

- при розімкнутому алгоритмі керування;

- при замкнутому алгоритмі керування з П-регулятором швидкості;

- при замкнутому алгоритмі керування з ПІ-регулятором швидкості.

У відповідності до варіанту завдання (дані приведені у таблиці 5), зняти перехідні процеси, що протікають у системі

:

- при розімкнутому алгоритмі керування;

- при замкнутому алгоритмі керування з П-регулятором швидкості;

- при замкнутому алгоритмі керування з ПІ-регулятором швидкості.

Розрахувати статичні електромеханічні характеристики системи керування та порівняти їх з характеристиками отриманими експериментальним шляхом.

Виконати математичне моделювання системи, що досліджується та порівняти отримані графіки з результатами експериментальних досліджень.

Зробити висновки по роботі.

Оформити звіт.

двигун напруга швидкість

2. Теоретичні відомості

Лабораторна робота проводиться за допомогою уніфікованого лабораторного стенду, призначеного для експериментальних досліджень процесів керування в електромеханічних системах на основі двигунів постійного струму з незалежним збудженням (ДПТ з НЗ).

2.1 Функціональна схема стенду

Розглядаючи установку керування ДПТ з НЗ, можна розділити її на дві основні складові: систему керування, як правило, це цифровий контролер, який безпосередньо виконує розрахунок алгоритму керування двигуном в реальному масштабі часу, і силову частину, яка перетворює напругу мережі живлення в задану напругу якоря ДПС з НЗ, що формується згідно алгоритму керування. На рис.1 представлена функціональна схема лабораторного стенду.

Електропривод постійного струму складається з наступних функціональних блоків.

Силова частина. До її складу входять: випрямляч, ланка постійного струму з клампером, інвертор, а також давачі струму якоря та напруги у ланці постійного струму.

Керуючий контролер, виконує розрахунок алгоритму керування швидкості відповідно до заданого значення, розрахунок ШІМ та видачу імпульсів керування ключами, реалізує захисні функції, а також забезпечує загальне керування схемою.

Схеми узгодження сигналів керуючої та силової частини. Ці схеми повинні здійснювати гальванічну розв'язку силових кіл та кіл керування, що забезпечує більш високу завадостійкість системи керування, і є необхідним для захисту системи керування при аварійних ситуаціях в силовій частині.

Інтерфейс користувача. До нього відносяться: сигнали дискретного і аналогового вводу/виводу та пульт керування, що забезпечує введення параметрів в систему, вивід інформації про стан системи, значеннях змінних, а також сигналізацію помилок і аварійних ситуацій.

Джерело живлення. До джерела живлення ставляться високі вимоги відносно стабільності вихідної напруги, а також стійкості роботи при порушенні режиму роботи мережі живлення.

Таблиця 1 Паспортні дані двигунів типу ПС52У4

	Умовні позначення	Значення
Потужність		0.55
Напруга живлення		220
Номінальна швидкість		2200
ККД двигуна		0.76
Струм якоря		3.1
Момент інерції		0.0095

Параметри двигуна типу ПС52У4, визначені експериментальним шляхом, приведені в табл.2 [2].

Таблиця 2 Паспортні дані двигунів

Параметр	Умовне познач.	Експ. знач.
Сумарний активний опір якірного кола	RяУ, Ом	4.28
Індуктивність якірного кола	Lя, Гн	0.0728
Стала часу якірного кола	Тя, с	0.017
Коефіцієнт протиЕРС	с, Вс	0.9
Сумарний момент інерції системи (двох ДПС)	JУ, кгм2	0.0106

Визначивши загальний склад електроприводу (ЕП) постійного струму, розглянемо детальніше кожен функціональний блок.



Керуючий контролер [3,2] побудовано на основі 16 розрядного цифрового сигнального контролера (ЦСК) з фіксованою комою TMS320LF2406A [4].

Силова частина виконана на основі стандартного інтелектуального силового модуля типу PS11036 [5]. Два плеча використані для побудови однофазного інвертора, а за допомогою нижнього ключа третього плеча реалізовано клампер. Верхній ключ третього плеча підтримується у закритому стані.

Силовий випрямляч перетворює змінну напругу мережі живлення в постійну напругу в ланці постійного струму.

Ємність (С) фільтра силового випрямляча набирається паралельним ввімкненням електролітичних конденсаторів.

Клампер призначений для розсіювання енергії, що отримується від двигуна в генераторних режимах.

Інвертор перетворює постійну напругу на виході випрямляча в задану напругу керування двигуном.

Давач напруги призначений для отримання значення напруги у ланці постійного струму, що використовується при розрахунку керуючої напруги двигуна, та реалізації захисту від перевищення/пониження напруги.

Зарядний пристрій (ЗП), або коло плавного заряду ємності випрямляча складається із зарядного реле і резистору.

Снабер слугує для усунення високочастотних складових напруги, що виникають при комутації силових ключів.

Гальванічно розв'язаний давач струму призначений для організації зворотного зв'язку по струму якоря, а також максимального струмового захисту.

Драйвер інвертора призначений для перетворення логічних сигналів керування ключами в імпульси напруги, що забезпечують надійну роботу транзисторів інвертора в ключовому режимі [2].

2.2 Широтно-імпульсне керування ДПС

На рис.2 зображена спрощена функціональна схема і відповідні діаграми напруг системи широтно-імпульсного керування двигуном постійного струму за допомогою транзисторного перетворювача з ШІМ. Працюючи в режимі перемикання з високою частотою, транзисторні перетворювачі є практично безінерційними, мають кращі динамічні показники ніж тиристорні перетворювачі і успішно замінюють їх в електроприводах малої потужності.

Рис. 2 Спрощена функціональна схема транзисторного перетворювача з ШІМ (а); діаграма напруг (б), що характеризують роботу схеми



При симетричному способі керування, силові транзистори комутуються попарно і в проти фазі. В стані перемикання перебувають всі чотири транзисторних ключа моста, а напруга на виході перетворювача являє собою знакозмінні імпульси, ширина яких регулюється вхідним сигналом. Як видно з рис.2 імпульси відпираючої напруги поступають на бази діагональних транзисторів VT1 і VT4 в проміжок часу t₁, транзистори VT2 і VT3 при цьому закриті. Інтервал ввімкнення транзисторів визначається за допомогою наступного виразу:

.

За другу частину періоду комутації пара транзисторів VT1 і VT4 закриваються і відкриваються транзистори VT2 і VT3. Якщо струм двигуна при цьому не змінює знак, то в проміжку часу () він протікає через діоди VD2 і VD3. Середнє значення напруги, що прикладається до якоря двигуна, визначається виразом:

де - напруга на виході випрямляча. При середнє значення напруги перетворювача дорівнює нулю.

Механічні характеристики електродвигуна в режимі роботи з неперервними струмами описується рівнянням:



де ; - опір якірного кола; - коефіцієнт проти ЕРС.

Зона перервних струмів визначається граничними значеннями струму і швидкості двигуна:

.

Симетричний спосіб керування зазвичай використовується в малопотужних електроприводах постійного струму (зокрема, в представленій лабораторній установці). Його переваги - простота реалізації і відсутність зони нечутливості в регулювальній характеристиці. Недоліком перетворювачів з симетричним керуванням є підвищений рівень пульсацій струму якоря, оскільки напруга на якорі двополярна. Це призводить до додаткового нагріву двигуна.

В електроприводах більшої потужності використовується несиметричне керування. Діаграми напруг для цього випадку зображені на рис.3. Транзисторні ключі VT2 і VT4 перемикаються (VT1 і VT3 при протилежній полярності вхідного сигналу), VT1-постійно відкритий, VT3-постійно закритий. Транзистори VT2 і VT4 перемикаються в протифазі і спільно з діодом VD2 забезпечують протікання струму від проти ЕРС двигуна.



Рис. 3 Діаграми напруг перетворювача при несиметричному керуванні

Сучасні транзисторні перетворювачі з ШІМ мають частоту комутації до декількох десятків кілогерц. Підвищення частоти перемикань сприяє звуженню зони перервних струмів і зменшенню впливу дискретності роботи перетворювача, але призводить до збільшення втрат потужності в інверторі. Також рекомендується встановлювати частоту комутації більше 20кГц для того щоб зменшити акустичний шум перетворювача і двигуна [6, 2].

2.3 Алгоритм регулювання швидкості

Математична модель ДПС з НЗ має вигляд:

(1)

де - струм і кутова швидкість якоря; - керуюча напруга якоря; - момент навантаження; - індуктивність і активний опір якірного кола; - коефіцієнт моменту (протиЕРС); - сумарний момент інерції; .

У випадку живлення ДПС від транзисторного перетворювача з достатньо високою частотою комутації ШІМ, інерційністю перетворювача можна знехтувати, вважаючи напругу в (1) реальним керуючим впливом, тобто передаточна функція перетворювача

Розглянемо модель ДПС, задану рівняннями (1), припустимо, що:

· Задана траєкторія зміни кутової швидкості є обмеженою функцією часу з обмеженими, відомими першими двома похідними.

· Момент навантаження - обмежений, постійний і невідомий.

· Параметри моделі (1) постійні і відомі.

· Змінними, що вимірюються, в рівнянні (1) є струм якоря та кутова швидкість.

Якщо ці припущення виконуються, то існує лінійний динамічний контролер по вимірюваному виходу в формі

,(2)

що забезпечує асимптотичне відпрацювання заданої траєкторії кутової швидкості, тобто

(3)

Використовуючи концепцію керування в електромеханічних системах по оцінюваному прискоренню, що базується на зворотній по кроковій задачі проектування, спершу спроектуємо контур регулювання кутової швидкості.

Перше рівняння в (1) в формі похибок відпрацювання має вигляд



(4)

де - оцінене значення ; похибка оцінювання:.

У випадку ідеального струмового керування при , алгоритм регулятора швидкості формується як пропорційно - інтегральний

(5)

де - коефіцієнти пропорційної і інтегральної складових регулятора швидкості.

Ідеальна динаміка контуру регулювання швидкості (при регулюванні струмом) має вигляд

(6)

Система (6) асимптотично стійка для всіх , тобто , а її динамічна поведінка задається за допомогою коефіцієнта демпфування і власної частоти недемпфованих коливань ланки 2-го порядку, що відповідає рівнянню (6). Струм якоря в (4) не є реальною керуючою дією, тому закон його зміни (5) можна розглядати як заданий для струму якоря. Визначивши похибку відпрацювання струму у вигляді



. (7)

Рівняння (6) приймуть вигляд

(8)

Керуюча напруга якоря повинна бути розрахована таким чином, щоб гарантувати асимптотичне відпрацювання заданого струму

Динамічна поведінка контуру задається вибором коефіцієнтів пропорційної та інтегральної складових регулятора швидкості. Використовуючи характеристичне рівняння

отримуємо співвідношення між інтегральною і пропорційною складовими регуляторів: - при коефіцієнті демпфування , або - при . При використанні регулятора струму заданого рівняннями

(9)

(10)



динаміка похибок відпрацювання композитної системи запишеться у вигляді

, (11)

де .

Регулятор швидкості задається рівняннями (5)

а його структурна схема представлена на рис. 1.

Рис. 5 Структурна схема регулятора швидкості

Для випадку застосування регулятора струму (9), (10) в системі регулювання кутової швидкості, результуючі рівняння алгоритму керування набувають вигляду:



(12)

Повна структурна схема системи керування швидкістю ДПС з НЗ представлена на рис.6

Структура системи рівнянь (11) відображає каскадні властивості спроектованої системи: рівняння описують ідеалізовану динаміку контурів регулювання швидкості і струму. Дві підсистеми: регулювання струму і швидкості, - ввімкнені в контурі від'ємного зворотного зв'язку, з коефіцієнтом .

Використовуючи стандартну процедуру по розділенню у часі процесів керування у зовнішньому та внутрішньому контурі, встановлюємо співвідношення частот власних недемпфованих коливань де індекси відносяться, відповідно, до контуру регулювання струму і швидкості.

Рівняння результуючої динаміки похибок відпрацювання (11) при розглянутому налаштуванні мають принципову структурну грубість у відношенні координатних і параметричних збурень, оскільки відповідають каскадному ввімкненню систем 2-го порядку із динамікою, що вільно задається та дворівневим розділенням процесів у часі. Відмітимо, що структура спроектованої системи має таку ж базову конфігурацію, як і стандартні системи з підпорядкованим регулюванням координат. Різниця ж полягає у введенні додаткових корегуючих зв'язків по завданню і його похідним, а також додаткових зв'язків між контуром регулювання швидкості і струму. Система відпрацьовує задану траєкторію зміни швидкості без похибки при нульових початкових умовах. Обмеження координат здійснюється аналогічно стандартним системам з підпорядкованим регулюванням, шляхом обмеження керуючої дії і додатковим прирівнюванням нулю похідної в (12) [7, 2].

2.4 Прилади контролю та керування лабораторного стенду

Зовнішній вигляд лабораторного стенду представлено на рис. 7.

Підготовка лабораторного стенду до роботи відбувається в два етапи:

- видача напруги живлення на систему керування та силову частину;

- налаштування контролера та робота з ним у відповідності до варіанту.

Рис. 7 Зовнішній вигляд лабораторного стенду

Видача напруги на лабораторний стенд розпочинається ввімкненням автоматичного вимикача QF2, при цьому загорається лампа HL2, що свідчить про наявність напруги на системі керування. Наступним кроком є ввімкнення автоматичного вимикача QF1 і натиснення кнопки SB1, що видає напругу на силову частину. Про наявність напруги сигналізує лампа HL1. Світова сигналізація ламп HL1 та HL2 свідчить про наявність напруги живлення на системі керування та силовій частині.

Розглянемо більш детально пульт керування навантаженням, який представлено на рис. 8.

Рис. 8 Пульт керування навантаженням

Пульт керування навантаженням дозволяє досліджувати динаміку двигуна під час роботи під навантаженням, встановлювати величину навантаження за допомогою потенціометра RP та вольтметра PV, який показує величину навантаження. Також пульт керування навантаженням передбачає наявність ряду світлодіодних індикаторів HL3-HL8, які сигналізують про функціональну готовність стенду. В початковий момент, коли подана напруга, світяться світлодіоди HL5 (збудження) та HL7 (зарядне реле), які сигналізують про готовність стенду до роботи.

Дослідження ж динаміки може виконуватись як в ручному(зміна заданої швидкості, прикладання/зняття моменту навантаження), тумблер SA2 в нижньому положенні, так і в автоматичному режимі, тумблер SA2 в верхньому положенні. Для реалізації автоматичного режиму в контролері передбачено два релейних виходи, за допомогою яких можна керувати навантажувальним агрегатом. Знак прикладеного моменту визначається тумблером SA1: верхнє положення знак - (+), нижнє - (-).



2.5 Меню та інтерфейс керуючого контролера

Основні характеристики контролера:

· 16 розрядний контролер з 32 розрядним акумулятором;

· Тактова частота - 40 МГц;

· Виконання операцій типу Y=AB+C за один такт;

· Виконання операції ділення - 16 тактів.

Керуючий контролер - "мозок" лабораторного стенду, який дозволяє прикладаючи мінімум зусиль з боку користувача керувати складним технологічним об'єктом. На рис. 9 представлено зовнішній вигляд керуючого контролера.

Рис. 9 Зовнішній вигляд керуючого контролера

Користувач має змогу за допомогою пульта керування виконувати повне налаштування стенду, тобто вибирати алгоритм керування, змінювати параметри регуляторів, формувати необхідну траєкторію заданої змінної та інше. Розглянемо більш детально з яких кнопок складається пульт керування і їх функціональне призначення.

	- вибір параметра - збільшення значення параметра - вибір параметра - зменшення значення параметра - пуск - вхід/вихід в режим редагування - стоп - вихід

Рис. 10

Параметри, які необхідно знати користувачу для налаштування системи, представлені у табл.3.

Таблиця 3 Параметри контролера

№	Параметр	Одиниці
1	Задана частота, рад/с. Після пуску перетворювач формує траєкторію, яка починається з 0 і досягає вказаного значення	рад/с
2	Час розгону від 0 до заданої частоти (швидкості)	с
3	Час гальмування від заданої частоти до 0	с
7	Метод гальмування 0 - вільний вибіг 1 - по траєкторії
15	Вид траєкторії розгону 0 - траєкторія 1-го порядку 1 - траєкторія 2-го порядку
200	Алгоритм керування 0 - розімкнений алгоритм керування 1 - керування моментом 2 - замкнений алгоритм керування швидкістю 3 - керування положенням
206	kщ
207	kщi

* k_щ, k_щi - пропорційна та інтегральна складові регулятора швидкості.

Знаючи функціональне призначення кнопок пульта керування та призначення параметрів контролера, розглянемо приклад встановлення в параметр (200) одиничного значення. Переконавшись про готовність стенду до роботи, яка відображається на цифровому дисплеї у вигляді слова «rdY»-ready, можна приступати до налаштування параметрів. Натиснувши кнопку або ви потрапляєте в меню керування контролера, якщо продовжити і надалі натискати одну із кнопок, відбудеться перехід по параметрам. Припустимо ми досягли параметру (200), тепер від нас вимагається змінити значення параметру. Натиснувши кнопку , потрапляємо в підменю контролера в якому відображається величина вказаного параметру. Для зміни цього параметру слід користуватися кнопками , якщо нам потрібно збільшити параметр, або якщо нам потрібно його зменшити. Якщо подальше налаштування параметрів контролера від нас не вимагається, тобто можна приступити до роботи, то спершу нам доведеться вийти з меню редагування. Цього ми можемо досягти натиснувши кнопку , про готовність контролера до роботи сигналізуватиме слово «rdY» на дисплеї. Якщо ж було налаштовано не всі параметри, то спочатку ми повертаємося з підменю контролера в меню за допомогою кнопки , налаштовуємо необхідну кількість параметрів, повторивши порядок виконання дій описаний вище. Налаштування завершено і на контролері горить слово «rdY». Наступним кроком буде приведення контролера до роботи, тобто забезпечення ним обертання механічної частини, це досягається натисненням кнопки , а зупинка, відповідно, - .

Для дослідження динамічних характеристик, стенд передбачає підключення персонального комп'ютера через інтерфейс RS-232 (або через адаптер RS-232-USB).



2.6 Інтерфейс програми-візуалізатора перехідних процесів

Розроблене програмне забезпечення дозволяє за один тест записувати в реальному часі дві змінні з дискретністю 800 мкс.

Зовнішній вигляд вікна програми візуалізатора показано на рис.11.

Рис. 11 Вікно програми візуалізатора

Для студентів, які володіють англійською мовою та мають навички користуванням ПК на базовому рівні, оволодіти цією програмою буде не складно, а для всіх інших нижче викладені рекомендації.

Для початку розберемося, як же все ж отримати динамічні характеристики. Усе ніби то готово, все налаштували, залишилось зняти і аналізувати. В цьому нам допоможе кнопка «Tracing» - «Запис», при натисненні якої комп'ютер почне обмінюватись даними з контролером і нам залишиться натиснути кнопку «Пуск» на пульті контролера для знімання перехідної характеристики. Ніби нічого складного, але яку динамічну характеристику ви зняли (розгону, гальмування, розгону+гальмування) і для якого параметру (швидкість, струм, напруга)? Для встановлення параметру, який ми хочемо зняти, в програмі передбачено поле «Data source» - «Джерело даних», де ми можемо вказати або безпосередньо яку величину хочемо знімати, встановивши позначення навпроти слова «Variable» - «Змінна» і вибравши змінну, або встановити адрес потрібної величини. Другим способом ми не будемо користуватися. Але і це ще не все по вибору змінної. Програма передбачає поле «Showing format» - «Формат відображення», де необхідно вказати формат знімаємої змінної, попередньо встановивши позначення навпроти поля «Decimal» - «Десятковий». Таблиця форматів буде представлена нижче, а для всіх охочих дізнатися більше про принципи цілочисельної арифметики, можна почитати в [2].

Таблиця 4 Формати представлення даних

Параметр	Діапазон зміни числа	Q-формат
Кутова швидкість, щ, рад/с	-500..500	Q(5)
Струм, і, А	-10..10	Q(10)
Напруга, u, В	-1000..1000	Q(5)

Тепер ми знаємо як зняти необхідну нам перехідну характеристику, але яку частину характеристики ми зняли:динаміку розгону, робота в статиці чи динаміку гальмування. Для цього в програмі передбачений параметр «Reading time» - «Час зчитування», в полі якого ми вказуємо час запису перехідного процесу в діапазоні від 0.1 до 25с. Так для зняття динаміки розгону достатньо відкрити візуалізатор, встановити час зчитування, вибрати необхідні змінні, встановити формат для них, а потім натиснувши «Tracing», запустити стенд . На рис.12 представлено динамічні характеристики кутової швидкості та струму при дослідженні динаміки при розгоні двигуна та роботі під навантаженням.

Рис. 12 Вікно програми візуалізації



Отримані графіки перехідних процесів можуть бути збережені в форматі Matlab для подальшого аналізу та оформлення. Перш ніж зберігати отримані дані, потрібно налаштувати «Saving option…» - «Опції збереження…», які знаходяться у вкладці «File» - «Файл». На рис.13 представлено меню налаштування опцій збереження.

Рис. 13 Вікно вкладки «Опції збереження…»

За допомогою цих опцій формуються «Project name» - «Ім'я проекту», перша частина імені під яким буде збережений файл. Також можна сформувати другу частину імені, вказавши параметр «Last saving number» - «Останній номер для імені зберігаємого файлу». Ім'я файлу зберігає мого експерименту можна продивитись в полі під назвою «Resulting file name» - «Остаточне ім'я файлу». Також можливостями даного меню є встановлення «Autosave» - «Автозберігання» та можливість «Exclude number» - «Вилучити номер».

Після налаштування опцій зберігання, можна приступити безпосередньо до самого процесу зберігання, який реалізується натисненням на кнопку «Save data» - «Зберегти дані» або натиснути на «Savе» - «Зберегти», яка знаходиться у вкладці «File» - «Файл». Проводячи ряд досліджень та зберігаючи їх, в імені кожного наступного файлу буде змінюватись остання цифра.

3. Методичні вказівки

Для виконання п.1.1 програми слід ознайомитись з матеріалом приведеним у розділі «2. Теоретичні відомості»:

- ознайомитись з функціональною схемою системи керування швидкістю ДПС з НЗ (п. 2.1), усвідомити призначення основних складових системи;

- ознайомитись з принципами широтно-імпульсного керування ДПС (п. 2.2) та математичним описом досліджуваного алгоритму керування (п. 2.3);

- усвідомити призначення приладів контролю та керування (п. 2.4), що розташовані на передній панелі лабораторного стенду;

- оволодіти навиками роботи з інтерфейсом контролера керування (п. 2.5) та програмою для візуалізації перехідних процесів (п. 2.6).

Для виконання п.1.2 програми слід забезпечити готовність лабораторної установки до проведення досліджень згідно п 2.4.

Вихідні дані приведені у таблиці 5, параметри ДПС приведено в таблиці 2.

Таблиця 5 Вихідні дані

Номер варіанту	щ*	kщ	kщi	Mc	Час розгону, с	Вид траєкторії розгону
1	10;100	30		-Mн	0.5	1
2	20;120	40		-0.75Mн	0.5	2
3	30;130	50		-0.5Mн	0.5	1
4	40;140	60		Mн	1	2
5	50;150	70		0.75Mн	1	1
6	60;160	80		0.5Mн	1	2

Тумблер SA2, на пульті керування навантаженням, встановити в нижнє положення, що виключає автоматичне накидання навантаження по сигналу від керуючого контролера (п. 2.4).

Налаштування керуючого контролера (п. 2.5):

- обрати досліджуваний алгоритм керування;

- встановити значення заданої швидкості щ^* ;

- встановити значення коефіцієнтів регулятора швидкості k_щ, k_щi (для замкненого алгоритму керування).

Механічні статичні характеристики системи знімаються для двох значень заданої швидкості щ^* в діапазоні навантажень [-M_н; M_н] з кроком, включаючи точку ідеального холостого ходу . Завдання величини та знаку моменту навантаження здійснюється з пульта керування навантаженням (п. 2.4). Значення кутової швидкості та струму досліджуваного двигуна відображаються на пульті керування контролера (п. 2.5). Значення моменту навантаження розраховуються по значенням струму якоря ДПС М1 за відомою залежністю:

(13)

Отримані дані заносяться до таблиці 6.

Таблиця 6

I, A
M, Нм
(щ1*) щ, рад/с
(щ2*) щ, рад/с

Для виконання п.1.3 програми слід забезпечити готовність лабораторної установки до проведення досліджень згідно п 2.4.

Вихідні дані приведені у таблиці 5.

Тумблер SA2, на пульті керування навантаженням, встановити в верхнє положення, що забезпечує автоматичне накидання навантаження по сигналу від керуючого контролера. Забезпечити задану величину та знак моменту навантаження М_с(п. 2.4).

Налаштування керуючого контролера (п. 2.5):

- обрати досліджуваний алгоритм керування;

- встановити значення заданої швидкості щ^* ;

- встановити значення коефіцієнтів регулятора швидкості k_щ, k_щi (для замкнутого алгоритму керування);

- обрати заданий вид траєкторії розгону, час розгону, та момент накидання/скидання М_с ().

Забезпечити приєднання керуючого контролера до ПК через інтерфейс RS-232. Перевірити роботу програми візуалізатора (п. 2.6).

Перехідні процеси знімаються для одного значення заданої швидкості . Вихідні m-файли, що містять масиви значень змінних та часу, слід зберегти для подальшої обробки в MATLAB, з метою графічного представлення результатів. Побудову графіків слід проводити таким чином, щоб початок траєкторії розгону співпадав з початком осі часу.

Розрахунок статичних характеристик слід проводити для даних приведених в табл. 3, згідно варіанту завдання. Параметри двигунів приведено в табл. 1,2. Всі характеристики слід будувати в одній системі координат.

Розрахунок статичних електромеханічних характеристик системи при розімкнутому алгоритмі керування

Рівняння розімкнутого алгоритму керування:

. (14)

Підставивши (14) у вираз для механічної характеристики ДПС з НЗ[8]:

, (15)

отримуємо рівняння механічної характеристики системи керування:

. (16)

Розрахунок статичних механічних характеристик системи при замкнутому алгоритмі керування з П-регулятором швидкості

Умова усталеного режиму в системі керування з П-регулятором швидкості та з ПІ-регулятором струму:

. (17)

Алгоритм П-регулятора швидкості отримуємо прирівнянням нулю інтегральної компоненти в (5):

. (18)

Підставивши (18) в (17) та використовуючи залежність (13) отримуємо рівняння механічної характеристики системи керування:

. (19)

Розрахунок статичних механічних характеристик системи при замкнутому алгоритмі керування з ПІ-регулятором швидкості

Умова усталеного режиму в системі:

. (20)

Тоді рівняння статичних характеристик системи керування:

. (21)

На основі рівнянь алгоритму керування (12) та рівнянь (1), що описують двигун, в пакеті MATLAB (Simulink) слід створити математичну модель системи керування швидкості ДПС з НЗ. Відмітимо, що при експериментальних дослідженнях динаміки системи, з використанням заданої траєкторії розгону першого порядку, в рівняннях алгоритму керування відсутні компенсації по та , тому вирази (12) відповідним чином зміняться.

Перелік графіків перехідних процесів регульованих координат системи, що необхідно включити до звіту, приведено у п.3. Також слід забезпечити однакові масштаби по осях систем координат у відповідних графіках при експериментальних дослідженнях та моделюванні.

Звіт про виконання лабораторної роботи повинен містити:

- мету та програму роботи;

- отримані експериментальним шляхом значення струму, моменту і швидкості двигуна та відповідні статичні механічні характеристики;

- розрахункові статичні механічні характеристики;

- графіки перехідних процесів регульованих координат системи отримані експериментальним шляхом;

- графіки перехідних процесів регульованих координат системи отримані методом математичного моделювання;

- висновки по проведеним дослідженням відносно якості регулювання координат в системі та відповідності теоретичних розрахунків експериментальним даним.

При підготовці до захисту роботи необхідно дати відповіді на контрольні запитання.

Контрольні запитання

1. Функціональна схема стенду. Призначення основних функціональних блоків системи.

2. Широтно-імпульсне керування ДПС:

- переваги та недоліки транзисторних перетворювачів напруги;

- симетричний спосіб керування силовими ключами;

- несиметричний спосіб керування силовими ключами.

3. Математична модель ДПС з НЗ.

4. Структурна схема системи керування швидкістю ДПС з НЗ.

5. Статичні механічні характеристики системи керування швидкістю

- при розімкнутому алгоритмі керування;

- при замкнутому алгоритмі керування з П-регулятором швидкості;

- при замкнутому алгоритмі керування з ПІ-регулятором швидкості.

6. Порівняння результатів експериментальних досліджень з результатами математичного моделювання.

Перелік посилань

1. Справочник по электрическим машинам: В 2т/ С74 Под общ. Ред. И. П. Копылова и Б. К. Клопова. Т.1.- М.: «Энергоатомиздат», 1988. - 456с.: ил.

2. Воронко А.Б. Розробка контуру регулювання швидкості для лабораторного стенду по дослідженню електромеханічних систем на основі двигуна постійного струму з незалежним збудженням // Бакалаврська робота, НТУУ ”КПІ”, 2009, -89 с.

3. Пересада С. М., Ковбаса С. М., Бовкунович В.С., Крижановский В.П. Унифицированный контроллер на основе DSP TMS320LF2406A для систем управления электроприводами. //Промэлектро, №4, 2008. -С. 45-49.

4. http://www.ti.com/

5. http://www.mitsubishichips.com/

6. Электроприводы промышленных роботов: Учеб. Пособие/ Н. Г. Попович, В. А. Гаврилюк, С. М. Пересада. - К.: КПИ, 1987. - 72 с. 58-62

7. Попович Н. Г., Пересада С. М., Коломиец Д. Н. Управление следящим электроприводом постоянного тока на основе косвенной оценки угловой скорости // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. -1999. -Вып. 61. -С. 43-48.

8. Попович М.Г., Борисюк М.Г., Гаврилюк В.А., та ін. Теорія електропривода: Підручник / За ред. Поповича М. Г. -К.:Вища школа, 1993. - 494с.

Размещено на Allbest.ru

...