Расчет системы подчиненного регулирования скорости двигателя постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Системы цифрового управления

на тему: Расчет системы подчиненного регулирования скорости двигателя постоянного тока

Выполнил:

Студент 3 курса группы БЗТ-34

Кутляев.Е

Принял:

Болховецкий.А.С

Самара 2016



Введение

Система подчиненного регулирования представляет собой многоконтурную систему с каскадным включением регуляторов при этом число регуляторов и контуров равно числу регулируемых параметров.

Название системы объясняется тем, что выходной сигнал регулятора включенного во внешний контур является задающим для регулятора включенного во внутренний контур. Главные преимущества это простота наладки и настройки (Каждый контур включает в себя регулятор, за счет придания которому определенных динамических свойств получаются стандартные характеристики. Настройку в процессе наладки ведут начиная с внутреннего контура. Поскольку регулятор имеет простую передаточную функцию, а качество настройки может быть легко оценено по результатам сравнения реакции контура на скачок управляющего воздействия со стандартной переходной характеристикой, наладка системы оказывается очень простой). Удобство ограничения предельных значений промежуточных координат системы (поскольку выходной сигнал регулятора внешнего контура является заданным значением для внутреннего контура достигается за счет ограничений определенным значением выходного сигнала регулятора внешнего контура) двигатель ток регулятор преобразователь

Недостаток - некоторый проигрыш по быстродействию, связанный с последовательным воздействием на объект через внутренний контур, а не сразу через входное звено объекта.



1. Цель работы и исходные данные

Целью курсовой работы является освоение инженерных методов расчета и проектирования регулируемых электроприводов постоянного тока, знакомство с особенностями принципиальных электрических схем серийно выпускаемых электроприводов.

F1,Кн	F2,кН	F3,кН	T1,мин	T2,мин	T3,мин	M,кг
30	110	70	20	10	20	600
H, мм/об	з1	i	з2	Jв, кг*м2	Vmax, м/мин	Тип ЭП
14	0,97	3	0,93	0,05	1,5	Кемтор



2. Выбор типа исполнительного ДПТ и проверка его на перегрузочную способность

2.1 Определение радиуса приведения для двигателя

2.2 Определение моментов развиваемого двигателем на 1, 2 и 3 участках

[Н/м]

[Н/м]

[Н/м]

2.3 Определение эквивалентного момента развиваемого двигателем

56,69[Н/м]

2.4 Определение максимальной скорости двигателя

[рад/сек]

[об/мин]



2.5 Определение требуемой мощности двигателя

[Вт]

Выбор двигателя:

По полученному эквивалентному моменту и скорости выбираем двигатель серии ПБВ160

Мн	Ммах	Iном.дв	Тм	Тэ	Рном
76,4 Н*м	490 Н*м	78,5 А	8,5•10-3с	10,63•10-3 с	5100Вт
nmax	?max	Lя	Rя	Uном	Jдвиг
500 Об/мин	33,64 Рад/сек	0,3310-3 Гн	0,031 Ом	66 В	24210-3 кгм2

Определение максимального приведенного момента двигателя:

Проверка двигателя на перегрузку:

максимальное ускорение на валу двигателя a=500 c^-2:

239,04[H/м]

=490

проверка показала что двигатель выбран верно.

Выбираем тахогенератор по максимальной скорости вращения двигателя

ПТ-22/1: n_d.max=1000об/мин

Номинальная скорость вращения тахогенератора должна быть больше максимальной скорости вращения двигателя. Мощность тахогенератора должна составлять не более 0,01-0,05 от мощности двигателя.

В*мин/об



3. Структурная схема регулируемого электропривода

На схеме обозначены основные элементы:

W_pc(р) - передаточная функция ПИ -- регулятора скорости, построенного на базе операционного усилителя;

W_рт(р) - передаточная функция ПИ -- регулятора тока, построенного на базе операционного усилителя;

W_сп(р) -- передаточная функция силового преобразователя;

W_д1(р) -- звено, описывающее динамические свойства якорной цепи;

W_д2(р) -- звено, описывающее взаимосвязь скорости двигателя и динамическим током;

к_{ост --} коэффициент передачи обратной связи по току;

к_{осс --} коэффициент передачи обратной связи по скорости;

с_еФ -- произведение конструктивного коэффициента двигателя на магнитный поток, равно отношению Е/?;

W_ф(р) -- передаточная функция фильтра.



4. Определение параметров передаточной функции звеньев

Параметры передаточной функции тиристорного преобразователя:

Передаточная функция силового преобразователя:

Постоянная времени тиристорного преобразователя:

[с]

где: ѓ=50 Гц -- частота промышленного напряжения

m=6 - пульсация схемы.

Коэффициент передачи силового преобразователя:

где: U_вх=10 [В]

Параметры передаточной функции двигателя:

Коэффициент передачи двигателя:

Параметры передаточной функции двигателя.

Передаточную функцию двигателя представляем электрической и механической составляющими:



Передаточная функция датчика скорости:

Параметры передаточной функции датчика тока:

передаточная функция датчика тока: где: -коэффициент передачи датчика тока

[А] - максимальный ток датчика

В -- напряжение датчика тока после усиления

тогда: В/А;

Параметры передаточной функции фильтра на выходе из контура скорости.

Фильтр имеет следующую передаточную функцию:

Принимаем [Ф]



5. Настройка регулятора на технический оптимум

Передаточная функция Пи -- регулятора тока реализованного на базе операционного усилителя имеет вид:

где: С_ос=210^-6Ф, тогда

- коэффициент передачи задержанной обратной связи по току 0,07

,

тогда:

Передаточная функция Пи -- регулятора тока для обеспечения условия технического оптимума в контуре регулирования тока имеет вид:



Приравняв выражения W_рт1(р) и W_рт2(р) получим выражения для нахождения R₁ и R₂:



6. Настройка регулятора скорости на симметричный оптимум

Контур тока в замкнутом состоянии можно приближенно представить апериодическим звеном с передаточной функцией:

Контур скорости, настроенный на симметричный оптимум в разомкнутом состоянии имеет передаточную функцию:

За малую постоянную времени принимаем , тогда:



7. Передаточная функция разомкнутого контура скорости

Для реализации требуемого регулятора тока необходимо подобрать настраиваемые элементы в цепях обратной связи и на входе усилителя, которых обеспечили бы получение желаемой передаточной функции. Задаемся приблизительным значением:

[Ом]

Максимальное значение сигнала обратной связи по скорости:

Считаем, что:

[Ом]

-коэффициент передачи обратной связи по скорости

Приравниваем желаемую передаточную функцию к действительной, тогда:

Передаточная функция Пи -- регулятора на базе операционного усилителя:



8. Переходный процесс в замкнутом контуре тока

U_зт=1 -- типовое воздействие (единичный скачек)

Показатели качества токового контура:

Контур тока имеет достаточный запас устойчивости, так как перерегулирование в полученном контуре составляет

;

t_п.пр=0,0186 [с]



9. Переходные процессы в замкнутом контуре скорости

Без фильтра на входе системы передаточная функция замкнутого контура скорости имеет вид:

U_зс=1 В -- типовое воздействие (единичный скачек)

щ_уст=2,3[рад/c] щ_max=3,24[рад/c]

Показатели качества управления контура скорости:

перерегулирование в контуре скорости составляет

Время переходного процесса: t_п.пр=0,06[c]

Передаточная функция замкнутого контура скорости с учетом фильтра на входе САУ:

2,36 [рад/c] щ_уст=2,21[рад/c]



Показатели качества управления скоростного контура:

U_зс=1 В

перерегулирование в контуре скорости составляет:

Время переходного процесса: t_{пр.ск.ф.}=0,05[c]



10. Переходный процесс по возмущению

Передаточная функция замкнутого контура скорости по отношению к возмущению:

,

Показатели качества управления по возмущению:

время переходного процесса t_пр.ск=0,1[c]



Вывод

На основании полученных показателей переходных процессов можно сделать вывод, что при введение в систему фильтра, время переходного процесса: t_{уст.без.ф.}=0.06[c]; t_{уст.с.ф.}=0.05[с] изменилось на 0,01[c]. Перерегулирование уменьшилось на 34%. Максимальная скорость при включении щ_max1=3,24[рад/c]; щ_max2=2,36[рад/c] изменилась на 0,88[рад/c], что уменьшает максимальный момент при включение двигателя и увеличивает долговечность работы и целостность материалов двигателя.



Библиографический список

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. -Изд.4, переработано и дополнено.- СПБ, Изд-во “Профессия”, 2003-752с.

2. Опадчий Ю.Ф Глудкин О.П, Гуров А. И. Аналогия и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред. О.П Глудкина ,- М.:Горячая линия- Телеком, 2003-768с.

3. Рапопорт Э. Я. Системы подчиненного регулирования элктроприводов постоянного тока: конспект лекций. -Куйбышев, КПтИ,1985-56с.

4. Чернов Е.А., Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ,- Горький: Волго-Вятское изд-во, 1989.

5. Технологическая документация на комплектный электропривод БТУ 3601

6. Техническая документация на комплектный электропривод ЭПУ.

Размещено на Allbest.ru

...