Файл: Расчет системы управления электроприводом с подчиненным регулированием координат.doc

То есть в качестве регулятора скорости при настройке на симметричный оптимум используется ПИ-регулятор.

В физических системах регулятор, как правило, реализуются на операционных усилителях (рис.7), передаточная функция которых определяется как отношение операторных сопротивлений обратной связи к входному сопротивлению:

.

(17)

Рис.7. Принципиальная схема ПИ-регулятора
Выражение (17) показывает, что ПИ-регулятор состоит из параллельного соединения усилительного и интегрирующего звеньев, параметры которых определяются уравнениями:

, ,

(18)

где k_П – коэффициент усиления регулятора;

Т_И – постоянная времени интегрирования регулятора.

Задавшись одним из параметров, например емкостью, по заданным значениям k_П и Т_И определяются резисторы сопротивления. Причем емкость С следует выбирать такой величины, чтобы сопротивления находились в определенных пределах: нижний – определяется допустимой нагрузкой операционных усилителей (суммарное сопротивление нагрузки не должно быть больше 2,4 кОм), верхний – помехоустойчивостью схемы (свыше 100 кОм чувствительность схемы к помехам растет). Оптимальная величина сопротивлений лежит в пределах 10…60 кОм.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. На основании исходных данных рассчитать недостающие параметры.

3. Исследовать внутренний контур тока, настроенный на технический оптимум. Рассчитать ПФ регулятора, построить переходные процессы и ЛАЧХ без регулятора и с ним. Сделать выводы.

4. Исследовать внешний контур скорости, настроенный на технический оптимум. Рассчитать ПФ регулятора, построить переходные процессы и ЛАЧХ без регулятора и с ним. Сделать выводы.

---

5. Исследовать внешний контур скорости, настроенный на симметричный оптимум. Рассчитать ПФ регулятора, построить переходные процессы и ЛАЧХ без регулятора и с ним. Сделать выводы.

6. Определить параметры ПИ-регуляторов, реализованных на операционном усилителе, емкости и сопротивлений.

7. Составить отчет по работе.
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
Исходные данные.

Силовая часть электропривода представляет собой систему тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Номинальные напряжения, ток, момент и скорость двигателя:

U_НОМ=220 В, I_НОМ=21 А, М_НОМ=23,5 Н·м, ω_НОМ=162 рад/с.

Сопротивление и индуктивность якоря и момент инерции двигателя:

R_Я=1,8 Ом, L_Я=0,019 Гн, J=0,05 кг·м².

Коэффициент усиления и постоянная времени преобразователя:

k_П=25, Т_П=Т_μ=0,005 с.

Передаточный коэффициент тахогенератора (обратная связь по скорости):

k_ТГ= k_ОС=0,035 В·с/рад.

Передаточный коэффициент обратной связи по току:

k_ОТ =0,16 В/А.

Решение.

1) Рассчитаем недостающие параметры.

Коэффициент ЭДС k_Е:

, В·с.

Коэффициент момента k_М:

, Н·м А^-1.

Электромагнитная постоянная времени двигателя:

с.

Механическая постоянная времени двигателя:

с.

Вспомогательный коэффициент k₀:

, А/В.

2) Настроим внутренний контур тока на технический оптимум. Передаточная функция регулятора тока согласно (9):

.

Передаточная функция замкнутого контура, согласно (11):

.

Исследование внутреннего контура с регулятором и без, осуществляется самостоятельно, путем построения переходных процессов и логарифмических амплитудно-частотных характеристик.

3) Настроим внешний контур скорости на технический и симметричный оптимум. Передаточная функция регулятора скорости, настроенного на ТО, согласно (13):

---

.

Передаточная функция регулятора скорости, настроенного на СО, согласно (16):

.

4) Исследуем систему управления электропривода. На рис.8 представлены переходные процессы системы ( 1 – без регулятора скорости, 2 – с регулятором, настроенным на ТО, 3 – с регулятором, настроенным на СО). На рис.9 соответственно представлены логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ). По построенным графикам определяются все характеристики и делаются выводы о влиянии на качество процессов регуляторов, настроенных на технический и симметричный оптимум.


Рис.8. Переходные процессы внешнего контура скорости



Рис.9. ЛАЧХ внешнего контура скорости
5) Определим параметры ПИ-регуляторов.

Параметры усилительного и интегрирующего звеньев ПИ-регулятора тока, равны соответственно: k_П=0,495, Т_И=0,022. Зададимся значением емкости С=1 мкФ, тогда с учетом (18):

кОм, кОм.

Параметры усилительного и интегрирующего звеньев ПИ-регулятора скорости, равны соответственно: k_П=11,094, Т_И=1,8·10^-3. Зададимся значением емкости С=0,5 мкФ, тогда с учетом (18):

кОм, кОм.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

№	UНОМ	IНОМ	МНОМ	ωНОМ	RЯ	LЯ	J	kП	ТП	kОС	kОТ
1	60	2,86	0,39	314	0,46	0,02	15,3·10-4	25	0,009	0,016	1,17
2	60	2,27	0,49	209	0,94	0,038	15,3·10-4	50	0,008	0,024	1,47
3	110	1,53	0,39	314	1,48	0,069	15,3·10-4	25	0,009	0,016	2,18
4	110	1,22	0,49	209	3,0	0,129	15,3·10-4	50	0,009	0,024	2,73
5	60	4,57	0,65	314	0,23	0,013	20,4·10-4	25	0,011	0,016	0,73
6	60	2,72	0,585	209	0,52	0,032	20,4·10-4	50	0,012	0,024	1,23
7	110	2,46	0,65	314	0,765	0,043	20,4·10-4	25	0,011	0,016	1,36
8	110	1,46	0,585	209	1,74	0,108	20,4·10-4	50	0,012	0,024	2,28
9	60	5,6	0,81	314	0,284	0,01	35,7·10-4	25	0,007	0,016	0,60
10	60	4,3	0,97	209	0,645	0,02	35,7·10-4	50	0,006	0,024	0,78
11	110	3,05	0,91	314	0,945	0,034	35,7·10-4	25	0,007	0,016	1,09
12	110	2,33	0,97	209	2,2	0,068	35,7·10-4	50	0,006	0,024	1,43
13	110	8,2	2,96	262	0,237	0,015	135·10-4	25	0,013	0,019	0,41
14	110	5,0	2,92	157	0,605	0,042	135·10-4	50	0,014	0,032	0,67
15	220	4,1	2,96	262	0,85	0,061	135·10-4	25	0,014	0,019	0,81
16	220	2,5	2,92	157	2,38	0,168	135·10-4	50	0,014	0,032	1,33
17	110	19,2	6,25	262	0,147	0,006	408·10-4	25	0,008	0,019	0,17
18	110	13,0	7,15	157	0,42	0,016	408·10-4	50	0,008	0,032	0,26
19	220	9,5	6,25	262	0,58	0,066	408·10-4	25	0,023	0,019	0,35
20	220	6,4	7,15	157	1,7	0,027	408·10-4	50	0,003	0,032	0,52
21	110	36,6	12,5	262	0,06	0,003	662·10-4	25	0,010	0,019	0,09
22	110	18,2	10,4	157	0,192	0,012	662·10-4	50	0,013	0,032	0,18
23	220	12,6	10,7	262	0,435	0,014	662·10-4	25	0,006	0,019	0,26
24	220	18,2	12,5	157	0,239	0,023	662·10-4	50	0,019	0,032	0,18
25	220	27,2	19,4	262	0,39	0,009	127·10-4	50	0,005	0,019	0,12

---

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. В чем заключается принцип подчиненного регулирования?

2. Как рассчитываются постоянные времени ДПТ?

3. Как выглядит структурная схема системы управления электроприводом постоянного тока с подчиненным регулированием координат?

4. Какой контур являются внутренним и внешним, какие постоянные времени компенсируются регуляторы в каждом случае?

5. В чем смысл настройки на технический оптимум?

6. Как выглядит передаточная функция разомкнутой системы при настройке на технический оптимум.

7. Какие параметры переходного процесса и ЛАЧХ имеет система при настройке на ТО?

8. Как выглядит регулятор внутреннего контура при настройке на ТО, когда объектом регулирования является апериодическое звено?

9. Как выглядит регулятор внешнего контура при настройке на ТО, когда объектом регулирования является интегрирующее звено?

10. В чем смысл настройки на симметричный оптимум?

11. Как выглядит передаточная функция разомкнутой системы при настройке на симметричный оптимум.

12. Какие параметры переходного процесса и ЛАЧХ имеет система при настройке на СО?

13. Как выглядит схема ПИ-регулятора?

14. По какому принципу осуществляется подбор элементов для ПИ-регулятора, реализованного на операционных усилителях?
ВРЕМЯ, ОТВЕДЕННОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1. Подготовка к работе – 1,0 акад.час

2. Выполнение работы – 2,0 акад.часа

3. Оформление работы – 1,0 акад.час
ЛИТЕРАТУРА
1. Терехов В.М. Системы управления электроприводов: учебник для студентов высш.учеб.заведений / В.М.Терехов, О.И.Осипов; под ред. В.М.Терехова. – 2-е изд., стер. – М.: «Академия», 2006. – 304с.

2. Соседка В.Л. Локальные системы автоматики и следящий электропривод: учеб.пособие для студ. высш.учеб.заведений / В.Л.Соседка. – Днепропетровск: НГУ, 2003. – 144 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 2

Основные теоретические сведения 2

Порядок выполнения работы 13

Пример выполнения задания 13

Варианты заданий 15

Вопросы для самопроверки 17

Время, отведенное на выполнение работы 17

Литература 17
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ КООРДИНАТ
Методические указания к выполнению практической работы по курсу

«Электромеханические системы» для студентов специальности 210100 всех форм обучения

Составили: Мефедова Юлия Александровна

Власов Вячеслав Викторович

Рецензент Т.Н. Скоробогатова

---

Редактор Л.В.Максимова

Корректор А.М.Рогачева

Подписано в печать		Формат 60х84 1/16
Бумага тип.	Усл. печ. л. 1	Уч.-изд.л. 0,875
Тираж 100 экз.	Заказ	Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, г.Саратов, ул.Политехническая, 77

Копипринтер БИТТиУ, 413840, г.Балаково, ул. Чапаева, 140

---