Разработка системы позиционного управления электропривода переменного тока

Дискретное позиционное управление отдельным приводом. Обобщенная структурная схема системы позиционного управления асинхронным двигателем. Представление программы контроллера в виде диаграммы функциональных блоков. Математическая модель электропривода.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Дискретное позиционное управление отдельным приводом

3. Описание установки

3.1 Асинхроный электродвигатель модели Mitsubishi - A540

3.2 Фотоимпульсный датчик ЛИР-120А

3.3 Преобразователь частоты FR-A540

3.4 Программируемый логический контроллер Mitsubishi FX2N-16MT

4. Управляющая программа ПЛК

5. Математические модели электропривода в различных режимах работы

5.1 Математическая модель АД при управление по закону U/f=const

5.2 Модель привода в режиме управления скоростью

5.3 Модель привода в режиме управления положением

5.4 Создание модели в системе Matlab Simulink

Заключение

Список литературы



Введение

Типовые примеры роботов с позиционным управлением -- это промышленные роботы для точечной сварки, сборки и для обслуживания металлорежущих станков и другого подобного технологического оборудования.

Такие роботы имеют большое число (103-104) точек позиционирования рабочего органа благодаря применению приводов с позиционным управлением.

Процесс перемещения на очередной шаг, как и в цикловых приводах, состоит из этапов разгона, движения с постоянной скоростью и торможения. Однако здесь, в отличие от цикловых приводов, точность позиционирования, а также устойчивость и качество переходного процесса должны обеспечиваться системой управления. (Исключение составляют только получившие небольшое, как и цикловые приводы, распространение в робототехнике разомкнутые позиционные приводы на шаговых двигателях.)

Роботы с дискретным позиционным управлением должны обеспечивать устойчивость, качество управления и точность их систем управления.

Создание систем позиционного управления зависит от выбора привода осуществляющего перемещения манипулятора робототехнической системы. Современный этап развития приводов характеризуется значительным расширением области применения регулируемых электроприводов переменного тока.

В данном проекте будет использоваться асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Данный тип электропривода является наиболее распространенной электрической машиной, используемой в промышленности. Существует множество способов регулирования скорости вращения вала асинхронного электродвигателя. Такие способы, как изменение амплитуды напряжений, подаваемых на обмотки статора или переключение числа пар полюсов, не позволяют осуществить управление скоростью вращения ротора в широком диапазоне. Для того чтобы поддерживать скорость с высокой точностью и регулировать её в широком диапазоне, будет применяется способ частотного регулирования, это обеспечивается за счет использования преобразователя частоты. Для контроля скорости и положение электропривода будут использованы соответствующие датчики. Управление будет осуществляться программируемым логическим контроллером, по разработанному алгоритмы, также контроллер будет соединяться и обмениваться информацией с персональным компьютером пользователя.



1. Постановка задачи

Задание на проектирование:

Разработать систему позиционного управления электропривода переменного тока (мощн. АД 400 Вт). Дискретное позиционирование АД осуществить на базе привода Mitsubishi A540. Функции УУ реализовать программно-аппаратными средствами.

Ориентировочные этапы проектирования:

выбор элементов системы;

разработка структурной и функциональной схемы СУ;

разработка электрической схемы сопряжения ИД и датчиков с программно-аппаратным УУ;

разработка блок-схемы алгоритма дискретного позиционирования и электрической функциональной схемы УУ.



2. Дискретное позиционное управление отдельным приводом

Основной вариант алгоритма дискретного позиционного программного управления приводом соответствует структурной схеме следящей системы (см. рис. 2.1), которая последовательно отрабатывает дискретные шаги приращения управляемой выходной координаты qi. Эта схема может быть дополнена другими средствами коррекции, компенсирующими воздействиями по внешним возмущениям и прежде всего по нагрузке, торможением в точках позиционирования с помощью специально введенного в схему привода тормоза.

Рис. 2.1. Типовая схема позиционного управления приводом манипулятора:

Д -- двигатель, М -- механизм передачи и преобразования перемещения, ДП, ДС -- датчики положения и скорости, УУП, УУП1, УУП2 -- устройство управления и его две части

Наряду с общей обратной связью по положению в схеме имеется обратная связь по скорости, которая играет роль корректирующей гибкой обратной связи и часто, кроме того, служит для управления скоростью. Датчик скорости часто ставится не так, как показано (см. рис. 2.1), а на выходе двигателя перед механизмом.

Когда надо обеспечить максимальное быстродействие, синтез соответствующего оптимального алгоритма управления, приводит к релейному управлению. Но поскольку такая система двухпозиционного релейного управления неустойчива в малом, при подходе к точкам позиционирования необходимо переходить на другой алгоритм управления. В результате получается система так называемого дуального управления с переменной структурой, показанная на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема системы позиционного управления приводом: КЭ - коммутирующий элемент

Устройство управления непрерывного действия включается вблизи очередной точки позиционирования, т. е. при малом рассогласовании Дq = q ? q'3 , а устройство релейного управления -- в момент подачи программного задания на очередной шаг, а также вообще при возникновении больших рассогласований, вызванных любыми причинами. (Коммутирующий элемент на рис. 2.2 показан условно. Такой же алгоритм может быть реализован с помощью управляемых ключей, осуществляющих нужного знака форсировку двигателя в соответствующие интервалы времени.)



3. Описание установки

Обобщенная структурная схема системы позиционного управления асинхронным двигателем представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Обобщенная схема лабораторной установки.

где 1 - программируемый логический контроллер FX-2N; 2 - цифро-аналоговый преобразователь FX-2N-DA; 3 - преобразователь частоты FR-A540; 4 - асинхронный электродвигатель мод. Mitsubishi-A540; 5 - фотоимпульсный датчик ЛИР 120А

Для управления двигателем используется преобразователь частоты FR-A540 мощностью 1.5 кВт. Программируемый логический контроллер управляет асинхронным двигателем путем подачи дискретных сигналов «старт - реверс - стоп» на входы преобразователя частоты Fx, Rx. Для регулирования частоты вращения ротора электродвигателя используется аналоговый сигнал Ua (от 0 до 10 В), подаваемый на вход преобразователя частоты V1 и пропорциональный требуемой частоте вращения ротора. Рассмотрим элемент установки подробнее.



3.1 Асинхронный электродвигатель модели Mitsubishi-A540

Объектом управления в данной системе позиционирования является асинхронный электродвигатель модели Mitsubishi-A540. Основные характеристики этого двигателя представлены в таблице №1.

Таблица №1. Характеристики Mitsubishi-540

Тип FR-A540-_ _K	0.4
Мощность двигателя, кВт	0.4
Номинальная мощность, кВА (Pном)	1.1
Номинальный ток, А (Iном)	1.5
Номинальная частота вращения ротора, об/мин (nном)	1380
КПД (з) (при загрузки 100/75%)	76/68%
Перегрузка	150% 60сек, 200% 0.5сек.
Напряжение	Три фазы, 380-480В 50/60Гц
Момент торможения (Максимальный), знач./время	100%/5сек
Момент торможения (допустимое значение)	2%
Номинальное входное напряжение	Три фазы, 380-480В 50/60Гц
Мощность источника питания, кВА	1.5
Допустимое отклонение частоты	±5%
Степень защиты	Тип защиты IP20
Охлаждение	Естественное