Синтез скалярной и векторной систем управления электроприводом

Функциональная и структурная схемы скалярного и векторного управления электроприводом. Определение статических и динамических параметров элементов силовой части и системы управления электроприводом. Определение параметров регуляторов тока и скорости.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

1. Технические данные силовой части электропривода

2. Функциональная и структурная схемы скалярного и векторного управления ЭП

3. Определение статических и динамических параметров элементов силовой части и системы управления электроприводом

4. Построить ЛАЧХ разомкнутых контуров регулирования тока и скорости двигателя для заданного режима работы преобразователя частоты

5. Определить параметры регуляторов тока и скорости, обеспечивающие требуемые динамические показатели электропривода

6. Построить ЛАЧХ замкнутых контуров регулирования тока и скорости двигателя для заданного режима работы преобразователя частоты

7. Определить темп изменения выходного сигнала задатчика интенсивности при пуске и торможении, при котором ток статора не будет превышать заданное значение

8. Построить зависимости тока и скорости двигателя от времени для трех видов воздействий:

а) скачкообразное задание номинальной скорости;

б) задание номинальной скорости по задатчику интенсивности;

в) наброс номинальной нагрузки

9. Построить зависимости тока и скорости двигателя от времени при тех же видах воздействий, если в процессе работы ранее настроенного электропривода произошло:

а) увеличение момента инерции в два раза;

б) увеличение коэффициента обратной скорости в два раза;

в) увеличение коэффициента усиление регулятора в два раза

Выводы

Литература



1. Технические данные силовой части электропривода

Асинхронный электродвигатель. Тип 4А80S4У3; P_Н = 3 кВт; U_1Н = 380 В; I_1Н = 8 А; n_НОМ = 2901 об/мин; ; cosц = 0,83; ; ; J = 0,0058 кгм².

- заданная величина перерегулирования скорости двигателя в %,

= 20%

- статическая ошибка регулирования скорости двигателя в %;

2. Функциональная и структурная схемы скалярного и векторного управления ЭП

Скалярное управление

На рис. 2.1 приведена функциональная схема скалярной системы управления ЭП

Рис. 2.1 Система скалярного управления с обратной связью по скорости



АД - асинхронный двигатель;

ТГ - тахогенератор;

ПЧ - преобразователь частоты;

ДТ - датчик тока;

ФБ - функциональный блок;

БО - блок ограничения;

Д - диод;

Р - регуляторы.

Структурная схема скалярного управления представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2 Структурная схема системы ПЧ-АД с обратной связью по скорости

Векторное управление

Функциональная схема системы векторного управления представлена на рис. 2.3., структурная схема представлена на рис. 2.4.

АД - асинхронный двигатель;

ТГ - тахогенератор;

ПЧ - преобразователь частоты;

ДТ - датчик тока;

ПФ - фазный преобразователь;

ВУ - блок ввода управления;

ЗИ - задатчик интенсивности;

РТ - регулятор тока;

РП - регулятор потока;

РС - регулятор скорости.

Рис. 2.2 Функциональная схема системы управления с прямой ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД

Рис. 2.2 Структурная схема системы ПЧ-АД при ориентации координат х, у по потокосцеплению ротора



3. Определение статических и динамических параметров силовой части и системы управления

Параметры двигателя

Скорость холостого хода:

Номинальная скорость:

Номинальный момент двигателя:

Критический момент двигателя:

Критическое скольжение:

Модуль жесткости механической характеристики:

Суммарный момент инерции ЭП, приведенный к валу двигателя. Примем его равным 1,4J_дв:

Механическая постоянная времени:

.

Электромагнитная постоянная времени:

Параметры преобразователя частоты

Постоянная времени цепи управления ПЧ:

Получены все параметры разомкнутой системы электропривода в соответствии со схемой рис. 2.2.

4. Построение ЛАЧХ разомкнутых контуров регулирования тока и скорости двигателя для заданного режима работы преобразователя

Реализовано частотное управление в скалярной системе. ЛАЧХ разомкнутого контура строим в Matlab Simulink.



Рис. 4.1 Структурная схема разомкнутой системы ПЧ-АД

Рис. 4.2 Переходная функция скорости

Рис. 4.3 ЛАЧХ разомкнутой системы ПЧ-АД

Построена переходная функция скорости для разомкнутой системы. По ней видно, что функция скорости имеет перерегулирование:



В разомкнутой системе эта величина превышает заданное значение перерегулирования скорости. Для обеспечения требуемых статических и динамических характеристик необходимо синтезировать замкнутую систему управления скорости.

Допустимые значения перерегулирования и статической ошибки:

= 20% - перерегулирование

= 0.8 - статическая ошибка.

5. Определение параметров регуляторов тока и скорости, обеспечивающие требуемые динамические показатели электропривода

Скалярное управление

Передаточная функция цепи обратной связи по скорости:

k_ос

Желаемая передаточная функция:

W_жел =,

где - некомпенсируемая постоянная времени (=).

Передаточная функция объекта регулирования:

=

W_рс = ==

,

где можно пренебречь;

- соотношение постоянных контура регулирования скорости. При настройке не технический оптимум соотношение между колебательностью системы и ее быстродействием =2.

W_рс =

k_PC== = 8.9

= = 0,00415

Смоделируем замкнутую систему с полученными параметрами регулятора. Схема системы приведена на рис.

Рис. 5.1 Структурная схема разомкнутой и замкнутой систем

Получены переходные функции, представленные на рис. 5.2. Замкнутая система неустойчива. Необходимо подобрать параметр , чтобы система была устойчива и перерегулирование не превышало 20%.

Рис. 5.2 Переходные функции скорости замкнутой системы

Изменяя параметры регулятора, добиваемся желаемого переходного процесса. Переходная функция скорости имеет перерегулирования при = 12 не выше заданного.

ПИ-регулятор скорости при параметре = 12 имеет вид:

W_рс = =

Переходная функция скорости приведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3 Переходная функция скорости в замкнутой системе

На рис. 5.4, 5.5 изображены схема и график задания скорости, если:

- Увеличение момента инерции в два раза,

- Увеличение коэффициента усиления регулятора скорости в два раза,

- Увеличение коэффициента обратной связи по скорости в два раза

На рис. 5.6 изображены графики наброса нагрузки Мс, если:

- Увеличение момента инерции в два раза,

- Увеличение коэффициента усиления регулятора скорости в два раза,

- Увеличение коэффициента обратной связи по скорости в два раза.

Рис. 5.4 Схема разомкнутого и замкнутого контуров регулирования скорости

Рис. 5.5 Зависимости для разных режимов

скалярный векторный статический динамический электропривод



Рис. 5.6 Графики наброса нагрузки М_с

Векторное управление

Необходимо рассчитать параметры регуляторов по рис.

1) Определение параметров контура регулирования тока статора

Структурная схема контура регулирования тока представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7 Структурная схема регулирования тока

Желаемая передаточная функция контура тока статора:

, где

- суммарная некомпенсируемая постоянная контура регулирования тока;

- соотношение постоянных контура регулирования тока. При настройке на технический оптимум = 2.

Коэффициент обратной связи по току:

k_ОТ = =

= 8...