Особенности расчета двигателя постоянного тока с позиции объекта управления. Расчет тиристорного преобразователя, датчиков электропривода и датчика тока. Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Моделирование внешнего контура.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Курсовая работа по курсу:

"Теория автоматического управления"

на тему:

"Синтез системы подчиненного управления электропривода постоянного тока"

Содержание

Введение

Задание

Расчет двигателя постоянного тока как объекта управления

Расчет тиристорного преобразователя как усилителя мощности

Расчет датчиков электропривода

Принцип синтеза системы подчиненного управления электропривода

Расчет внутреннего контура на МО

Моделирование внутреннего контура на МО

Расчет внутреннего контура на СО

Моделирование внутреннего контура на СО

Расчет внешнего контура на МО

Моделирование внешнего контура на МО

Расчет внешнего контура на СО

Моделирование внешнего контура на СО

Расчет узла токов ограничения

Введение

Любая рабочая машина содержит рабочие органы, а они непосредственно осуществляют технологический процесс. Исполнительные органы технологических машин требуют регулирования скорости их движения в большинстве случаев. Исполнительный орган в процессе движения испытывает сопротивление, связанное с силами трения, давлением, деформацией материалов и др. Для выполнения технологической операции исполнительный орган рабочей машины должен совершат механическое движение с требуемой скоростью и преодолевать силы сопротивления. Для этого к нему подводится энергия от устройства, которое называется приводом. Привод - самый распространенный объект управления.

Все задачи, решаемые в ТАУ, можно объединить в два больших класса: задачи анализа и задачи синтеза (проектирования). К задачам анализа относятся: определение устойчивости, расчет точности систем в различных установившихся режимах, построение кривых переходных процессов, опенка качества работы системы по тем или иным критериям. Синтез является важнейшим этапом проектирования и конструирования систем управления. В общем случае при проектировании систем необходимо определить алгоритмическую и функциональную структуру, т.е. решить задачу полного синтеза. Алгоритмическую структуру системы (или ее части) находят при помощи математических методов и на основании требования, записанных в четкой математической форме. Поэтому процедуру отыскания алгоритмической структуры часто называют теоретическим синтезом или аналитическим конструированием системы управления. Синтез функциональной структуры или технический синтез заключается в выборе конкретных элементов с учетом их физической природы и согласования статических и энергетических характеристик смежных элементов. Этот этап проектирования не имеет строгой математической основы и относится к области инженерного искусства. Процессы определения алгоритмической и функциональной структур тесно переплетаются друг с другом. Нередко их приходится выполнять по несколько раз, чередуя между собой. Окончательное решение о структуре системы принимается, как правило, на основе компромисса между точностью и качеством, простотой и надежностью и другими показателями, т.е. синтез - многовариантный процесс. Заключительным этапом проектирования систем управления является параметрическая оптимизация- расчет настроечных параметров выбранного регулятора и корректирующих устройств синтезируемой части. После решения задачи синтеза обычно выполняют анализ синтезируемой системы: обладает ли вновь созданная система необходимыми показателями точности, устойчивости и качества. Если исходные требования выполняются не в полной мере, то уточняется и корректируется синтезируемая часть и вновь выполняется процедура анализа. На всех этапах синтеза и анализа целесообразно применение аналоговых и цифровых вычислительных машин (ВМ). Моделирование системы на ВМ позволяет исследовать большое количество вариантов структур и параметров и тем самым существенно ускорить решение задач синтеза.

Задание

R_я = 0,34 Ом

L_я = 0,04 Гн

U_ян = 204 В

I_ян = 52 А

n_н = 974 об/мин

J = 2,5 кг*м²

I_яmax = 130 А

Расчет двигателя постоянного тока как объекта управления

Расчет схемы двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Рис.1

Следующая система уравнений описывает работу двигателя

(1)

Здесь R_я=r_я+r_дн - сопротивление всей якорной цепи; L_я=L+L_др+L_дн - индуктивность якорной цепи; Ф - магнитный поток возбуждения; ? - угловая частота вращения вала двигателя; M - вращающий момент, развиваемый двигателем; M_c - момент сопротивления от рабочего механизма; I - момент инерции вращающихся частей; E - противо ЭДС якоря; с электромашинный коэффициент.

При расчетах электромеханических параметров ДПТ значения с и Ф отдельно не используют и в паспортных данных двигателей их не приводят. Произведение сФ определяют по паспортным данным двигателя для номинального режима в установившемся состоянии.

Из первых двух уравнений системы (1):

при условии: рад/с^-1

обозначим сФ = k

Из первых двух уравнений системы (1) получаем:

(2)

Уравнение (2) - дифференциальное уравнение 1-го порядка для якорной цепи: входной сигнал - напряжение U_я, выходной сигнал - ток якоря i_я. В операторной форме записи получим следующее:

(3)

Величина имеет размерность времени [с] и называется электромеханической постоянной времени якорной цепи.

(с)

Используя приращение , которое вызывает приращение тока при получаем из (3):

- дифференциальное уравнение в операторной форме.

Отсюда передаточная функция якорной цепи:

(4) - представляет собой апериодическое звено 1-го порядка

Теперь исходную систему (1) можно свести в следующую системы:

(5)

В этой системе уравнений (5) входом ДПТ является напряжение , выходом - частота вращения , нагрузка - , а ток является промежуточной величиной. Решим систему уравнений (5) относительно в зависимости от величин и . Из 2-го уравнения системы (5) находим:

Подставив значение в 1-е уравнение системы (5) получим:



Первое слагаемое определяет влияние на напряжение якоря , а второе - влияние момента нагрузки . Величина имеет размерность времени [с] и называется электромеханической постоянной времени.

(с)

Величина (с) - коэффициент передачи двигателя. Окончательно получим следующее выражение для передаточной функции ДПТ:

(6)

Следует отметить, что в статическом режиме (при р=0) формула (6) совпадает с известной формулой механической характеристики ДПТ:

(7)

Анализ передаточной функции ДПТ по выражению (6) показывает, что его структурная схема может быть представлена последовательным соединением апериодическою звена 1-го порядка и интегрирующего звена, охваченные отрицательной обратной связью.

Рис

Условным здесь является сравнение тока якоря с током нагрузки.

Получим передаточную функцию по данной схеме

Что полностью совпадает с передаточной функцией по формуле (6). Поэтому приведенная структурная схема является адекватной и полностью соответствует дифференциальному уравнению ДПТ.

Передаточная функция ДПТ является звеном 2-го порядка. Определим степень колебательности:

Т.к. , то данное звено 2-го порядка является колебательным.

Расчет тиристорного преобразователя как усилителя мощности

Тиристорный преобразователь (ТП) преобразует переменное напряжение сети в регулируемое постоянное напряжение для питания якорной цепи. Силовая схема трансформатор - выпрямительный мост - ДПТ следующая:

Рис. 2

Управляющим входом для ТП является выходное напряжение регулятора , выходом силовое напряжение . Работа ТП поясняется следующей диаграммой:

Рис.3

При Uр=0, ?=180⁰, Uтп=0;

При Uр=Uсх max, ?=0⁰, Uтп=Umax;

Таким образом соблюдается пропорция в промежуточных значениях

При Uр=Uсх max/2, ?=90⁰, Uтп= Umax/2

Система импульсно фазового управления (СИФУ) синхронно с изменением напряжения сети выдает импульсы на тиристоры. В результате на вход п...