Учебная работа. Разработка системы управления двигателя постоянного тока

Учебная работа. Разработка системы управления двигателя постоянного тока

18

Содержание

Введение…………………………….…………………………………………………2

1. Определение характеристик и структуры объекта управления.….…………….3

2. Разработка метода управления и расчёт характеристик устройств управления…………………………………………………………………………7

3. Моделирование действий управления, определение и оценка характеристик свойства…………………………………………………………………………..16

4. Разработка принципной электронной схемы и выбор её частей.23

Перечень литературы.………………………………………….………………..…39

Введение

На современном шаге, характеризующемся приоритетным развитием машиностроения и автоматизации производства, автоматический электропривод сформировался как самостоятельное научное направление, в значимой степени определяющее прогресс в области техники и технологии, связанных с механическим движением, получаемым методом преобразования электронной энергии. Сиим разъясняется большенный энтузиазм профессионалов к новеньким разработкам в данной отрасли техники и к ее научным дилеммам.

Верно обусловился объект научного направления — система, отвечающая за управляемое электромеханическое преобразование энергии и включающая два взаимодействующих канала — силовой, состоящий из участка электронной сети, электронного, электромеханического, механического преобразователей, технологического рабочего органа, и информационный канал. В рамках данного курсового проекта рассматривается разработка информационного канала.

1. Определение характеристик и структуры объекта управления

В состав объекта управления заходит движок неизменного тока независящего возбуждения с параметрами по табл. 10.11 [1, стр. 277]:

— номинальная мощность,

— номинальное напряжение питания обмотки возбуждения и якорной цепи,

— КПД,

— номинальная частота вращения,

— наибольшая частота вращения,

— сопротивление обмотки якоря,

— сопротивление дополнительных полюсов,

— индуктивность обмотки якоря,

— сопротивление обмотки возбуждения,

— момент инерции якоря.

— число пар полюсов.

— коэффициент инерционности механизма.

Данный ЭД предназначен для работы в широкорегулируемых электроприводах, соответствует , имеет защищенное выполнение, с независящей вентиляцией (асинхронный движок ).

Номинальная угловая скорость вращения

Наибольшая угловая скорость вращения:

Номинальный ток якоря:

Суммарное сопротивление якорной цепи:

Произведение неизменной машинки на номинальный поток:

Неизменная времени якорной цепи:

Номинальный момент:

Номинальный ток обмотки возбуждения:

Исходя из высоты оси вращения по табл. 1 [2, стр. 5]:

По рис. 4 [2, стр. 10]:

По рис. 2б [2, стр. 8]:

По табл. 2 [2, стр. 9] для класса изоляции :

По табл. 3 [2, стр. 10] для :

совсем получим:

По рис. 3 [2, стр. 9]:

Полюсное деление равно:

Число витков обмотки возбуждения [2, стр. 27]:

Номинальный магнитный поток:

Неизменная машинки:

Коэффициент рассеяния [3, стр. 38]:

Индуктивность обмотки возбуждения:

Неизменная времени обмотки возбуждения:

Неизменная времени обмотки возбуждения:

Суммарный момент инерции механизма:

Так же объёкт управления содержит возбуждения и напряжения якоря, частота коммутации которых:

Неизменная времени преобразователей равна:

Потому что и представим преобразователи в виде пропорциональных звеньев, откуда с учетом спектра обычных управляющих сигналов () имеем и наибольшей скважности () получим:

2. Разработка метода управления и расчёт характеристик устройств управления

объект управления описывается последующими уравнениями [3, стр.38-39]:

Выберем двухконтурную систему управления скорости с внутренним контуром потока (рис. 1).

Рис. 1. Двухконтурная система регулирования скорости.

Всепригодная кривая намагничивания представлена на рис. 3.

Потому что регулирование происходит конфигурацией потока, малый поток будет при наибольшей скорости:

Малый ток возбуждения (по рис. 3):

Рис. 3. Всепригодная кривая намагничивания.

При всем этом коэффициент линеаризации кривой намагничивания лежит в спектре:

Наибольшая неизменная времени потока:

Коэффициент форсирования тока возбуждения [4, стр. 559]:

Малая неизменная времени:

Предпочитаемая передаточная функция замкнутого контура потока:

Предпочитаемая передаточная функция разомкнутого контура потока:

Передаточная функция разомкнутого контура потока:

Коэффициент оборотной связи по сгустку:

Передаточная функция регулятора потока:

где

Коэффициент подлежит определению безпрерывно, для чего же контур потока будет изменен (рис. 4.).

Рис. 4. Измененный контур регулирования потока.

Коэффициент оборотной связи по скорости:

Коэффициент оборотной связи ЭДС:

Коэффициент оборотной связи по току возбуждения:

Коэффициент нормализации

С учётом этого:

Наружный контур скорости представлен на рис. 5.

Рис. 5. Контур регулирования скорости.

Предпочитаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости:

Передаточная функция разомкнутого контура скорости:

Передаточная функция регулятора скорости

где

Потому что перегрузка с неизменной мощностью изменяет символ и коэффициент подлежит определению безпрерывно контур скорости также будет изменен (рис. 6.).

Рис. 6. Измененный контур регулирования скорости.

Коэффициент оборотной связи по току якоря:

Отсюда следует:

Передаточная функция контура возмещающего воздействие перегрузки:

Коэффициент задания мощности перегрузки:

Откуда (с учётом принятых выше коэффициентов) имеем:

где

структура системы управления стабилизатором напряжения в цепи якоря приведена на рис. 7.

Рис. 7. Контур управления напряжением якоря.

тут:

Структурная схема всей системы управления и объекта приведена на рис. 8.

Рис. 8. Структурная схема системы управления и объекта.

3. Моделирование действий управления, определение и оценка характеристик свойства

Модель объекта и системы управления в комплексе представлена на рис. 9.

Моделирование будем проводить по нижеследующему методу:

Запуск на номинальную скорость —

наибольший скачёк задания -, (рис. 10 — рис. 14)

Проверка отработки задания

(рис. 15 — рис. 10)

Рис. 9. Модель объекта и систему управления.

Рис. 10. Зависимость от времени.

Рис. 11. Зависимость и от времени.

Рис. 12. Зависимость и от времени.

Рис. 13. Зависимость и от времени.

Рис. 14. Зависимость от времени.

Рис. 15. Зависимость от времени.

Рис. 16. Зависимость и от времени.

Рис. 17. Зависимость от времени.

Рис. 18. Зависимость и от времени.

Рис. 19. Зависимость от времени.

Для технического оптимума:

-перерегулирование составляет:

—время нарастания:

По результатам моделирования:

-перерегулирование составляет:

—время нарастания:

Статическая ошибка отсутствует.

Отсюда можно прийти к выводу:

динамика и статика спроектированной системы стопроцентно удовлетворяет требованиям технического задания.

4. Разработка принципной электронной схемы и выбор её частей

Оборотная связь по скорости.

Рис. 20. Оборотная связь по скорости.

Схема оборотной связи по скорости представлена на рис. 20, тут:

-фильтр коллекторных пульсаций тахогенератора с :

— ,

—

-цепь защиты от обрыва оборотной связи:

— с параметрами

— наибольший прямой ток,

— прямое напряжение,

— наибольшее оборотное напряжение,

— ёмкость диодика,

— наибольшая рабочая частота;

-тахогенератор интегрированный в движок:

-коэффициент усиления схемы:

,

,

— ,

;

-усилительный элемент:

— с параметрами

— напряжение питания,

— наибольшее выходное напряжение,

— входной ток,

— коэффициент нарастания напряжения,

— коэффициент усиления по напряжению,

— наибольшая рабочая частота;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя:

— ,

Оборотная связь по току якоря.

Рис. 21. Оборотная связь по току якоря.

Схема оборотной связи по току якоря представлена на рис. 21, тут:

-фильтр пульсаций с :

— ,

— ;

-датчик тока:

— с параметрами :

— номинальный входной ток,

— напряжение питания,

— сопротивление перегрузки,

— коэффициент датчика тока;

-коэффициент усиления схемы:

— ,

-,

-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: — .

Оборотная связь по току возбуждения.

Рис. 22. Оборотная связь по току возбуждения.

Схема оборотной связи по току возбуждения представлена на рис. 22, тут:

-фильтр пульсаций с :

— ,

— ;

-датчик тока:

— с параметрами

— номинальный входной ток,

— напряжение питания,

— сопротивление перегрузки,

— коэффициент датчика тока;

-коэффициент усиления схемы:

,

— ,

,

-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: — .

Оборотная связь по ЭДС.

Рис. 23. Оборотная связь по ЭДС.

Схема оборотной связи по ЭДС представлена на рис. 23, тут:

-фильтр пульсаций с :

— ,

— ;

-датчик напряжения:

— с параметрами :

— номинальный входной ток,

— напряжение питания,

— сопротивление перегрузки,

— коэффициент датчика напряжения;

-коэффициент усиления схемы:

— ,

-,

-,

-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: —

Оборотная связь по сгустку.

Рис. 24. Оборотная связь по сгустку.

Схема оборотной связи по сгустку представлена на рис. 24, тут:

-коэффициент усиления схемы:

,

— ,

— ,

-,

-;

—защита от отрицательного напряжения: —

-ограничение :

— с параметрами:

— напряжение стабилизации,

— ток стабилизации;

— с параметрами:

— напряжение стабилизации,

— ток стабилизации;

-;

—

-перемножитель напряжения: — с параметрами:

— напряжение питания,

— наибольшее выходное напряжение,

— входной ток,

— коэффициент нарастания напряжения,

— коэффициент умножения,

— наибольшая рабочая частота;

-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания: — .

Модульная функция.

Рис. 24. Модульная функция.

Схема модульной функции представлена на рис. 24, тут:

-сопротивления: -;

-усилительный элемент: -;

-фильтр пульсаций напряжения питания усилителя: — .

Регулятор скорости.

Рис. 25. Регулятор скорости.

Схема регулятора скорости представлена на рис. 25, тут:

—тут:

—тут:

— ,

-,

-,

-,

Реле защиты.

Рис. 28. Реле защиты.

Схема реле защиты представлена на рис. 28, тут:

-,

-,

-,

—

Перечень литературы

1. Справочник по электронным машинкам: В 2 т./ Под общ. Ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. — М.: Энегроатомиздат, 1988, — 456 с.

2. Заборщикова А. В., Мельников В. И. «Движки неизменного тока для автоматического электропривода»: Учебное пособие. — СПб: Петербургский гос. ун-т путей сообщ., 1994. — 84 с.

3. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. «Управление электроприводами» : Учебное пособие для вузов. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1982. — 392 с., ил.

4. Ключев В. И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. — 2-е изд. Перераб. И доп. — М.: Энегроатомиздат, 2001. — 704 с.: ил

5. Герман-Галкин С. Г. И др. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986.-246 с.

4. Справочник разраба и конструктора РЭА. Элементная база : В 2 кн. / Масленников М. Ю., Соболева Е. А и др. — М.: Б. И., 1996.-157-300с.

5. Операционные усилители и компараторы. — М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002.-560 с.

. Бурков А. Т. Электрическая техника и преобразователи: Учеб. Для вузов ж.-д. трансп. — М.: Транспорт, 1999.-464 с.

6. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы. — М.: Энергоатомиздат, 1990.-288с.

]]>