Деятельность предприятия

Рисунок 2.5 - Упорная электромеханическая характеристика в замкнутой САУ ЭП

 

- фактический диапазон регулирования :

 

.    (2.41)

 

  - статизм:

 

  ;  (2.42)

 

- жесткость   характеристики 

 

                             (2.43)

2.5 Расчет и  выбор регуляторов скорости и  тока и их нелинейных звеньев

 

Рисунок 2.6 – Схема НЗ2 и регулятора скорости	Рисунок 2.7 – Статическая  характеристика регулятора скорости и  НЗ2

 

Выбор регулятора скорости и зоны насыщения НЗ2 осуществляется в соответствии с рисунком 2.6.

Входное напряжение на НЗ2 (определяется разностью между напряжением задания и сигналом обратной связи по скорости):

 

   (2.44)

 

Напряжение  на выходе регулятора скорости при :

 

    (2.45)

 

Рисунок 2.8 – Схема НЗ1 и регулятора тока	Рисунок 2.9 – Сигнал на входе регулятора тока – напряжение сравнения внутреннего  контура

 

Реализация  регулятора тока и зоны нечувствительности в контуре тока НЗ1 осуществляется в соответствии с рисунком 2.8.

Значение  коэффициента обратной связи по току выбирается из соотношения:

 

                  (2.46)

 

Напряжение  сравнения:

 

   (2.47)

 

Для осуществления  отсечки по току принимаем стабилитроны на напряжение срабатывания , для формирования зоны насыщения принимаем стабисторы, так как .

По справочнику  выбираем стабилитрон типа КС133А

( ) и стабистор типа КС107А

 ( ).

 

3 ДИНАМИКА САУ РЭП

3.1 Составление  структурной схемы в соответствии  с заданным порядком астатизма  и функциональным назначением  электропривода

Структура САУ РЭП реализует идею подчиненного регулирования с последовательной коррекцией. Данная система является  астатической системой первого порядка (системой однократного интегрирования).

 

 

Рисунок 3.1 –  Структурная схема РЭП

 

 

Регулятор во внутреннем токовом контуре РЭП  представляется ПИ-регулятором с  передаточной функцией , полученной в результате суммирования усилительного и интегрирующего звена ,   

где – коэффициент регулятора тока интегрирующий:

 

                           

                                (3.1)

 

где – некомпенсируемая постоянная времени.

 

       

    (3.2)

 

           

    (3.3)

 где ;

 

           

 

Тогда .

 

Учитывая, что  , получим:

 

                                                

                      (3.4)

 

Рисунок 3.2 – Структура регулятора тока

Величины  сопротивлений  и рассчитаны в п.2.3: , . Учитывая, что и , принимаем емкость конденсатора C 60 мкФ.

 

Регулятор во внешнем контуре скорости РЭП  является П-регулятором с коэффициентом  усиления . Регулятор реализован на операционном усилителе, охваченном обратной связью.

 

 

Рисунок 3.3 – Структура регулятора скорости

 

 

Задатчик интенсивности, коэффициенты обратной связи, нелинейные элементы схемы 3.3 рассчитаны ранее.

Тиристорный преобразователь является апериодическим звеном САУ со следующей передаточной функцией:

 

    

     (3.5)

где .

 

Электрическая часть двигателя (статор) имеет передаточную функцию:

 

    

     (3.6)

где .

 

Статический ток, соответствующий приложенной  нагрузке:

 

.            (3.7)

 

Механическая  часть двигателя (ротор) имеет передаточную функцию:

 

                    

                     (3.8)

3.2 Расчет переходных  процессов в РЭП

 

Переходный  процесс по определенному параметру  представляет собой графическое  решение дифференциального уравнения, описывающего движение исследуемой  системы по соответствующей координате. Поэтому переходные процессы по току и скорости в РЭП рассчитываются на основе решения соответствующих  дифференциальных уравнений.

3.2.1 Составление  дифференциальных уравнений в  форме Коши и уравнений связи

 

Система дифференциальных уравнений составляется на основе структурной схемы, показанной на рисунке 3.1. На схеме выходные и  выходные параметры звеньев, в знаменателе  передаточных функций которых содержится оператор p, обозначаются через и y с соответствующими индексами. Нелинейные звенья НЗ1 и НЗ2 представлены в виде функций F1 и F2 соответственно. Дифференциальные уравнения, описывающие каждое из указанных звеньев, получают путем преобразования их передаточных функций. Уравнения, записанные в форме Коши, имеют следующий вид:

1. интегральная часть регулятора тока:

 

      (3.9)

 

2. Тиристорный преобразователь:

 

     (3.10)

 

3. электрическая часть двигателя (статор):

 

       

      (3.11)

 

4. механическая часть двигателя (ротор):

 

(3.12)

 

Входные параметры  описываются следующими алгебраическими уравнениями:

 

1.   (3.13)
2.     (3.14)
3.     (3.15)
4.        (3.16)

3.2.2 Составление  таблицы исходных расчетных данных  для реализации стандартных программ  построения переходных процессов  в РЭП

 

Расчет  переходных процессов по току и скорости осуществляется на основе стандартной  программы «РЭП-СЭП». Решение системы  уравнений, приведенных в п.3.2.1, производится методом Рунге-Кутта с автоматическим выбором шага.

 

Таблица 3.1 –  Исходные данные для моделирования САУ РЭП 

№	Параметр	Идентификатор	Значение и единица измерения	Наименование параметра
0			8,522	Коэффициент передачи регулятора скорости
1			8,522	Коэффициент передачи регулятора тока
2			0,741	Коэффициент передачи интегральной части
3			39	Коэффициент передачи преобразователя
№	Параметр	Идентификатор	Значение	Наименование параметра
4			0,01 c	Постоянная времени тиристорного преобразователя
5				Коэффициент передачи Д1
6			0,045 c	Электромагнитная постоянная времени
7				Коэффициент передачи Д2
8				Коэффициент обратной связи по току
9				Коэффициент обратной связи по скорости
10			5 В	Напряжение задания
11			4,3…86 А	Статический ток нагрузки
12			0,34 с	Механическая постоянная времени
13			1,579 В	Напряжение сравнения в НЗ1
14			0,062 В	Напряжение сравнения в НЗ2
15			В	Выходное напряжение с ПИ-регулятора
16			В	ЭДС тиристорного преобразователя
17			А	Сила тока
18				Скорость электродвигателя

 

Параметры принимаются по результатам расчета предыдущего этапа, поэтому в случае пуска в холостую эти параметры принимаются равными нулю. Расчет производится для четырех этапов: пуск в холостую, наброс нагрузки, снятие нагрузки, генераторное торможение. При набросе нагрузки статический ток принимают равным номинальному току двигателя. Задающее напряжение при генераторном напряжении снижается до 5¸7 В.

3.3 Оценка качества  регулирования в различных режимах  работы

 

По полученным кривым переходного процесса для  каждого режима осуществляется оценка качества регулирования САУ РЭП  по т.н. прямым показателям качества: время переходного процесса и  статической погрешности в установившемся режиме, причем данная погрешность  должна соответствовать погрешности, полученной при построении статической  упорной характеристики РЭП в замкнутой САУ. Это условие является одним из критериев правильности решения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ ЦИФРОВОГО  ЭЛЕКТРОПРИВОДА – КОНТУРА СКОРОСТИ  В РЭП

 

Управление  тиристорным регулируемым электроприводом производится путем изменения угла управления тиристоров через дискретные промежутки времени. Эти свойства регулируемого электропривода создают предпосылки для использования цифровых регуляторов на основе микроЭВМ. При таком подходе процесс проектирования электропривода сводится к выбору оптимальной структуры системы и ее программированию.

4.1 Определение  периода дискретного времени  управления в цифровом электроприводе

 

Проектирование  средств сопряжения МПС с объектом связано с определением конкретных величин, обеспечивающих требуемые  показатели работы цифрового электропривода по точности и быстродействию, которые зависят от периода дискретности времени управления в цифровом электроприводе.

При выборе периода дискретности возможно использование  различных подходов. В качестве расчетного значения принимают наименьшее.

1. Для электропривода с тиристорным преобразователем период дискретности равен:

      (4.1)

где – число фаз преобразователя; – частота питающей сети. Тогда .

2. Для выбранного порядка астатизма период дискретности рассчитывается по формуле:

 

      (4.2)

 

где – порядок астатизма; – линейное ускорение.

Принимая  усредненные значения , , получим . Тогда .

3. Для избранной точности управления период дискретности рассчитывается по формуле:

 

     (4.3)

где – порядок экстраполяции для данного цифрового электропривода. Тогда .

Исходя  из полученных значений периода дискретности, выбираем период дискретности .

4.2 Выбор средств сопряжения измерительных преобразователей (ИП) с микропроцессорной системой (МПС)

Сигналы в САУ ЭП являются аналоговыми  и имеют различную форму. ЭВМ, напротив, оперирует с сигналами строго определенными формой и уровнем. В связи с этим встает задача сопряжения, САУ РЭП с ЭВМ (рис. 4.1).

Из  ЭВМ код задания передается на регистр-защелку, который поддерживает его постоянным на время преобразования в сигнал управления . Преобразование осуществляет ЦАП. Далее сигнал поступает на регулятор тока и тиристорный преобразователь, управляющие скоростью двигателя. Скорость двигателя определяется датчиком импульсов, который преобразует скорость вращения ротора двигателя в последовательность импульсов. Количество импульсов данного сигнала подсчитывается счетчиком импульсов, который преобразует его в код и передает на регистр-защелку и далее в ЭВМ. Все операции записи-чтения синхронизируются ЭВМ. Полный цикл вычисления производится за время – период дискретности системы. Регистры-защелки выбираем из серии К555: К555ИР20 – 8-ми разрядный регистр-защелка отображения данных, выходные буферные усилители которого имеют третье Z-состояние.

Разрядность цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) определится:

 

 

 

 

 

где  - заданное значение скорости ( );

  - заданная статическая погрешность регулирования скорости.

Согласно  рассчитанному значению разрядности  выбирается интегральный ЦАП.

Для связи  микропроцессорной системы с  объектом управления применяют цифроаналоговые  и аналого-цифровые преобразователи, которые выбирают в соответствии с приложением.

Для формирования последовательности импульсов, число которых прямо пропорционально  зависит от скорости вращения ротора двигателя, можно использовать датчик импульсов ВЕ-190 с частотой импульсов 600 импульсов на один оборот.

Количество  импульсов подсчитывается двумя счетчиками импульсов 5554Е19, работающими совместно (при выборе кодового датчика достаточно выбрать регистры). Питание 5554Е19 производится от напряжения 5 В. Подсчитанное количество импульсов за период дискретности счетчик преобразует в код и передает на регистр-защелку и далее в ЭВМ. Счетчик обнуляется сигналом с ЭВМ, поданным на вход R.