Проектирование самонастраивающейся системы автоматизированного электропривода

Уфимский государственный  авиационный технический университет

 

Кафедра         АТП       и                                                              

 

100	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
90
80
70
60
50
40
30
20
10

 

Проектирование  самонастраивающейся системы автоматизированного электропривода

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

   к курсовому проекту по промышленному электроприводу

 

1403.230100.000 ПЗ

(обозначение документа)

 

 

Группа       АТП-539	Фамилия И. О.	Подпись	Дата	Оценка
Студент	Валитова Э.
Консультант	Коуров Г. Н.
Принял	Коуров Г. Н.

 

 

 

 

Уфа 2011

 

Оглавление

Введение 4

Задание на курсовой проект 5

Предпроектный анализ 6

Техническое задание на СНС АЭП 10

Выбор электродвигателя 11

Моделирование объекта управления 16

Определение передаточной функции электродвигателя 18

Передаточная  функция тиристорного преобразователя 21

Передаточная  функция обмотки возбуждения 23

Передаточные  функции датчиков обратной связи 24

Функциональная  схема САР 25

Настройка контура  тока 27

Настройка контура  скорости 30

Настройка контура  потока возбуждения 33

Настройка контура  ЭДС 35

Настройка контура  положения 37

Обоснование необходимости применения самонастраивающейся  системы 38

Структурная схема СНС 40

Структурная схема СНС реализованная в  MAtlab 41

Анализ переходных функций 42

Разработка  схемы электрической принципиальной 51

Заключение 57

Список использованной литературы 58

 

 

Введение

В современном автоматизированном производстве электропривод играет очень важную роль. Его значение не ограничивается преобразованием  электрической энергии в механическую, хотя это одна из основных функций, выполняемых электроприводом в  производстве. Электропривод – это  основной конструктивный элемент металлорежущего  станка.

Электропривод позволяет  эффективно решать сложные и ответственные  задачи, связанные с повышением производительности, точности и автоматизации оборудования. В приводе главного движения значительную роль играют двигатели постоянного  тока с электромагнитным возбуждением с двухзонным регулированием.

Существующие системы  автоматического управления характеризуются  преимущественным использованием принципов  подчинённого регулирования и расширением  практического применения адаптивного  управления.

Проблема управления электроприводом  в том, что на объект управления действуют  значительные возмущения, которые существенно  изменяют его свойства. Задача системы  управления автоматизированным электроприводом  заключается в компенсации возмущений и стабилизации свойств объекта  управления.

В данном курсовом проекте  требуется приблизить передаточную функцию объекта управления при  действии на него возмущений к передаточной функции при номинальных значениях  путём применения самонастраивающейся  системы автоматического управления.

 

Задание на курсовой проект

Задание

Разработать самонастраивающуюся  систему автоматизированного электропривода с неизменными динамическими  характеристиками во всём диапазоне  изменения управляющих и возмущающих  воздействий.

Исходные  данные

В электроприводе использовать двигатель постоянного тока с  независимым возбуждением. Скорость двигателя может меняться в процессе управления от нуля до двух номинальных  значений. В первой зоне скорость изменяется за счёт регулирования напряжения якоря, во второй зоне скорость меняется за счёт регулирования напряжения обмотки  возбуждения.

Возможные отклонения напряжения промышленной сети могут составлять +10…-15 % номинального значения.

Момент нагрузки машины может  изменяться в пределах от М_хх до М_н, где М_хх – момент холостого хода, М_н – номинальный момент.

Момент инерции перемещающихся механических частей может изменяться в 2 раза.

 

Вариант 3. Номер задания  5.

Максимальная нагрузка, создаваемая  механизмом   2000 Н

Вид движения механизма       поступ.

Максимальная скорость изменения  задающего сигнала  0.02 м/с

Минимальная скорость изменения  задающего сигнала  0.002 м/с

Масса механизма        150 кг

 

Предпроектный анализ

ДПТ как объект управления при двухзонном регулировании

Электрическая машина работает в технологическом процессе, для  которого необходимо регулировать скорость двигателя.

Регулирование угловой скорости можно осуществлять за счёт изменения U, R, Ф. Регулирование сопротивления  дискретно, при большом диапазоне  регулирования необходимо большое  число сопротивлений (ступеней), что  приводит к потере мощности, выделяемой в виде тепла на сопротивлениях.

В данной работе применяется  двухзонное регулирование скорости вращения вала двигателя. В системах двухзонного регулирования часть  полного диапазона регулирования  до номинальной скорости обеспечивается за счёт изменения напряжения на якоре  от нуля до номинального значения при  номинальном потоке возбуждения. А  регулирование в верхней части  диапазона при значениях скорости выше номинальной – за счёт изменения  потока возбуждения при постоянном напряжении якоря.

Для определения входных  и выходных координат и возмущающих  воздействий, действующих на объект управления (электропривод) проведём математическое описание объекта.

 

где  U – напряжения питания якорной обмотки двигателя, В;

Се – электрическая  постоянная двигателя;

См – механическая постоянная двигателя;

Ф – электромагнитный поток  возбуждения, Вб;

_ω - угловая скорость вращения вала двигателя, рад/с;

М – вращающий момент двигателя, Нм;

R – сопротивление якорной цепи, Ом.

Уравнение механического  равновесия якоря двигателя:

, где

Мс – момент сопротивления, Н*м;

J – момент инерции  механической части двигателя,  кг*м².

 

Так как момент изменяется от до , то:

 

Уравнение электрического равновесия для якорной цепи:

, где Е – ЭДС самоиндукции якоря, В;

Уравнение электрического равновесия для обмотки возбуждения:

 

 

где   - магнитная проницаемость железа;

- магнитная постоянная;

S – площадь полюса, м²;

 – число  витков обмотки возбуждения;

 – длина  магнитной силовой линии, м.

При изменении температуры (при нагреве электродвигателя) изменяются сопротивления обмотки возбуждения  и обмотки якорной цепи:

 

 

Кривая намагничивания железа носит нелинейный характер, следовательно, магнитная проницаемость железа – величина переменная:

 

В процессе работы ЭП изменяются момент двигателя из-за действия момента  сопротивления и изменения момента  инерции.

Таким образом, из вышесказанного следует:

Управляющие координаты:

• (при регулировании в первой зоне)
• (при регулировании во второй зоне)

Возмущения:

Выходная координата: S –  перемещение

На основании приведенных  выше данных составим модель одномерного объекта:

Рис. 1 модель электродвигателя

Для  компенсации внешнего возмущающего воздействия необходимо применение замкнутой САР, а для  компенсации внутреннего возмущающего воздействия, которые изменяют параметры  звеньев, влияющие на динамику системы, необходимо применить контур самонастройки, т.е. появляется необходимость создания адаптивной системы.

Желаемые показатели качества в системах стабилизации качества называют эталонными характеристиками, формирование которых осуществляется с помощью  эталонной модели. Модель представляет собой техническое устройство с  такими динамическими характеристиками, которые хотелось бы иметь в данной САУ. Передаточная функция эталона  должна быть эквивалентна желаемой передаточной функции замкнутой САР. В качестве эталонной модели выбираем апериодическое звено третьего порядка, поскольку  оно соответствует требуемым  динамическим свойствам системы.

Для того чтобы эталонная модель могла сообщить системе в целом свои качества, необходимо применить СНС с ЭМ, представленную в виде:

Рис. 2 Структурная схема СНС с ЭМ

Wоу(p) – передаточная функция ОУ;

Wрак(p) – передаточная функция регулятора адаптивного контура;

Wэм(p) – передаточная функция эталонной модели.

 

Техническое задание на СНС АЭП

Наименование  устройства:

Самонастраивающаяся система  автоматизированного электропривода с двухзонным регулированием скорости двигателя постоянного тока с  независимым возбуждением.

Цель проектирования:

Разработка самонастраивающейся  системы автоматизированного электропривода с двухзонным регулированием скорости двигателя постоянного тока с  независимым возбуждением с неизменными  динамическими характеристиками во всем диапазоне изменения управляющих  и возмущающих воздействий.

Технические требования:

• скорость двигателя может меняться в процессе управления от нуля до двух номинальных    значений;
• возможно отклонение напряжения промышленной сети +10…-15% номинального значения;
• возможны отклонения сопротивлений обмотки якоря и обмотки возбуждения могут составлять 25%;
• момент нагрузки машины может изменяться в пределах Мхх…Мн;
• момент инерции перемещающихся механических частей может изменяться в два раза;
• точность регулирования должна составлять 5%.

Результат проектирования

Результатом проектирования должна являться рабочая документация, включающая:

- пояснительную записку;

- схему электрическую  принципиальную самонастраивающейся  системы автоматизированного электропривода.

 

Выбор электродвигателя

Выбор мощности электродвигателя произведём по методу эквивалентных  величин.

Мощность выбираемого  электродвигателя должна удовлетворять  условию:

 

Где: – мощность двигателя

– максимальная сила сопротивления

– максимальная скорость перемещения механизма

– КПД редуктора