Содержание
Исходные данные для расчета:3
Введение4
История возникновения асинхронного электродвигателя5
Устройство трёхфазной асинхронной машины6
Режимы работы двигателя10
Способы соединения обмоток13
Работа в однофазной сети14
Электрозащита14
Расчет механической характеристики двигателя15
Схема включения двигателя17
Список литературы19
Выдержка из текста работы
В работе предлагается произвести исследование автоматизированного электропривода постоянного тока. Схема включает два контура регулирования: внутренний — контур регулирования тока и внешний — контур регулирования скорости.
В контур регулирования тока входят регулятор тока (РТ), тиристорный преобразователь (ТП), звено, учитывающее электромагнитную инерцию двигателя постоянного тока (Д1), и датчик тока (ДТ). Регулирование тока в контуре осуществляется регуляторов тока РТ, который получает информацию о задачах управления I З от регулятора скорости (РС) (внешний контур регулирования) и информацию о результатах управления от датчика тока ДТ.
В контур регулирования скорости входят регулятор скорости (РС), замкнутый контур регулирования тока, звено, учитывающее механическую инерцию двигателя постоянного тока (Д2), и датчик скорости ДС.
Сигнал задания для системы в целом формируется задатчиком интенсивности (ЗИ), обеспечивающим необходимый темп изменения скорости.
Проектируемая система должна обеспечить следующие показатели качества переходного процесса при щЗ(t) = 1(t):
астатизм второго порядка;
перерегулирование у ? (30-50) %;
время достижения максимума tm = (0,15-0,2) с;
время переходного процесса tП = (0,3-0,4) с.
Дано: ТЯ=0,049;
ТМ=0,118;
с=0,037;
КДТ=0,357;
КП=1,7;
ТП=0,01 с;
КДС=1.
Рис.
Рис.
2. Синтез последовательного корректирующего устройства — регулятора скорости
Синтез системы автоматического управления является основной стадией проектирования, сущность которой заключается в таком выборе структуры системы, ее параметров и технической реализации, при котором обеспечиваются требуемые показатели качества регулирования. На этапе синтеза возмущающее воздействие полагается равным нулю.
2.1 Построение частотных характеристик объекта регулирования (неизменяемой части системы)
На основании технических условий определяется неизменная часть системы, т.е. совокупность объекта управления, исполнительных органов, измерительных устройств и регуляторов внутренних контуров регулирования и строится логарифмическая амплитудная частотная характеристика неизменной части.
Для построения характеристик неизменяемой части, приводим эту часть системы к схеме, состоящей из последовательно соединенных типовых звеньев, путем структурных преобразований.
Подбором находим полюс функции p2 = -34,458.
Представим передаточную функцию неизменяемой части в виде произведения передаточных функций типовых звеньев.
С использованием моделирующего комплекса Matlab строим ЛАЧХ неизменяемой части (рис. 6).
2.2 Построение желаемой частотной характеристики разомкнутой системы
Построение желаемой ЛАЧХ системы (рис.7) является важнейшим этапом синтеза, которая определяет показатели качества и точности процессов регулирования. Поскольку исследуемая система — минимально-фазовая, связь между показателями качества переходной функции и видом желаемой ЛАЧХ однозначна.
Форма характеристики в низкочастотной части (0 < щ < щн) зависит от требуемого порядка астатизма, т.е. наклон -40 дБ/дек.
Среднечастотная часть характеристики с наклоном -20 дБ/дек имеет частотный диапазон в пределах щн < щ < щв. Этот диапазон включает частоту среза системы
Высокочастотная часть находится в пределах щв < щ < ? и не оказывает существенного влияния на показатели качества системы. Форму желаемой характеристики в высокочастотной части принимаем такою же, как и ЛАЧХ неизменяемой части в этой же области.
Принимаем
2.3 Синтез корректирующего устройства
ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства (рис. 8) находится как разность желаемой ЛАЧХ и ЛАЧХ неизменяемой части.
Форма ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства по форме совпадает с ЛАЧХ изодромного звена.
Рис.
Определяем передаточную функцию регулятора.
где k = 171,55 по ЛАЧХ регулятора скорости; .
2.4 Анализ качества по реакции на ступенчатое управляющее воздействие
Производим оценку качества полученной системы с использованием моделирующего комплекса Matlab. Полученные показатели качества имеют следующие значения (рис. 10):
перерегулирование у = 32 %;
время достижения максимума tm = 0,13 с;
время переходного процесса tП = 0,32 с.
Показатели качества переходной функции соответствуют заданным.
Рис.
3. Исследование устойчивости и качества системы
3.1 Определение запасов устойчивости
По частотным характеристикам (рис. 7) оцениваем запасы устойчивости по амплитуде и фазе. Логарифмическая фазовая частотная характеристика строится по формулам для типовых звеньев, на которые разбита неизменяемая часть системы, с учетом фазовой характеристики регулятора. Запас устойчивости по амплитуде L = 11 дБ, по фазе = 45,44. Запасы устойчивости не ниже рекомендуемых значений.
3.2 Построение реакции системы (t), i(t) на возмущающее воздействие — ступенчатое изменение ic(t)=1(t)
Качество линейной системы принято оценивать по виду переходного процесса. При этом за стандартный переходный процесс принимают реакцию системы на единичную ступенчатую функцию. Важное значение для электроприводов имеет качество процессов при единичном возмущающем воздействии iс(t) = 1(t).
Вычисляем и строим (рис. 11) с помощью моделирующего комплекса реакцию замкнутой системы регулирования скорости i(t) и (t) при единичном возмущающем воздействии. Задающее воздействие з(t) при этом полагаем равным нулю.
3.3 Построение реакции системы (t), i(t) на типовое трапецеидальное задающее воздействие
Типовым управляющим сигналом в современном электроприводе является сигнал задатчика интенсивности, график которого во времени представляет собой трапецию.
Строим графики i(t) и щ(t) при трапецеидальном законе изменения задающего воздействия щз(t) с временами разгона, торможения и работы на установившейся скорости по 1,5 с и значением установившейся скорости, равном 1 (рис. 12). Возмущающее воздействие полагаем равным нулю.
4. Исследование точности системы
4.1 Вычисление систематических ошибок
Для оценки точности системы используется передаточная функция системы по ошибке Gе(p), которая определяется по структурной схеме замкнутой системы:
Выражение для ошибки при разложении в ряд Мак-Лорена, сходящихся при малых значениях p > 0 (т.е. t > ?), имеет вид
где c0, c1, c2, … — коэффициенты ошибок системы регулирования, по которым можно оценить величину систематической установившейся ошибки при различных входных воздействиях x(t):
Найдем коэффициенты ошибок используя формулы, связывающие их значения с коэффициентами числителя и знаменателя Wж(p).
Методом деления полиномов числителя и знаменателя найдем
Выражение для ошибки при разложении в ряд Маклорена, сходящийся при малых значениях (т.е. ), имеет вид:
Откуда имеем — коэффициенты ошибок системы регулирования, по которым можно оценить величину систематической установившейся ошибки при различных входных воздействиях :
Установившиеся ошибки при различных воздействиях
При ;
При ;
4.2 Вычисление оценок степени влияния помех
Системы автоматического управления практически всегда подвержены влиянию внешних воздействий — помех, что может сказываться на их функционировании. Поэтому при проектировании систем необходимо оценивать степень влияния помехи на работу системы.
Требуется оценить степень влияния регулярной помехи
где aN = 0,01; щN = 170 рад/с.
Оценим влияние помехи на замкнутые контуры регулирования тока и скорости, используя имеющиеся логарифмические частотные характеристики. Для этого найдем амплитуду пульсаций тока и скорости, обусловленные помехой.
По желаемой логарифмической частотной характеристике:
Амплитуды пульсаций скорости, обусловленные помехой
aщ = БЗ(170)·aN = 0,0277·0,01 = 0,000277.
Для нахождения амплитуды пульсаций тока ai построим ЛАЧХ и ЛФЧХ звена Д2, передаточная функция которого имеет вид:
Амплитуда пульсации тока:
4.3 Оценка ошибок системы моделированием
Полученные результаты в п. 4.2, 4.3 проверим моделированием. Для этого на вход системы поочередно подается ступенчатое, линейно нарастающее и параболическое задающее воздействие (рис. 13, 14, 15).
В результате установившиеся ошибки:
при ;
при ;
Для оценки степени влияния помех на вход системы подается помеха и измеряются установившиеся амплитуды тока и скорости.
5. Конструктивные расчеты регулятора скорости
Для практической реализации регулятора скорости необходимо разработать принципиальную схему устройства и рассчитать параметры его элементов.
5.1 Расчет принципиальной схемы аналогового регулятора скорости
Принципиальная схема регулятора реализуется в виде активного фильтра [2] (рис. 16).
Передаточная функция регулятора имеет вид:
Задаемся и вычисляем:
Из стандартного ряда значений сопротивлений , соответствующего резисторам с допуском , принимаем:
R1=39 кОм,
R2=680 кОм,
R3=18 кОм
5.2 Расчет алгоритма работы цифрового регулятора
Широкое использование микропроцессорной техники в практике современного электропривода диктует необходимость представления основных законов управления в форме, удобной для реализации в цифровом виде. С этой целью нужно найти закон управления скоростью в виде алгоритма работы цифрового регулятора.
Процедура решения этой задачи включает два этапа.
1. Отыскание дискретной передаточной функции WРС(z), соответствующей передаточной функции аналогового регулятора скорости WРС(p), найденной ранее. Для этого будем использовать подстановки, где — период дискретности по времени.
2. Определение по дискретной передаточной функции алгоритма работы цифрового регулятора.
Найдем передаточную функцию WРС(z-1) путем деления числителя и знаменателя на z получим
По определению передаточной функции , тогда после преобразований получим
Теперь перейдя к оригиналам, запишем алгоритм работы цифрового регулятора в виде разностного отношения
Итак, получили алгоритм работы цифрового регулятора в виде разностного уравнения общего вида:
Откуда
5.3 Моделирование процессов в цифровой системе регулирования скорости
Использование цифровых регуляторов, полученных данными методами, приводит, как правило, к ухудшению качества регулирования. Для того чтобы убедиться в этом, построим переходный процесс в системе с цифровым регулятором при единичном ступенчатом управляющем воздействии и сопоставим его с процессом в непрерывной системе.
Построим переходный процесс в системе с цифровым регулятором при ступенчатом единичном управляющем воздействии , причем в структурной схеме перед регулятором скорости включаем квантователь по времени с периодом а после него — экстраполятор нулевого порядка.
Полученные показатели качества имеют следующие значения (рис. 17): у = 53 %, tm = 0,11 c, tп = 0,227 с.
Некоторые показатели качества переходной функции не соответствуют заданным. Переходный процесс длится меньше, но с большим перерегулированием, чем в непрерывной системе.
Заключения
В курсовом проекте исследован автоматизированный электропривод постоянного тока. Произведен анализ системы, а также выполнен синтез последовательного корректирующего устройства — регулятора скорости. В ходе аналитико-исполнительных работ освоено применение основных положений классической теории автоматического управления в решении задач электропривода.
В процессе моделирования изучен универсальный пакет MATLAB, в частности его приложение — Simulink.
Спроектированная система обеспечивает все заданные показатели качества переходного процесса:
перерегулирование ,
время достижения максимума ,
время переходного процесса .
Требуемый порядок астатизма — второй.
Размещено на
