Содержание
Введение
Определение структуры и параметров объекта управления
Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Разработка принципиальной электрической схемы
Список литературы
Введение
На современном этапе развития техники существенную роль в производстве играет автоматизированный электропривод. Именно с его помощью возможно повышение качества и эффективности труда, экономия затрат на единицу продукции, увеличение количества производимой продукции в единицу времени. Электропривод состоит из двух основных частей: силовой – электрический, электромеханический и механический преобразователи, и информационной – система управления электропривода. Выбор надлежащих элементов силовой части позволит сэкономить потребление электроэнергии. Правильный выбор настройки информационной части поможет сэкономить не только электроэнергию, но и повысить надежность и качество технического процесса, увеличить быстродействие. В данной курсовой работе рассматривается система управления ДПТ путем регулирования тока возбуждения.
1. Определение структуры и параметров объекта управления
В состав объекта управления входит двигатель постоянного тока серии Д-12, ШИП в цепи возбуждения с частотой коммутации 5кГц, тиристорный стабилизатор тока якоря, рабочий орган упруго связанный с двигателем.
Технические данные двигателя Д12:
Номинальная мощность 2.5кВт
Напряжение питания якоря 220В
Напряжение питания ОВ 220В
Номинальный ток якоря 14.6А
Номинальная частота вращения 1140 об/мин
Максимальная частота вращения 3600 об/мин
Момент инерции якоря 0.05 кг*м2
Расчитаем недостающие параметры двигателя, необходимые в дальнейших расчётах. Номинальная скорость привода:
/>
Максимальная скорость привода:
/>
Номинальный момент:
/>
Машинная постоянная:
/>
Скорость идеального холостого хода:
/>
Сопротивление обмотки якоря:
/>
Индуктивность обмотки якоря:
/>
Жесткость механической характеристики:
/>
Электромагнитная постоянная времени:
/>
Механическая постоянная времени:
/>
Принимаем ток возбуждения равным: />
Для двигателя данной мощности постоянная времени обмотки возбуждения:/>
Сопротивление обмотки возбуждения:
/>
Индуктивность обмотки возбуждения:
/>
Рассчитаем параметры упругой двухмассовой системы.
Согласно заданию на курсовой проект />
Частота упругих колебаний />
Коэффициент соотношения масс
/>,
тогда />
/>,
тогда жесткость двухмассовой системы
/>
Постоянная времени двухмассовой системы
/>
По заданию электропривод имеет нагрузку в видя вязкого трения первого рода с
/>
ТП в цепи якоря. Проверим цепь якоря на необходимость применения сглаживающего реактора.
Условие сглаживания тока:
/>,
/>
Условие не выполняется, необходимо ввести сглаживающий реактор
/>
ШИП в цепи возбуждения
Учитывая большую индуктивность обмотки возбуждения и частоту коммутации ключей, пульсаций тока возбуждения не будет.
2. Разработка алгоритма управления и расчет параметров устройств управления
Составим структурную схему модели электропривода
Настройка.
1. Контур тока якоря.
Задание на номинальный ток якоря 10В, тогда
/>,
коэффициент передачи тиристорного стабилизатора:
/>.
Принимаем постоянную времени тиристорного стабилизатора напряжения />.
/>
Рис. 1 Структурная схема СЭП.
2. Контур тока возбуждения
Задание на номинальный ток 10В, тогда />.
Учитывая возможность форсирования привода по обмотке возбуждения в 2 раза, то />.
Принимаем />.
/>
3. Контур скорости
Задание на скорость 10В, тогда
/>.
/>
Для разгона ЭП до /> нужно подать задание на скорость
/>.
3. Моделирование процессов управления, определение и оценка показателей качества
Расчетный режим работы
/>
Максимальное ускорение, развиваемое электроприводом
/>--PAGE_BREAK--
Максимальная скорость в режиме слежения
/>
Расчетная частота
/>
Синтезируем систему комбинированного управления, добавив в неё дополнительное задание по скорости, которое выглядит следующим образом:
/>,
принимаем />
Установившаяся ошибка должна быть/>
/>
Рис. 2 Модель ЭП с учетом дискретности преобразователей.
На рис. 4 блок Subsystem – блок, моделирующий стабилизатор напряжения, Subsystem1 – блок, моделирующий определения угла управления из уравнения />. Где Uу – напряжение управления, приведенное к стандартному ряду -10…10В, Um – максимальное напряжение пилообразного сигнала, приведенный к стандартной шкале -10…10В.
В модели не учитывается дискретность ШИМ преобразователя в цепи возбуждения, так как частота коммутации достаточна для данного допущения.
Моделирование.
Пуск привода на номинальную скорость (7.78В) при линейном изменении задания.
/>
Рис. 3 Графики зависимостей />.
Статическая ошибка по скорости составляет 2.2 рад/с, что удовлетворяет требованиям.
/>
Рис. 4 Переходный процесс по току якоря
/>
Рис. 5 Пульсации тока якоря в установившемся режиме
Из рис. 5 видно, что амплитуда пульсаций тока составляют 1.2 А, для двигателя допустимая амплитуда пульсаций 0.2*Iном= 0.2*14.6 = 2.92 А
Отработка приводом синусоидального задания с />
/>
Рис. 6 Графики зависимостей />.
Проведем эксперимент отработки приводом задания />
/>
Рис. 7 Графики зависимостей />.
Полоса пропускания привода />, при />
/>
Рис. 8 Графики зависимостей />.
4. Разработка принципиальной электрической схемы и выбор её элементов
Контур тока якоря.
Принимаем
/>,
/>
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Технические данные ДТХ – 10:
Допустимая перегрузка по измеряемому току (разы) 1.5
Диапазон рабочих температур -20…+80 0С
Основная и приведенная погрешность 1%
Нелинейность выходной характеристики 0.1%
Номинальный ток 10 А
Коэффициент передачи 1:2000
Полоса пропускания 1…50000Гц
Источник питания 15В 10%
/>
Рис. 9 Регулятор тока якоря. Схема принципиальная
Учитывая номинальный входной ток и коэффициент передачи, то номинальный выходной сигнал составляет 10/2000 = 0.005 А. Входной ток />, тогда выходной ток />
/>
Рис. 10 Схема формирования сигнала — (UЗТЯ — UОТЯ)
Принимаем
/>,
/>
Выбираем:
R9, R12, R13, R17, R19– C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R6– C2-29В-0.125-7.3 Ом±0.05%
R21– C2-29В-0.125-192 Ом±0.05%
С17– К73-17-63В-12.3 мкФ±0.5%
VD2 – КС210Б
DA1.4, DA1.6, DA1.8 – К140УД17А
DA2 – AD1403
Контур скорости
Выберем тахогенератор ТГП-60.
Технические данные ТГП-60:
Номинальная частота вращения 1500 об/мин
Крутизна выходного напряжения 60 мВ/(об/мин)
Нелинейность выходного напряжения 0.1 %
Асимметрия выходного напряжения 0.2 %
Коэффициент пульсации 2.5%
Сопротивление нагрузки 6 кОм
Температурный коэффициент
выходного напряжения 0.01%/0С
Момент инерции ротора 10-5 кг/м2
Статический момент трения 10-2 Нм
Максимальная частота вращения привода 1140 об/мин, тогда напряжение на выходе тахогенератора />.
/>
Рис. 11 Схема формирования сигнала КРС(- UЗС + UОС)
Принимаем
/>,
/>
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
В связи с коммутационными процессами, имеющими место в коллекторном узле тахогенератора, необходим фильтр.
Принимаем постоянную времени фильтра />с.
/>
Выходной сигнал ограничивается на уровне 10В стабилитроном с напряжением стабилизации 10В.
Выбираем:
R1– C2-29В-0.125-87.4 кОм±0.05%
R2, R5, R7 – C2-29В-0.125-10 кОм±0.05%
R3, R4– C2-29В-0.125-145 Ом±0.05%
С1 – К73-17-63В-46 пФ±0.5%
VD1 – КС210Б
DA1.1, DA1.2 – К140УД17А
Блок компенсации по первой производной скорости:
/>
Рис. 12 Схема формирования сигнала (КК ∙р)
Принимаем
/>,
/>
Выбираем:
R8– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
С4 – К73-17-63В-1.5 мкФ±0.5%
DA1.3 – К140УД17А
Контур тока возбуждения
/>
Рис. 13 Регулятор тока возбуждения. Схема принципиальная
Принимаем
/>,
/>
Необходимо ограничение выходного сигнала на уровне 10В, следовательно выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации 10В.
/>
Рис. 14 Схема формирования сигнала (- UОТВ)
В качестве датчика тока выбираем ДТХ – 10.
Принимаем
/>,
/>
Выбираем:
R10– C2-29В-0.125-73 Ом±0.05%
R11– C2-29В-0.125-1 МОм±0.05%
R20, R23, R24 – C2-29В-0.125-1 кОм±0.05%
R22– C2-29В-0.125-12.5 кОм±0.05%
С18– К73-17-63В-16 мкФ±0.5%
С23– К73-17-63В-4 мкФ±0.5%
VD3 – КС210Б
DA1.5, DA1.9, DA1.10 – К140УД17А
Для подавления помех между выводами питания микросхем и общим проводом подключаются конденсаторы – К10-17-25В-0.1мкФ±0.5%.
Список используемой литературы
Справочник по электрическим машинам: В 2т./Под общ. Ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988, — 456с.
Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. «Управление электроприводами»: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение,1982, — 392с.
Ключев В.И. «Теория электропривода»: Учеб. Для вузов. – 2-е изд. Перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001, — 704 с.
Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.1: Учебное пособие. – СПб.: корона принт, 2001, — 320 с.
Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база: В 2 кн./Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др. – М.: Б. И., 1996, — 157 – 300 с.
Операционные усилители и компараторы. – М.: Издательский дом «ДОДЭКА ХХI», 2002, — 560 С.
Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. – М.: энергоатомиздат, 1990, — 288 с.