СКАЧАТЬ:  my1.zip [1,31 Mb] (cкачиваний: 70)

Лабораторная работа

по дисциплине «Проектирование систем управления»

«Проектирование систем управления электроприводами»

1.  Выбор функциональной схемы электропривода

Следящий электропривод на базе ЭШИМ строится на основание функциональной схемы регулируемого электропривода на базе ЭШИМ путем добавления к РЭП контура положения.

Регулируемые электроприводы на базе ЭШИМ (рис. 1) предназначены для использования в механизмах подач роботов и металлорежущих станков. Привод состоит из силового трансформатора ТV, блока питания UZ (неуправляемого выпрямителя), блока регулирования, реализованного на силовых транзисторных ключах ТV–TV4 осуществляющих широтно-импульсную модуляцию напряжения, подводимого к якорю двигателя.

В работе блока регулирования также принимают участие обратные диоды V1–V4, конденсатор и цепь разрядного сопротивления R_P замыкающаяся от транзисторного ключа ТV5.

Режимы работы привода определяются алгоритмом, заложенным в логическом устройстве ЛУ через блок управления ключами.

Особенностью привода ЭШИМ является применение в схеме релейного регулятора тока РРТ, выполненного на четырех нуль-органах Н01-Н04.

Системой управления обеспечиваются следующие режимы:                         

      «Р2» – включены попарно ключи ТV1–TV4 или  TV2–TV3

в зависимости от заданного движения привода;

      «Р1» – режим, при котором работает один ключ и один обратный диод (например, TV1  и V2) – режим динамического торможениия двигателя, как бы закороченного по якорной цепи;

      «РО» – отключены все транзисторные ключи ТV1–TV4, при этом двигатель работает в режиме рекуперативного торможения, подзаряжая при этом конденсатор С. Ток протекает через обратные диоды по цепочке Я1-V1-C-V4-R_Ш-Я2, если Е_ДВ направлена от щетки Я2 к Я1, либо по цепи Я2-R_Ш-V2-C-V3-Я1, если Е_ДВ направлена от щетки Я1 к Я2.

Релейный регулятор тока за счет создания мощной форсировки ( К_РТ=¥) практически полностью компенсирует постоянную времени Т_ЯЦ, делая контур тока безынерционным.

       Следящий электропривод имеет в отличии от варианта с РЭП дополнительный внешний контур положении. В качестве датчика положения принят фотоимпульсный датчик. Современный следящий привод является, как правило, цифроаналоговым с использованием ЭВМ в контуре положения. Причем, вычислительная машина в кодах производит алгебраическое сложение сигналов задания (N_ЗС) и обратной связи по положению N_ОП, и ошибку ΔN умножает на коэффициент регулятор положения (К_РП). Затем сигнал задания скорости в коде (N_ЗС) преобразуется в аналоговый (U_ЗС) посредством цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Рис.1. Функциональная схема РЭП на базе ЭШИМ.

2. Расчет параметров структурной схемы электропривода

Структурная схема  следящего электропривода получится при добавлении контура положения к РЭП, представленого на рис. 2.

Определим параметры структурной схемы, необходимые для дальнейших расчетов.

Коэффициент преобразователя: К_ПР= 

где  – минимальный угол регулирования преобразователя.

В значение выпрямленной ЭДС при α=0

Сопротивление трансформатора:

Полное сопротивление   Ом,

где  В – линейное напряжение КЗ.

Рис. 2. Структурная схема РЭП на базе ЭШИМ

Активное сопротивление  Ом

Индуктивное сопротивление Ом

т.к , то

Индуктивность трансформатора

Коэффициент использование двигателя

Примем

Коэффициент пульсации

По условию компенсации пульсации определяют необходимую индуктивность якорной цепи

 ,

где  – отношение выпрямленной ЭДС первой гармоники к максимальной ЭДС (при α=0) , т.е =f(α), т = 6 число пульсаций.

мГн

.

Индуктивность дросселя тогда будет определятся (расчётная):

мГн

Получим, что , следовательно, введение якорную цепь дополнительную индуктивность (дроссель) не нужно.

Индуктивность якорной цепи мГн

Активное сопротивление якорной цепи    где

R_Ш = 0,1 Ом

сопротивление преобразователя Ом

сопротивление двигателя Ом

Ом

Электромагнитная постоянная времен якорной цепи

 с

Номинальная угловая скорость рад/с.

Постоянная машины Н·м/А

Коэффициент двигателя А/(Н·м)

Механическая постоянная времени

Параметры датчиков обратной связи:

1. Датчик тока имеет на выходе напряжение 2,5 В при токе двигателя I_Н = 25 А

В/А

1. Датчик скорости (тахогенератор) имеет на выходе напряжение 10 В при угловой скорости вала двигателя w = 4000 об/мин 

В·с/рад

1. Датчик положения – фотоимпульсный типа ВЕ178А5 с числом импульсов на оборот 2500 имп/об. Применяется схема учетверения импульсов датчика положения.

имп/об

1. Цифро-аналоговый преобразователь имеет 12 разрядов, включая 1 разряд знаковый (старший). Напряжение питания ЦАП:  = 10,24 В.

3. Синтез контура тока и построение соответствующих ЛАЧХ и ФЧХ

Задачей синтеза является определение передаточных функций корректирующих звеньев, т.е. при синтезе токового канала – определение передаточной функции регулятора тока согласно структурной схеме контура тока (рис. 3)

Объект регулирования

Передаточная функция разомкнутого контура (желаемая функция):

где  – передаточная функция регулятора тока.

Рис. 3. Структурная схема контура скорости

Передаточная функция замкнутого контура тока:

где  – передаточная функция прямого пути

Так как регулятор тока выполнен релейным и частота коммутации преобразователя выбирается на уровне f_к ³ 3 кГц, можно пренебречь инерционностью контура тока по сравнению с полосой пропускания внешнего контура угловой скорости. Релейный регулятор тока за счет создания мощной форсировки практически полностью компенсирует постоянную времени Т_ЯЦ, т.е. К_РТ = ¥. Тогда передаточная функция замкнутого контура будет определена:

Раскрыв неопределенность данного выражения разделением числителя и знаменателя на ∞ получим . Контур тока представляет собой пропорциональное звено с коэффициентом передачи К_Т.

4. Синтез контура скорости и построение соответствующих ЛАЧХ и ФЧХ

Задачей синтеза скорости контура является определение передаточной функции регулятора скорости. Структурная схема контура скорости представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема контура скорости.

Объект регулирования:

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура определяется как

.

Так как  , тогда .

Передаточная функция может быть определена

Произведем следующую замену  и подставим новое выражение для регулятора скорости

Таким образом, передаточная функция регулятора скорости описывает ПИ-звено, т.е. РС – ПИ-регулятор.

Определим постоянные времени Т₀₂, Т₀₃, Т_И и коэффициент регулятора К_РС

, где 1 – частота пропускания, для ЭШИМ с^-1

С.

Для того, чтобы получить жесткие характеристики выберем с

с,

где А/В

Таким образом, передаточная функция регулятора скорости запишется:

 или

Передаточная функция прямого пути:

Определим передаточную функцию замкнутого контура скорости.

Передаточную функцию скорости можно также определить:

Построение ЛАЧХ (логарифмических амплитудо-

частотных характеристик для контура скорости)

1)      Желаемая передаточная функция:

Частоты среза:

При          наклон:   -40 Дб

 :          ;   наклон:   -20 Дб 

- точка излома

Получили ЛАЧХ вида L_РАЗ(р) желаемой функции рис 5.

2)      Объект регулирования

- интегральное звено

 Получили ЛАЧХ вида L_ОР(р) функции объекта регулирования.

3) Регулятор скорости

- точка излома.

Получили ЛАЧХ вида L_РС(р) функции регулятора скорости.

Рис. 5. ЛАЧХ контура скорости

Построение ФЧХ для контура скорости

ФЧХ:    ; где

  Q – мнимая составляющая,   P – действительная составляющая передаточной   функции W(jw)

 Желаемая передаточная функция контура скорости

Таким образом

j(w) =

ФЧХ для желаемой функции представлена на рис 6.

Рис. 6. ФЧХ для контура скорости

5. Синтез контура положения

Задачей синтеза скорости контура является определение передаточной функции регулятора положения. Структурная схема контура положения представлена на рис. 2.5.

Рис. 7. Структурная схема контура положения

Объект регулирования:

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура определяется как

.

с

Так как  , тогда .

Передаточная функция регулятора положения может быть определена:

Регулятор положения представляет собой П-регулятор с коэффициентом К_РП =0,04

Передаточная функция прямого пути

Передаточная функция замкнутого контура положения будет иметь вид:

В числителе передаточной функции  замкнутого контура получили форсирующее звено Т₀₃р+1, для его устранения на вход замкнутой системы вводят фильтр:

Постоянную времени фильтра Т_ф выбирают таким образом, чтобы Т_Ф=Т₀₃=0,024с, тогда передаточная функция системы определится как

6.  Расчет параметров регуляторов, реализованных на

интегральных операционных усилителях

1) Регулятор скорости

Регулятор скорости представляет собой пропорционально-интегральное звено выполненное на операционном усилителе (рис. 8)

 Задаемся сопротивлением R₂ = 5,7 кОм, значит кОм.

Ом.

Рис. 8. Регулятор скорости

Ф.

Ф.

Ом.

 2) Регулятор положения

Регулятор положения представляет собой пропорциональное звено, выполненное на операционном усилителе (рис. 9)

 Задаемся сопротивлением R₁ = 5,7 кОм, значит кОм.

Ом

Рис. 9. Регулятор положения