Курсовая работа Тиристорный следящий электропривод Общие сведения о современных следящих системах

• Название: Курсовая работа Тиристорный следящий электропривод Общие сведения о современных следящих системах
• Дата: 20.12.2022
• Размер: 5.4 Mb.
• Имя файла: 471244.rtf
• Тип: Курсовая; #854671

Курсовая работа

Тиристорный следящий электропривод

1. Общие сведения о современных следящих системах
Современные системы автоматического управления представляют собой сложные комплексы взаимодействующих технических устройств и элементов, работа которых основана на различных физических принципах. Различно также их конструктивное выполнение и технические характеристики.

Несмотря на многообразие отдельных систем автоматического управления и входящих в них элементов, последние могут быть сведены к нескольким основным типам, различающимся по их назначению и взаимодействию в системе управления.

САУ должна выполнять одновременно две задачи:

1) обеспечивать с требуемой точностью изменение выходной величины системы в соответствии с поступающей извне входной величиной, играющей роль команды.

При этом необходимо преодолевать инерцию объекта управления и других

элементов системы.

2) при заданном значении входной величины система должна, по возможности, нейтрализовать действие внешних возмущений, стремящихся отклонить выходную величину системы от предписываемого ей в данный момент значения.

В следящем электроприводе различают два режима работы: позиционирования и слежения. В режиме позиционирования привод должен обеспечить перемещение рабочего органа из одного исходного положения в другое за время не больше заданного. Такое требование выдвигается, например, для привода рулевой машины. При этом траектория перемещения чаще всего не имеет значения, хотя иногда могут выдвигаться требования по монотонности переходного процесса, т.е. отсутствию перерегулирования. Такая задача ставится, например, перед приводами промышленных манипуляторов. Во многих случаях в режиме позиционирования выдвигаются жесткие требования к точности поддержания рабочего органа в заданном положении при наличии внешних возмущений.

В режиме слежения привод должен обеспечить перемещение рабочего органа в соответствии с управляющим воздействием, изменяющимся по произвольному закону, при ошибке, не превышающей заданного значения.
2. Краткое описание функциональной схемы системы тиристорный преобразователь-двигатель

Силовая выпрямительная часть содержит два трёхфазных моста, включённых встречно – параллельно. Один мост называют условно – мост вперёд (В), а второй – мост назад (Н). Мост (В) создаёт одно направление ток (+ ), а мост (Н) – обратное направление тока (- ). При переключении мостов меняется направление тока, а не скорости.

Управленческая часть содержит одну СИФУ для двух мостов. Сформированные импульсы поступают к тиристорам через бесконтактные ключи (В, Н). Управляются ключи логическим устройством (ЛУ).

X

СИФУ построена по вертикальному принципу и содержит три формирователя импульсов (ФИ 1, 4), (ФИ3, 6), (ФИ 5, 2). Каждый из формирователей управляет парой тиристоров подключённых к одной фазе питающего напряжения. За один период ФИ вырабатывает два импульса, смещённые по фазе на 180 электрических градусов. Первый импульс поступает на тиристор катодной группы, а второй – катодной. Управляющий импульс вырабатывается в момент равенства пилообразного напряжения и напряжения управления (рис. 2.2). При изменении от 0 до 10 В, угол управления меняется от до .

Управляющий орган (УО) предназначен для настройки начального угла (α_о=120^о), максимального угла (α_max= ) минимального угла (α_min= ).

Начальный угол – это угол при сигнале управления . Настройка выполняется подачей на вход формирователей импульсов напряжения смещения. При угле преобразователь закрыт, мгновенная выпрямленная ЭДС равна нулю.

Максимальный угол настраивается исходя из условия надёжной коммутации в инверторном режиме.

Минимальный угол настраивается исходя из условия получения максимального выпрямленного напряжения нужной величины и для надёжной работы СИФУ.

Переключатель характеристик по сигналам логического устройства может изменить полярность напряжения . Он устанавливается в схемах с одной СИФУ для двух выпрямительных мостов. Его передаточный коэффициент .

Нелинейное звено НЗ₁ линеаризует характеристику «вход-выход» тиристорного преобразователя в режиме прерывистого тока.

Логическое устройство ЛУ выбирает нужный комплект вентилей (В или Н) в данный момент времени. Оно имеет три входа:

1. - управляющий вход. Полярность этого напряжения характеризует нужный комплект вентилей ( ).

2. U_о – разрешающий сигнал. Он формируется датчиком нулевого тока (ДНТ). При сигнале U_o=1 можно переключать, так как нет тока. При сигнале U_o =0 переключать комплекты нельзя, так как имеется ток через какой-то тиристор.

3. – запрещающий сигнал или сигнал блокировки на переключение мостов. Этот вход используется для надёжной работы. Он исключает возможность переключения комплектов в момент времени, когда управляющий импульс уже послан на соответствующий тиристор, но он ещё не успел открыться

Система замкнутая. С помощью датчиков скорости и тока (ДС и ДТ) контролируется скорость и ток. Так как мгновенный выпрямленный ток слагается из составляющих тока отдельных фаз сети , то датчик тока обычно устанавливают на входе выпрямительных мостов.
3. Исходные данные и расчёт параметров объекта регулирования
Исходные данные

Тип двигателя – 2ПН-200М.

Число полюсов .

Номинальная мощность кВт.

Номинальное напряжение В.

Номинальный ток А.

Номинальная скорость об/мин.

Максимальная скорость при ослабленном поле об/мин.

Момент инерции кгм².

Сопротивление обмотки якоря и добавочных полюсов Ом.

Индуктивность якоря двигателя Гн.

Номинальное напряжение возбуждения В.

Номинальный ток возбуждения А.

Сопротивление обмотки возбуждения .

4. Структурная схема РЭП и синтез контуров регулирования

- напряжение задания скорости

W_рс – передаточная функция регулятора скорости

- напряжение задания тока

W_{рт –} передаточная функция регулятора тока

НЗ₁ – нелинейное звено 1

НЗ₂ – нелинейное звено 2

К_УВ - коэффициент управляемого усилителя

К_Т – коэффициент обратной связи по току

К_ОС – коэффициент обратной связи по скорости

I_C – ток статической нагрузки

Активное сопротивление и индуктивность якорной цепи
,
Коэффициент ЭДС двигателя

.

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи
.
Механическая постоянная времени привода
.
Предварительный расчёт коэффициентов обратных связей
,
Назначаем числовые значения коэффициентов обратных связей:



Для синтеза следует задаться желаемыми временем переходного процесса. Обычно стараются получить наиболее быстродействующий привод. Быстродействие тиристорного РЭП ограничивается частотой питающей сети. Для трехфазной мостовой

Процессы в РЭП описываются дифференциальным уравнением третьего порядка. Из таблицы стандартных настроек принимаем биноминальную настройку и выписываем числовые значения коэффициентов нормированного дифференциального уравнения:

А₁=3, А₂=3.

По этим коэффициентам находим соотношения между основными постоянными времени:

Находим числовые значения постоянных времени:

.

Находим числовые значения коэффициентов усиления регулятора тока:

Находим числовые значения коэффициентов усиления регулятора скорости:

5. Расчёт и анализ переходных процессов в РЭП

1. Рассмотрим процесс «в малом» (Рис5.1).Установившаяся скорость 20 рад/с, ток статический – 100 А. На входе имеется фильтр с постоянной времени Т₀₃=0,03 с.

Время переходного процесса соответствует стандартной настройке. Базовая частота.

Время переходного процесса

В момент 0,01 скачком подается сигнал задания скорости, привод разгоняется до 1 рад/с, ток в установившемся режиме равен нулю. После подается статическая нагрузка и ток в приводе возрастает до скорость не много проседает затем выходит на заданный уровень. Перерегулирование скорости связано с биноминальной настройкой.

Как видно из графиков, графики математической и виртуальной модели совпадают, по этому можно для удобства расчетов пользоваться только математической моделью.

Рассмотрим процесс без фильтра. Заданная скорость = 20 рад/с, ток статический . Регулятор скорости ПИ. В системе наблюдается скачек тока, и ток заходит в режим насыщения и соответственно имеется перерегулирование скорости Ϭ =19,2%. (Рис. 5.2)



3. Рассмотрим процесс «в малом». Заданная скорость =20 рад/с, ток статический .Фильтр отсутствует. Регулятор скорости П. С П-регулятором процесс устанавливается медленнее, носит монотонный характер. При нагрузке установившаяся скорость = 16 рад/с, в кривой скорости появился статизм С целью получения большого диапазона регулирования и устранения статизма регулятор скорости принимают типа ПИ.

В начальный момент времени ток и интегральная составляющая регулятера тока равны нулю. Уровень форсировки по ЭДС преобразователя в сравниваемых системах одинаков.

Далее процессы начинают отличаться. Это отличие наглядно просматривается в установившемся режиме. Система с ПИ-регулятором тока является астатической, а схема с П-регулятором – статической по отношению к внешним возмущающим воздействиям. Для контура тока внешним возмущающим воздействием является ЭДС двигателя. В схеме с ПИ-регулятором тока интегральная составляющая автоматически компенсирует влияние ЭДС двигателя и падение напряжения на активных сопротивлениях якорной цепи. Это очень ценное свойство ПИ-регулятора.

Сравнивая переходные процессы по быстродействию, можно заключить, что на начальном участке скорость нарастания тока в этих системах одинакова.

4. Рассмотрим процесс «в большом». В момент 0,01 скачком подается сигнал задания скорости, привод разгоняется до 160 рад/с, ток в установившемся режиме равен нулю. После подается статическая нагрузка и ток в приводе возрастает до скорость не много проседает затем выходит на заданный уровень. Регулятор скорости ПИ. Система астатическая. В системе наблюдается скачек тока, и ток заходит в режим насыщения . Имеется перерегулирование по скорости Ϭ =9,5% связаное с биноминальной настройкой. Время нарастания тока 0,085 с. Время разгона на основном участке.


Процесс «в большом» с ПИ-регулятором скорости
5. Рассмотрим процесс «в большом». Заданная скорость = 150 рад/с, ток статический – 100А. На входе РЭП имеется фильтр с постоянной времени Т₀₃=0,03 с. Регулятор скорости ПИ. Система астатическая. Перерегулирование по скорости уменьшилось, но полностью как для процессов «в малом» не исчезло Ϭ = 5,5%. Здесь, регулятор скорости выходит из насыщения в момент времени, когда скорость строго достигает заданной скорости. Так как ток не может меняться скачком, то процесс происходит с перерегулированием по скорости.


6. Определение полосы пропускания частот (Рис. 5.6). Модель состоит из генератора синусоидального сигнала «sin», регулируемого электропривода «REP» и осциллографа «osc». На вход «REP» подается синусоидальный сигнал разной частоты и снимаются показатели входной и выходной амплитуд и угла смещения между ними. Когда на вход подан сигнал синусоидальной формы с частотой 25 Гц (Рис5.7.). Амплитуда заданной скорости 10 рад/с, после окончания переходного процесса фактическая скорость отстаёт от заданной скорости примерно на 90 электрических градусов, а амплитуда скорости уменьшилась примерно в раз, то есть полоса пропускания частот примерно 25 Гц.

Рис 5.6. Исследуемая модель




Входная и выходная величины при 25 Гц
6. Расчёт и анализ переходных процессов в СЭП
Цель – показать влияние канала скоростной компенсации, ограничения переменных и дискретности в управлении тиристорным преобразователем на протекающие процессы.

Режим равномерного вращения

1. Рассмотрим Модель V20a – имеется канал скоростной компенсации, V_з=20 мм/с, статический ток 70 А.

В этом режиме заданный путь S_З меняется линейно во времени. На начальном участке появляется ошибка по пути. Это скоростная ошибка, которая в установившемся режиме принимает постоянное значение . Скоростная ошибка пропорциональна скорости задания и обратно пропорциональна добротности по скорости.

Как видно из кривых: в системе без канала скоростной компенсации имеется ошибка по пути 1,06 мм. При наличии канала скоростной компенсации эта ошибка отсутствует.

Так как среднее значение кривой тока виртуальной модели тиристорного преобразователя и математической модели совпадают, то можно рассматривать данную систему без учета дискретности.

2. Рассмотрим модель – без канала скоростной компенсации, V_з=20 мм/с, статический ток 70 А.



Как видно из кривых: в системе без канала скоростной компенсации имеется ошибка по пути ∆S=1,06 мм, скорость нарастает плавно без перерегулирования (монотонный процесс).

Ток виртуальной и математической модели не заходят в режим насыщения во время разгона.

3. Рассмотрим Модель V80с – имеется канал скоростной компенсации, V_з=200 мм/с, нагрузки нет. Ограничение тока 100 А. (рис 7.2).

Как видно из кривых: в системе без канала скоростной компенсации имеется ошибка по пути ∆S=10,6 мм. При наличии канала скоростной компенсации эта ошибка отсутствует. Кривые тока заходят в режим положительного и отрицательного ограниения I_огр=500А, при разгоне двигателя. Перерегулирование Ϭ=65%

Режим равноускоренного движения

1. Рассмотрим Модель a500e – имеется канал скоростной компенсации, линейное ускорение а_з=500 мм/с², нагрузки нет. В этом случае заданный путь и фактический путь меняются по параболе. Ошибка в установившемся режиме возрастает. Влияние нагрузки проявляется в виде динамической составляющей ошибки.

Кривые тока и скорости виртуальной и математической модели полностью совпадают (рис 7.3), поэтому дискретностью системы можно пренебрегать и пользоваться для удобства только математической моделью, имеют место лишь не большие помехи, которые не влияют на качество процесса.

Анализ ошибок слежения вначале обычно проводят в качественном виде с помощью частотных характеристик. Точность зависит от наклона ЛАЧХ разомкнутой системы в области низких частот. При увеличении наклона повышается астатизм системы. При оценке точности пользуются понятиями добротности по скорости и ускорению.

На рисунке 7.3 видно как изменяются путь и ошибка по скорости величина ошибки по скорости, во время разгона и торможения, имеет значение 0,2. В установившемся режиме она отсутствует.

В модели без канала скоростной компенсации ошибка по скорости постоянно нарастает во время разгона, что говорит о не стабильности системы.


тиристорный преобразователь двигатель электропривод

В модели без канала скоростной компенсации ошибка по скорости постоянно нарастает во время разгона, что говорит о не работоспособности системы.
Выводы по работе

Рассчитав параметры Регулируемого Электро Привода и, получив схожие результаты в математической и виртуальной моделях (конкретно в большом), приступили к моделированию Следящего Электро Привода уже исключительно в математических моделях.

Экспериментальным путём удостоверились, что исследуя подобные системы в разных режимах, а именно, позиционирования, равномерного и равноускоренного движений, математической модели можно доверять.

А также проверили влияние на эти модели присутствие / отсутствие фильтра на входе.

РЭП с ПИ-регулятором тока является астатической, а схема с П-регулятором – статической по отношению к внешним возмущающим воздействиям. В модели СЭП без канала скоростной компенсации ошибка по скорости постоянно нарастает во время разгона, что говорит о не работоспособности системы.
Список используемой литературы
1. Моделирование систем управления электроприводами: учеб. пособие / А.А. Суптель. – Чебоксары: Издательство Чувашского университета, 2010. – 198 с.

2. Суптель А.А. Системы управления электроприводами. Конспект лекций.

4. Конспект лекций за 7 семестр.