ТОАТ КУРСОВОЙ. Реферат Построение функциональной схемы сау эп

• Название: Реферат Построение функциональной схемы сау эп
• Анкор: ТОАТ КУРСОВОЙ
• Дата: 03.05.2022
• Размер: 1.23 Mb.
• Имя файла: toat_kursovoy.docx
• Тип: Реферат; #509467
• страница: 3 из 4

5. Построение структурной схемы ЭП и её преобразование.

Путем объединения структурных схем узлов ТП, ДПТ и механической части ЭП получат общую структурную схему ЭП как объекта управления САУ.

Такая схема представлена на рисунке 5.1.


Рисунок 5.1 – Общая структурная схема ЭП как объекта управления САУ.

Отметим воздействия, приложенные к объекту:

U_y – напряжение управления – управляющее воздействие на объект;

U_п, М_д.пот., М_н.с. – соответственно, напряжение питания ЭП, момент потерь в двигателе, момент сопротивления на ЭП. Причем, изменение М_н.с. – возмущающее воздействие нагрузки, а изменения U_п и М_д.пот – возмущающие воздействия помех;

ω_к – угловая скорость вращения вала нагрузки – управляемая (регулируемая) величина.

Даже при отсутствии контура главной обратной связи (по управляемой переменной) в САУ ЭП, структурная схема ЭП является многоконтурной. Она содержит два контура местных обратных связей по угловой скорости вращения якоря ω_я и по току якоря ДПТ i_я.

Обычно многоконтурные структурные схемы САУ приводят к одноконтурному виду, наиболее удобному для исследования. Одноконтурная САУ имеет один контур главной обратной связи, который после размыкания представляет собой цепь из последовательно соединенных звеньев.

Преобразование структурных схем к одноконтурному виду и их упрощение производят на основании определенных правил. Эти правила основаны на том что при любых преобразованиях передаточная функция по любому воздействию недолжна измениться.

Основные правила преобразования приведены в таблице 2.1

[ ]

При преобразовании схем имеющиеся типовые соединения звеньев (последовательное, параллельное, с внутренней обратной связью) следует заменить эквивалентным звеном. Затем выполняется перенос точек разветвления и сумматоров, чтобы в преобразованной таким образом схеме образовались новые типовые соединения звеньев. Эти соединения опять должны быть заменены эквивалентными и т.д. В процессе любых преобразований необходимо проводить и пересчет передаточных функций эквивалентных элементов и схем.

Для получения преобразованной структурной схемы ЭП (блока «ТП-ДПТ-Р-Н) без контуров местной обратной связи в данном проекте предлагается провести следующие преобразования (рисунок 5.1)

1) Перенесите сумматор Σ2 влево за Σ1 (по правилу 8 [ ]);

2) Заменить контур с сумматором Σ1 эквивалентным звеном (по правилу 3 [ ]);

3) Перенести сумматоры Σ3 и Σ4 на выход вправо за звено с передаточной функцией 1/r (по правилам 4а, 9а [ ] – для каждого сумматора);

4) Заменить образовавшийся контур с сумматором Σ2 эквивалентным звеном (по правилу 3 [ ])

В результате проведенных преобразований получается структурная схема ЭП не содержащая контуров с обратными связями, которые имелись на исходной схеме (рисунок 5.1) на участках от точки действия ЭДС е_т.п. до выходной переменной.

Общий вид такой схемы приведен на рисунке 5.2.


Рисунок 5.2 – Общая структурная схема ЭП после преобразований
По полученной схеме легко определить передаточную функцию блока «ТП-ДПТ-Р-Н» по любому воздействию.

В частности, для схемы на рисунке 5.1 (после её преобразования к виду на рисунке 5.2) передаточные функции по воздействиям е_т.п., М_д.пот. и М_н.с. после их приведения к стандартному виду выражаются соотношениями (с учетом знаков у сумматоров Σ3 и Σ4):

(5.1)

(5.2)

(5.3)

где





Относительно управляющего сигнала u_y передаточная функция, согласно структурной схеме на рисунке 5.2, для рассматриваемого случая имеет вид (без учета БО₁):

(5.4)

где .

Используя параметры звеньев, полученные ранее, определим числовые значения всех коэффициентов и постоянных времени передаточных функций.













При этом

На основании схемы на рисунке 5.2 можно записать соотношение, связываюшее выходную переменную блока «ТП-ДПТ-Р-Н» с воздействиями u_y, М_д.пот. и М_н.с.. Это выражение имеет вид[с учетом (5,6),(5,2) и (5,3)]:

(t). (5.5)

6. Исследование статических и динамических характеристик ЭП на модели.

Исследование статических и динамических характеристик ЭП проводится на компьютере путем моделирования с помощью программы Vissim.

При структурном моделировании по структурной схеме с помощью «графического редактора» на основе «библиотеки типовых блоков» на экране дисплея строится схема модели. Затем выполняется моделирование и проводится анализ полученных результатов.

Модель любого устройства или системы в Vissim представляет собой диаграмму, под которой понимают набор функциональных блоков, соединенных между собой линиями связи и отображаемым в окне диаграммы.

На диаграмме все параметры звеньев (коэффициента передачи, постоянные времени и т.д.) представляются в виде конкретных чисел – это исходные и расчетные значения параметров, полученные ранее. На рисунке 6.1 приведена схема модели ЭП, построенная по структурной схеме на рисунке 5.1. Блоки модели соответствуют звеньям структурной схемы.

Для возможности изменения переменных U_y , U_п, M_н.с. предусмотрены блоки SP1,SP2 и SP4 типа slider (ползунок); непосредственно на этих блоках отображаются текущие значения переменных. Постоянная величина М_д.потгенерируется блоком SP3 (блок const).

В модели предусмотрены блоки G1, G2,преобразующие значения угловых скоростей ω_яи ω_н в значения частот вращения якоря ДПТ (n_я) и вала нагрузки (n_н).

Измерение значений переменных U_я , i_я , n_я и n_н производится цифровыми измерительными приборами D1 D4 (блоки display). Наблюдение за изменением во времени величин i_яи n_я производится с помощью осциллографов P1 и P2(блоки plot).

Проведем исследование статических и динамических характеристик ЭП как объекта управления САУ.



Некоторыми результатами исследований приведены на диаграмме, рисунок 6.1.

Установим номинальные значения всех входных воздействий: U_y.ном=5 В, U_п.ном=380 В,M_н.с.ном=811,6902Н·м. При таких воздействий все переменные, характеризующие работу ЭП в установившемся режиме должны соответствовать номинальным значениям. Видим: U_я.ном=220В;I_я.ном =19,0797А, n_я.ном =800об/мин и n_н.ном =40об/мин. Эти значения приборов весьма близки к номинальным, что указывает на соответствие построенной модели ЭП его структурной схеме по крайней мере для статических режимов.

Изменение выходных величин n_н носит апериодический характер.

Ток i_я на начальном этапе переходного процесса резко нарастает и достигает больших значений ( 118А). Это обуславливается тем, что непосредственно после пуска ДПТ имеем n_я =0, ЭДС е_я=0, скорость нарастания тока i_я ограничена только индуктивностью L_я.п, которая невелика. При е_я=0 ток i_я стремится к значению (измерено на модели при отключении сигнала е_я ). По мере разгона двигателя ЭДС е_я возрастает и ток снижается до номинального значения.

С помощью модели ЭП исследуем влияние по нагрузке (M_н.с.) на n_н в статическом режиме. Уменьшение M_н.с приводит к увеличению n_н. в частности, измерения ,проведенные на модели (при U_п.), показали: изменения M_н.с.ст в заданном диапазоне (229,5 765Н·м) вызывает изменение n_н.ст в пределах от 43,6183 до 40,2903 об/мин. А· Δn_н.ст ·(M_н.с) 3,328об/мин.

Обеспечить выполнение условия n_н.=n_н.з. (в заданном диапазоне n_н.з. ) при действии возмущений можно только за счет изменения сигнала управления U_y. Очевидно, что минимальное значение U_y в статическом режиме соответствует U_п.ст.=U_п.макс ,M_н.с.ст=M_н.с.мин и n_н.ст =n_{н.ст.мин}=8об/мин. При моделировании было получено U_{y.ст.мин.}=0,961В. Максимальное значение U_y.ст соответствует U_п.ст.=U_п.min=323В, M_н.с.ст=M_{н.с.макс}=765Н·м и n_н.ст =n_{н.ст.макс}=40об./мин. При моделировании получено U_{y.ст.макс}=5,845В.

Таким образом, путем изменения сигнала U_y.ст в пределах от 0,961 до 5,485В можно для статических режимов обеспечить любое значение n_н. при любых внешних возмущениях.

Характер кривых n_н.(t) и i_я.(t) говорит о том, что ЭП в статическом режиме является устойчивым ОУ(рисунок 6.1).

При U_y.= U_y.ном. исследуем переходные процессы n_н.(t) и i_я.(t) при скачкообразных изменениях напряжения питания U_п. отU_п.мин. доU_п.макс(и обратно) и момента нагрузки M_н.с от M_н.с.мин до M_{н.с.макс}(и обратно).

Для этой цели разместим на диаграмме(рисунок 6.2) генераторы, позволяющие формировать ступенчатые изменения переменных U_п.и M_н.с .

Модель генераторов ступенчато изменяющихся переменных строится с помощью блоков «step» («скачок»). Добавляя к исходным значениям переменных U_п.и M_н.с соответствующие скачкообразные приращения ΔU_п.и ΔM_н.с с определенными знаками можно в требуемые моменты времени ступенчато изменять U_п.и M_н.с в заданных пределах. Для этого применим несколько блоков «step» и два сумматора с расширением количества входов.

Для визуального упрощения диаграммы все блоки с неизменными параметрами настройки объединим в один эквивалентный блок. Программа Vissim позволяет произвести объединение любого количества блоков в единый блок с теми же характеристиками.

Модель для исследования ЭП при действии возмущений и результаты этих исследований приведены на рисунке 6.2.



На модели объединенный блок «ТП-ДПТ-Р-Н» («тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока – редуктор – нагрузка») представляет собой объект управления – ЭП.

Осциллограмма n_н.(t) дает полное представление о зависимости частоты вращения вала нагрузки от внешних возмущений и позволяет определить диапазон её изменения в установившихся режимах.

Определим максимальное и минимальное установившиеся значения переменное n_н., а также максимальное отклонение Δn_{н.уст.макс}= n_{н.уст.макс} - n_{н.уст.мин.} :

n_{н.уст.макс} 50,345 об./мин.

n_{н.уст.мин.} 32,966 об./мин.

При n_н.з.=40 максимальное отклонение фактического значения частоты вращения вала нагрузки составляет:



Анализ осциллограмм указывает на большой разброс установившихся значений частоты вращения вала нагрузки:

Δn_{н.уст.макс}=11,5 об./мин.

Максимальное установившееся значение частоты вращения вала нагрузки превышает заданное (n_н.макс=40об./мин)на 10 об./мин. Все это говорит о существенной зависимости значения переменной n_н от внешних возмущений и необходимости использования системы автоматического управления для выполнения заданных технических условий.

Характер кривых n_н.(t) и i_я.(t) (после снижения нагрузки n_н и i_я принимают первоначальное значение) говорит о том, что рассматриваемый ЭП является устойчивым ОУ.


7. Анализ САУ ЭП с пропорциональным законом управления.
Цель управления электроприводом [изменение значения регулируемой переменной y(ω_н) в соответствии с изменением задающего сигнала y₃ и уменьшение влияния на у внешних возмущений] реализуется устройством управления (рисунок 1.1),разработка которого и является конечной за­дачей курсового проекта. Важным этапом проектирования при этом является обоснованный выбор закона управления.


Законом управления называют математическую зависимость, в со­ответствии с которой УУ формирует управляющее воздействие и_у. Применительно к системам управления по отклонению законы управления характеризуют зависимость u_y=f(Δy), при этом u_y может зависеть от самого отклонения Δy, от интегралов и производных от Δy. В общем случае

(7.1)

Где К1,…К5 – постоянные коэффициенты.

Простейшим является пропорциональный закон управления, когда управляющее воздействие и_у.(t) пропорционально самому отклонению , т.е. когда в выражении (7.1) не равен нулю только коэффициент К1. Регуляторы (т.е. УУ), реализующие этот закон, называют пропорциональным (П-регуляторами). В ЭП в качестве П-регулятора обычно используют усилитель постоянного тока. Работа такого ЭП рассмотрена в разделе 1.

Закон управления, вытекающий из (1.6) и (1.5), выражается соотношением

(7.2)

Полная структурная схема САУ ЭП с П-регулятором получается добавлением к ОУ звеньев УУ в соответствии с соотношением (7.2) и замыканием через сумматор главной обратной связью выходной величины объекта с задающим воздействием регулятора

Обобщенный вид такой схемы приведен на рисунке 7.1



Рисунок 7.1 – Обобщенная структурная схема САУ – ЭП с П-регулятором.

На этой схеме блок «ТП-ДПТ-Р-Н» условно объединяет все звенья ЭП как объекта управления.

При курсовом проектировании структурную схему ЭП с П-регулятором рекомендуется построить в двух вариантах. В первом варианте используется полная исходная (непреобразованная) структурная, схема «ТП-ДПТ-Р-Н» (потребуется при моделировании САУ ЭП). Во втором варианте блоку «ТП-ДПТ-Р-Н» должна соответствовать преобразованная схема, т. е. полная схема САУ ТП должна быть одноконтурной

Полученная одноконтурная структурная схема позволяет провести анализ работы САУ ЭП в статических и динамических режимах.

Известно, что в одноконтурной замкнутой системе передаточная функция по любому воздействию в точке «х» может быть определена на основании следующего соотношения:

(7.3)

В этом выражении - передаточная функция прямой цепи по воздействию х, т.е. участке цепи от точки воздействия х до выхода у; - передаточная функция разомкнутой цепи, т.е. цепи, образованной из звеньев контура обратной связи (звеньев замкнутого контура), после размыкания этого контура в любом месте.

По известной передаточной функции можно определить реакцию системы на воздействие

(7.4)

Если на систему действуют одновременно n внешних воздействий, то на основании принципа суперпозиции

(7.5)

Используя соотношение 7.3 для схем на рисунке 7.2. б можно получить передаточные функции замкнутой системы по любому внешнему воздействию. В частности, по задающему воздействию и по моменту нагрузки М_н.с. будем иметь:


Уменьшить отклонение можно увеличением коэффициента К, например, за счет увеличения коэффициента усиления Ку. Однако увеличение К может привести к потере устойчивости замкнутой системой.




Рисунок 7.2 – Структурные схемы САУ ЭП: а) непреобразованная многоконтурная; б) преобразованная одноконтурная.