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: 4 из 4

8.Исследование САУ ЭП с П-регулятором на модели

Структурная схема САУ ЭП с П-регулятором приведена на рисунке 8.1. На этой схеме блок «ТП-ДПТ-Р-Н» включает в себя все элементы структурной схемы, относящиеся к электроприводу как объекту управления.



Рисунок 8.1 Структурная схема ЭП с П-регулятором

Для удобства моделирования обратная связь на приведенной схеме образована не по значению угловой скорости ω_н,, а по значению частоты вращения n_н., _,т.е. блок «ТП-ДПТ-Р-Н» включает в себя и преобразователь значений ω_н (рад/с) в значения n_н (об/мин), как и в схеме модели на рисунке 6.1

Звенья с коэффициентами передачи к_н. соответствует датчикам частоты вращения n_н. Значение к_н можно определить, исходя из условия,что при максимальном значении n_н номинальное напряжение на выходе датчика (U_п.ном) равно 5В.В частности при n_н.макс=40 об./мин. имеем:

.

Звено с коэффициентом передачи (усиления) к_у соответствует усилению, реализующему пропорциональный закон управления.

Для упрощения структурной схемы САУ ЭП звенья с передаточным коэффициентом к_п. целесообразно перенести через звено сравнения (сумматор). В полученной схеме (рисунок8.2) при моделировании можно непосредственно наблюдать и измерять отклонение Δn_н выходной переменной от заданного значения n_н.з..



Рисунок8.2. структурная схема САУ ЭП с П-регулятором.

Схема модели САУ ЭП с П-регулятором приведена на рисунке 8.3.

Исследование влияние коэффициента усиления к_у(а следовательно, и коэффициента передачи разомкнутой системы к) на характер переходных процессов удобнее производить при постоянных значениях U_п.и M_н.с ,в частности, при U_п.= U_п.ном. и M_н.с= M_{н.с.макс}. Поэтому соответствующие входа блока «ТП-ДПТ-Р-Н» подключены непосредственно к выходам блоков SP2 и SP4.

Чтобы моделируемая система по своим динамическим свойствам была близка к линейной, в ней в блоке «ТП-ДПТ-Р-Н» временно удалим блок ограничения L1 (рисунок 6.1), подключив выход блока TF1 непосредственно ко входу блока М1.

Для образования в ЭП обратной связи по переменной n_н в диаграмму добавлены звено сравнения S7, блок а9 («gain») c коэффициентом передачи к_п (соответствующий датчику значений переменной n_н) и блок SP6(«slider»), соответствующий задающему устройству.

Кроме того, в модель введены блок умножения М3(«multiply») и задатчик коэффициента усиления к_у блок SP7(«slider»). Использование этих двух блоков вместо одного блока «gain» с коэффициентом усиления к_у позволяет изменять значение к_у в любых пределах.

Запустив программу на выполнение и наблюдая за переходными процессами по осциллографу, изменяя значения коэффициента к_у, добиваемся такого режима работы САУ ЭП, когда в ней происходят незатухающие гармонические процессы. Система в этом режиме находится на границе устойчивости, значение коэффициента усиления к_у= к_у.кр..=16,2 соответствует критическому. При к_у< к_у.кр. колебательные процессы в системе затухают - система устойчива, при к_у> к_у.кр - расходятся – система не устойчива.

Получим осциллограммы переходных процессов n_н.(t) в системе для случаев, когда она находится на границе устойчивости (при к_у= к_у.кр) и когда имеет запасы устойчивости по амплитуде (β), равные 2 (при к_у=8,1) и 4

(при к_у=4,05). Для этого блоки М3 и SP7 заменим одним блоком «gain» с коэффициентом усиления к_у и на одной диаграмме построим три схемы к модели САУ ЭП, отличающиеся значением коэффициента к_у.

Вид измененной модели САУ ЭП и результаты исследований n_н.(t) приведены на рисунке 8.4.

На этом рисунке объединенный блок «ТП-ДПТ-Р-Н» включает в себя не только блок «ТП-ДПТ-Р-Н» на рисунке8.3, но и блоки SP2 и SP4.

Анализ осциллограмм показывает, что при уменьшении коэффициента

к_у, а следовательно, и коэффициента к, т.е. при увеличении запаса устойчивости β, колебательность переходного процесса снижается; максимальное перерегулирование и число перерегулирований N уменьшаются (при β=2 и β=4 имеем соответственно δ 60%, N=1),время регулирования t_рег.уменьшается с 0,4 до 0,2. В то же время в установившемся режиме увеличивается отклонение n_н.уст. от заданного значения n_н.з.= 40об/мин. А именно, при β=2 Δn_н.ст.=4,5 об/мин., а при β=4 Δn_н.ст.=7,5 об./мин. При β=1 в системе наблюдаются незатухающие гармонические колебания, САУ ЭП находится на границе устойчивости и неработоспособна.





Далее проведем исследование влияния на выходную величину n_н при β=2 и β=4 скачкообразных возмущений по напряжению питания U_п и по нагрузкеM_н.с. Для этого на диаграмме (рисунок 8.5)разместим генераторы ступенчато изменяющихся переменных U_п и M_н.с, аналогичные генераторам диаграммы на рисунке 6.2. Построение модели САУ ЭП и осциллограммы исследований приведены на рисунке8.5.

Анализ результатов исследований показывает, что при n_н.з.=40 об./мин изменение возмущений U_п и M_н.с в заданных приделах не существенно сказывается на разбросе установившихся значений n_н ,а именно:

при β=2, n_{н.уст.max}=36 об/мин,

n_{н.уст.мин}=34,6об/мин,

разброс значения n_н.уст составляет

n_н.уст=1,4об/мин;

при β=4, n_{н.уст.max}=32,8об/мин,

n_{н.уст.мин}=30,4об/мин,

разброс Δn_н.уст=2,8об/мин.

В целом введение САУ с П-регулятором в сравнении с ЭП без регулятора (осциллограммы рисунка 6.2) дает определенные преимущества при действии возмущений. Так значение n_н.уст меньше подвержено влиянию скачкообразных возмущений по U_п и M_н.с , переходные процессы при каждом изменении возмущения заканчиваются быстрее, Δn_н.уст имеет меньший разброс значений.

Тем не менее при САУ ЭП с П-регулятором отклонение фактических значений n_н от заданного n_н.з. в установившихся режимах составляет :

при β=2, n_н.ст=4 5,4об./мин,

при β=4, n_н.ст=7,2 9,6об./мин,

что не удовлетворяет требованиям задания и требует дальнейшего совершенствования алгоритма управления САУ ЭП.

На модели САУ ЭП с П-регулятором для разомкнутой системы получит амплитудно-фазовые характеристики (АФХ) при различных значениях запаса устойчивости β, для чего необходимо выделить все блоки замкнутого контура (т.е. цепи обратной связи) кроме звена сравнения (сумматора). Далеезапуская программу на выполнение и выделяя строку «Nyquist Response» («Характеристика Найквиста») в меню «Analyse»(«анализ») получает АФХ на комплексной плоскости [годограф комплексного коэффициента передачи W(jω)], позволяющую судить об устойчивости системы на основании критерия Найквиста.

На рисунках 8.6, 8.7, 8.9 приведены АФХ САУ ЭП с П-регулятором при значениях запаса устойчивости по усилению (амплитуде) β равных: 2, 1 и 4 соответственно. При этом к_у=8.1, 16.2, 4.05 соответственно.

Из АФХ рисунка 8.6 видно, что при угловой скорости вращения вала нагрузки ω_π(соответствующей φ=-π) значение комплексного коэффициента передачи ККП равно 0,5, что и соответствует двойному запасу по усилению(амплитуде), так как

На той же модели САУ ЭП с П-регулятором получим логарифмические амплитудную и фазовую частотные характеристики [ЛАЧХ L(ω) и ЛФЧХ φ(ω)] разомкнутой системы, для чего в меню «Analyse» необходимо выделить пункт «Frequency Response» («Частотная характеристика»). Эти характеристики получим для тех же трех значений β. Характеристики представлены на рисунках 8.9,8.10 и 8.11.

По ЛАЧХ и ЛФЧХ определим запасы устойчивости L_зап (по амплитуде в логарифмическом масштабе) и (по фазе).

Так, при β=1 рисунок 8.9 L_зап. 0 дБ, ;

при β=2 рисунок 8.10 L_зап. 6,2 дБ, ;

при β=4 рисунок 8.11 L_зап. 12,4 дБ, .

Проведенные исследования подтверждают ранее выводы о влиянии запасов устойчивости САУ на качество переходных процессов.

С увеличением запасов устойчивости поL_зап и качество переходных процессов улучшается, а именно: уменьшается перерегулирование, уменьшается колебательность , уменьшается время регулирования.

Однако в статических состояниях в САУ с П-регулятором сохраняется большое отклонение выходной величины ЭП от заданного значения. Причем, с увеличением запасов устойчивости отклонение возрастает, что ухудшает точность системы. Это не удовлетворяет требованиям задания. Поэтому необходимо дальнейшее совершенствование алгоритма управления САУ ЭП.











9. Построение статических САУ ЭП

Если изменением коэффициента усиления усилителя к_у, а следовательно и коэффициента преобразования системы к, не удается обеспечить требования к качеству управления в станционных режимах, то в САУ целесообразно использовать интегральный или пропорционально-интегральный законы управления.

Результаты, реализующие такие законы управления, называются интегральными (И-регуляторами) и пропорционально-интегральными(ПИ-регуляторами).

Указанные законы управления обычно реализуют путем включения в регулятор РС(регулятор скорости) интегрирующих или изодромных звеньев, имеющих передаточные функции:

;

.

Струкутурная схема САУ после её приведения к одноконтурному виду может содержать на участке между точкой воздействия возмущения f и выходом y звенья с интегрирующими свойствами.

В замкнутом контуре регулирования также могут иметься звенья ин­тегрирующего типа, наличие которых обусловлено, например, интегрирующими свойствами ОУ. При использовании И- или ПИ-регуляторов число таких звеньев увеличивается. Пусть q- общее число звеньев интегрирующего типа в замкнутом контуре САУ, т. е. передаточ­ная функция W(p) выраженная (7.3) содержит в знаменателе множитель р^q.

Тогда в статическом режиме для той составляющей переменной у, ко­торая обусловлена действием возмущения f на основании (7.3) и (7.4)

Применительно к данному курсовому проекту имеем, что в преобразованной одноконтурной структурной схеме САУ ЭП(рисунок 7.2) вообще отсутствуют звенья интегрирующего типа. Т.е. l=0[нет интегрирующих или изодромных звеньев в прямой цепи от f(M_н.с) до Y(ω_н )] и до q=0(нет таких звеньев и в контуре главной обратной связи).

В связи с этим в статическом режиме при (к=0)имеем статические ошибки слежения Δy_cт(у_з.)[ Δ ω_н.ст(ω_н.з) 0]и статическое отклонение Δy_cт(f_.)[ Δ ω_н.ст(M_н.с.ст ) 0]. Это подтверждается и результатами анализа, представленными в разделе 7(выражение7.9), и исследованиями раздела 8(рисунки 8.4 и 8.5).

Для получения равных нулю статической ошибки слежения Δω_н.ст(ω_н.з.)=0 и статического отклонения выходной величины от возмущения Δ ω_н.ст(M_н.с.ст )=0 достаточно в регулятор скорости САУ ввести одно интегрирующее или изодромное звено. При этом q=1 САУ ЭП становится астатической как по задающему, так и по возмущающему воздействиям [q>l,(1>0)] .

Если, при этом (q=1), воздействия ω_н.з или M_н.с будут изменяться с постоянной скоростью или , соответственно(т.е к=1), то в САУ ЭП будет иметь место установившееся отклонение выходной величины Δω_н.уст (q=k=1)как от изменения заданного значения этой величины , так и от изменения момента сопротивления нагрузки, т.е. Δω_н.уст (ω_н.з.) 0 или Δω_н.уст(M_н.с. ) при или ,соответственно, необходимо в регулятор скорости САУ ввести еще одно (итого два) интегрирующее или изодромное звено. При этом q=2, или и, следовательно, Δω_н.уст(ω_н.з.)=0 [q>k_ω.уст,(2>1)]и Δ ω_н.ст(M_н.с.ст )=0 [q>k_М.уст,(2>1)].

Если же ω_н.з или M_н.с будут изменяться с постоянным ускорением (к=2) или , соответственно, то при двух звеньех интегрирующего типа в РС (q=k=2)в САУ ЭП будет иметь место установившееся отклонение выходной величины Δω_н.уст(ω_н.з) 0 или Δω_н.уст(M_н.с. ) 0. для сведения и этих отклонений к нулю необходимо в РС САУ ввести еще одно (итого три) звено интегрирующего типа. При этом q=3,к=2, q>k и по любому внешнему воздействию статическому или установившемуся (по скорости или по ускорению) Δω_н.уст по соответствующему воздействию будет равно нулю.

Окончательное количество вводимых звеньев интегрирующего типа в РС будет определяться в следующем разделе по мере выполнения требований к качеству управления, точности и устойчивости работы системы САУ ЭП.

Список использованной литературы:

1. 
   Сазонов В.В. Анализ и синтез системы автоматического управления электрическим приводом постоянного тока [Текст]: методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Теоретические основы автоматики, телемеханики и связи» для студентов спец. «АТС на ж/д транспорте» всех форм обучения/ В.В. Сазонов, Л.А.Плешакова. – Самара: СамГАПС, 2005.-36 с. (в библиотеке СамГУПС №1633).
   
2. 
   Сазонов В.В. Анализ и синтез системы автоматического управления электрическим приводом постоянного тока [Текст]: уч. Пособие/Вячеслав Викторович Сазонов. – Самара: СамГАПС, 2005.-176 с.
   
3. 
   Сазонов В.В. Методические указания по использованию пакета динамического моделирования VisSim при выполнении курсового проекта и лабораторных работ по дисциплине «Теоритические основы автоматики, телемеханики и связи» [Текст]: для студентов спец. «АТС на ж/д транспорте» всез форм обучения / В.В.Сазонов. – Самара: СамГАПС, 2005.-68 с. (В библиотеке СамГУПС № 1642).