Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка

в регулятор интегрирующего звена.

Передаточная функция регулятора i-го контура будет иметь вид:

[pic]

Настройка системы производится путем последовательной оптимизации

контуров регулирования. Каждый контур оптимизируется по модульному или

симметричному оптимумам, в основе которых лежит обеспечение вполне

определенных показателей по выполнению, колебательности и точности системы

автоматического управления, т.е. получение технически оптимального

переходного процесса.

СПР имеют следующие достоинства:

Простота расчета регуляторов каждого контура при настройке по тому или

иному оптимуму.

Высокие статические и динамические показатели, обеспечиваемые настройкой

контуров регулирования по модульному или симметричному оптимумам.

Простота ограничения регулируемых координат.

Унификация оборудования, обусловленная особенностями регуляторов СПР и

наличием унифицированных блочных систем регулирования, специально

выпускаемых для СПР.

Простота настройки.

Основной недостаток - некоторый проигрыш по быстродействию.

На рис. 10 представлена структурная схема двухконтурной системы

подчиненного регулирования электропривода постоянного тока.

В соответствие с требованиями к электроприводу принимаем

двухконтурную САР скорости с внутренним контуром регулирования тока якоря.

Выбираем однократно интегрирующую САР скорости, поскольку астатизм системы

по моменту сопротивления не требуется и однократно интегрирующая САР

обладает динамическими свойствами по сравнению с двукратно интегрирующей.

Контуры тока якоря и скорости настроены на модульный оптимум. Поэтому в

системе применяется ПИ-регулятор тока и П-регулятор скорости. Ускорение и

замедление привода обеспечивается путем формирования линейно изменяющегося

сигнала задания на скорость задатчиком интенсивности. Функциональная схема

САР скорости представлена на рис. 11.

РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЯКОРЯ И ЦЕПИ КОМПЕНСАЦИИ ЭДС ЯКОРЯ

1 ВЫБОР КОМПЕНСИРУЕМОЙ ПОСТОЯННОЙ

Величина Т? является "базовой" при расчете СПР, для которых

характерно, что динамические свойства системы не зависит от параметров

объекта регулирования и определяется только величиной постоянной времени Т?

фильтра, установленного на выходе регулирующей части системы управления.

Таким образом , в стандартных системах регулирования величина Т? является

единственным средством воздействия на систему управления.

С одной стороны уменьшение Т? приводит к увеличению быстродействия и

снижению статической и динамической ошибок по скорости при приложении

внешних возмущающих воздействий, с другой стороны величина этой постоянной

времени должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить высокую

помехозащищенность системы, ограничение тока якоря на допустимом уровне и

устойчивость работы САУ с учетом дискретность тиристорного преобразователя.

Следовательно фильтр с постоянной времени Т? должен реально

присутствовать в САУ электроприводом.

В реальных САУ с подчиненным регулированием параметров величина Т?

лежит в пределах 0,004-0,01 с.

Для нашей системы выберем Т? = 0,007 с.

2 расчет контура регулирования тока якоря

1 Расчетная структурная схема контура тока

Контур регулирования тока якоря является внутренним контуром САУ

электроприводом. Он образуется регулятором тока, фильтром с постоянной

времени Т?, тиристорным преобразователем, якорной цепью и обратной связью

по току через датчик тока (kдт = 1). В объекте управления имеет место

внутренняя обратная связь по ЭДС якоря двигателя. Структурная схема контура

тока представлена на рис. 12.

2 Передаточная функция регулятора тока

При синтезе регулятора внутренняя обратная связь оп ЭДС не

учитывается.

Передаточная функция регулятора тока, найденная по условию настройки

на модульный оптимум:

[pic], где

Тi1 = Tэ = 0,07с;

[pic]

[pic]

При выборе данной передаточной функции регулятора тока замкнутый

контур тока будет описываться передаточной функцией фильтра Баттерворта II

порядка:

[pic]

[pic]

При условии неподвижного якоря двигателя (когда ? = 0, ея = 0). В

этом случае реакция контура на единичное ступенчатое задание тока

представлена кривой 1 на

рис. 13.

3 Компенсация влияния ЭДС якоря двигателя

Действие ЭДС якоря приводит к погрешности регулирования тока.

Появляется астатизм контура по задающему воздействию. При единичном задании

на ток статическая ошибка составит:

[pic], где

[pic]

[pic]

Статическая ошибка по току оказывается существенной, поэтому

пренебречь влиянием обратной связи по ЭДС нельзя. Для компенсации влияния

ЭДС якоря используют принцип комбинированного управления. В систему

управления вводится положительная обратная связь по ЭДС. Для удобства

технической реализации эта обратная связь подается на вход регулятора тока,

а фильтр выносится из контура в цепь задания и обратной связи по току.

Структурная схема контура тока с компенсирующей связью по ЭДС представлена

на рис. 14.

Передаточная функция звена компенсации ЭДС будет иметь вид:

[pic], где

[pic]

[pic]

[pic]

4 Реализация датчика ЭДС

ЭДС якоря двигателя, в отличие от тока якоря и скорости, недоступна

для прямого измерения. Датчик косвенного измерения ЭДС якоря использует

сигналы датчика тока якоря и датчика напряжения на якоре двигателя. Связь

между током якоря, напряжением якоря и ЭДС якоря устанавливает уравнение

электрического состояния равновесия в якорной цепи. В операторном виде оно

имеет вид:

[pic], где

[pic]

Выразив ЭДС, получим уравнение датчика. Структурная схема датчика

тока приведена ниже. Для возможности практической реализации форсирующего

звена и защиты системы от помех в сигналах датчиков в канале тока и

напряжения датчика ЭДС добавлено инерционное звено с постоянной времени Т?.

Таким образом реальный датчик ЭДС будет инерционным.

3 Конструктивный РАСЧЕТ

Рассмотрим реализацию управляющей части контура тока якоря в

аналоговой системе автоматического управления электроприводом на базе

операционных усилителей.

Принципиальная схема регулятора тока и цепи компенсации ЭДС

представлена на рис. 16.

Регулятор реализован на усилителе DA1, звено компенсации ЭДС - на

усилителе DA2. Усилитель DA3 предназначен для суммирования сигналов в

датчике ЭДС.

Для расчета элементов схемы по известным значениям параметров в

относительных единицах используем базисные величины:

Iбр = 0,5 мА - базисный ток регулирования принимаем, как

рекомендуется в [5].

Uбр = 10 В - базисное напряжение регулирования.

Базисное сопротивление системы регулирования:

[pic]

[pic]

Принимаем величины сопротивлений

[pic]

Емкость фильтров в цепи задания и обратной связи по току:

[pic]

[pic]

Емкость в цепи обратной связи усилителя DA1:

[pic]

[pic]

Сопротивления в цепи обратной связи усилителя DA1:

[pic]

[pic]

Емкость во входной цепи усилителя DA2

[pic]

[pic]

Сопротивление в обратной связи усилителя DA2:

[pic]

[pic]

Емкость фильтра на входе DA3:

[pic]

[pic]

Параметры элементов на входе форсирующего звена на входе DA3:

[pic], где

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

1 рАСЧЕТНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

Согласно требованиям, предъявляемым к электроприводу, система

регулирования скорости выполняется однократной (см. п. 6). Структурная

схема контура скорости представлена на рис. 17. Контур регулирования тока

настроен на модульный оптимум с наличием компенсации по ЭДС якоря -

рассматриваем как фильтр Баттерворта II порядка.

Контур скорости образуется регулятором скорости, контуром

регулирования тока якоря. звеном умножения на поток, звеном механической

части привода и обратной связью по скорости через датчик скорости (kдс =

1). На объект действует возмущающее воздействие - момент статического

сопротивления.

2 расчет регулятора скорости

В однократной САР скорости, по условия настройки на модульный

оптимум, регулятор скорости имеет передаточную функцию пропорционального

звена:

[pic], где

[pic],

? = 1, т.к. Ф = ФN = const.

[pic]

Передаточная функция замкнутого контура скорости при настройке на

модульный оптимум представляет собой фильтр Баттерворта III порядка:

[pic]

Реакция контура скорости на скачок задания на скорость представлена на

рис. 18. такой процесс имеет место при mc = 0 (на холостом ходу).

Однократная САР обладает астатизмом по возмущающему воздействию, поэтому

появление нагрузки приведет к статической ошибке по скорости. При ?* = 1 и

mc = 1 (что соответствует в абсолютных единицах Mc =MN) статическая ошибка

будет равна:

[pic]

[pic]

3 конструктивный расчет

Принимаем:

[pic]

Сопротивление в цепи обратной связи DA4:

[pic]

[pic]

РАСЧЕТ ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ

1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ

Задатчик интенсивности устанавливается на входе САР скорости и

предназначен для формирования сигнала задания на скорость. ЗИ ограничивает

темп нарастания снижения задания на скорость и тем самым обеспечивает,

чтобы ускорение и динамический момент электропривода не превышали

допустимых значений. Структурная схема ЗИ представлена на рис. 20.

Принцип действия ЗИ

При поступлении на вход ЗИ ступенчатого воздействия нелинейный

элемент задатчика выходит на ограничение, и на вход интегрирующего звена

поступает неизменная величина ?нэ = Q. На выходе интегратора появляется

линейно возрастающий сигнал.

Теперь на нелинейный элемент поступает разность ?? = ?зи* - ?*, но

на его выходе остается сигнал, равный Q, поскольку коэффициент усиления НЭ

очень большой, и достаточно малого рассогласования чтобы вывести его на

ограничение. Возрастание выходного сигнала длится до тех пор, пока ?зи* =

?*, см. рис. 21.

2 расчет параметров Зи

Темп ЗИ представляет собой величину ускорения электропривода в

относительных единицах:

[pic]

[pic]

Принимаем постоянную времени интегратора Ти = 0,25 с. При этом

величина ограничения нелинейного элемента составит:

[pic]

[pic]

В абсолютных единицах ограничение соответствует 10 В.

Установившийся динамический момент при разгоне с темпом А:

[pic]

[pic]

Проверим выполнение условия:

[pic]

[pic]

Из пункта 3:

[pic]

Установившаяся динамическая ошибка по скорости при разгоне с темпом

А:

[pic]

[pic]

3 конструктивный РАСЧЕТ

Принципиальная схема ЗИ представлена на рис. 22.

Нелинейный элемент реализуется на операционном усилителе DA7 за счет

включения в обратную связь пары стабилитронов VD6 и МВ7. Интегратор

реализуется на операционном усилителе DA6. Усилитель DA5 предназначен для

инвертирования сигнала.

Принимаем:

[pic]

Коэффициент усиления линейной зоны нелинейного элемента принимаем

равным 100.

[pic]

Емкость в обратной связи интегратора:

[pic]

[pic]

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ САР СКОРОСТИ

ЛИТЕРАТУРА

Типовые задания к курсовому проекту по основам электропривода / Томашевский

Н.И., Шрейнер Р.Т. и др. - Свердловск: СИПИ, 1989. - 48 с.

Справочные данные по элементам электропривода: Методические указания к

курсовому проекту по дисциплине "Теория электропривода" / И.Я. Браславский

А.М. Зюзев и др. - Екатеринбург: УГТУ, 1995. - 56с.

Расчет полупроводникового преобразователя системы ТП-Д: Методические

указания к курсовой работе по курсу "Электронные микропроцессорные и

преобразовательные устройства" /В.И. Лихошерст. Свердловск: УПИ, 1990. - 37

с.

Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х. Евзеров, А.С.

Горобец и др.; под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. -

319 с.

Шрейнер Р.Т. Однозонные системы автоматического управления скоростью

электроприводов: Учебно-методическая разработка к курсовому проектированию

по дисциплине "Системы автоматического управления электроприводами". -

Свердловск: СИПИ, 1985. - 77 с.

-----------------------

Fхх = 22,37

tп = 1,25

-Fхх = - 22,37

Fр = 192,37

F (КН)

Fр

Fхх

tр = 10

tв = 0,94

tобр = 5,44

tц = 17,63

tр (с)

Рисунок 3

Нагрузочная диаграмма механизма.

МЧ

ТП

-

mс

iя

-

eя

?

m

eп

uу

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

RЭ

Ed

Uу

[pic]

Рисунок 7

Эквивалентная расчетная схема системы ТП-Д.

LЭ

IЯ

Ed

EЯ

RЯ

Нагрузочная диаграмма

R?

2LТ

2RТ

Uу

Рисунок 6

Полная расчетная схема системы ТП-Д.

Рисунок 5

Силовая часть однодвигательного электропривода серии КТЭУ, Iном = 800 А.

Тахограмма

t12

t9

t11

t10

t8

t7

t6

М12

М3

t5

t4

t3

t2

t1

М11

М10

М9

М8

М7

М6

М5

М4

М2

М1

-?обр

?пон

?пон

?пон

t

[pic]

Рисунок 4

Тахограмма и нагрузочная диаграмма электропривода механизма перемещения

стола

продольно-строгального станка.

t

М

?

Рисунок 8

Структурная схема объекта управления

ЯЦ

m

iя

[pic]

mс

[pic]

[pic]

[pic]

Рисунок 9

Структурная схема СПР

Объект регулирования

Регулирующая часть

[pic]

[pic]

xi-1

x1

xi-2

x32ш

[pic]

x3i-2

x3i-1

[pic]

[pic]

x3iш

Фо(р)

uу

iя*

?*

eя

[pic]

[pic]

[pic]

ep

[pic]

[pic]

[pic]

W01(p)

[pic]

[pic]

Рисунок 10

Двухконтурная схема подчиненного регулирования скорости

электропривода

постоянного тока

Рисунок 11

Функциональная схема САР скорости

Ф2

Ф1

[pic]

t

ЯЦ

? = 4,3%

Ф

Рисунок 13

Реакция контура тока на ступенчатый задающий сигнал:

1 - без учета обратной связи по ЭДС;

2 - с учетом обратной связи по ЭДС.

iя

ep

Рисунок 12

Структурная схема контура регулирования тока якоря

РТ

ТП

eя

[pic]

[pic]

uу

iя*

iя

[pic]

[pic]

ДТ

[pic]

iя*

1

i

?iя2 уст

?iя уст

ДТ

[pic]

РТ

ТП

[pic]

ЯЦ

ДТ

ep

eя

[pic]

[pic]

uу

iя*

[pic]

[pic]

iя

Ф

ДЭ

[pic]

[pic]

[pic]

iя

Рисунок 14

Структурная схема контура регулирования тока якоря с компенсирующей

связью по ЭДС

ДС

iя

от ДН

eя'

Рисунок 16

Принципиальная схема управляющей части контура тока

РС

Рисунок 17

Структурная схема контура регулирования скорости

Рисунок 15

Реализация датчика ЭДС

[pic]

[pic]

МЧ

КТ

`m

uя

iя

[pic]

mc

[pic]

[pic]

iя

от ДТ

к звену компенсации ЭДС

?*

[pic]

[pic]

?

iя*

?,m

?*

8 %

?

mc

??уст

t

Рисунок 18

Реакция контура скорости на скачок задающего и возмущающего

воздействия

Рисунок 19

Принципиальная схема регулятора скорости

t

Q

НЭ

t

к регулятору

скорости

t

?*

Q

[pic]

?нэ

??

?зи*

?зи*

Рисунок 20

Структурная схема ЗИ

?*

t

Рисунок 21

Временные диаграммы ЗИ

Рисунок 22

Принципиальная схема ЗИ

[pic]

Рисунок 2

Кинематическая схема механизма

Рисунок 1

Процесс обработки на продольно строгальном станке

[pic]

IЯ

EЯ

Lя

Страницы: 1, 2, 3