Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
«ЛЭТИ»
Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра автоматики и процессов управленияВ.А.Терехов
Методические указанияк курсовому проекту по дисциплине
ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Санкт-Петербург
2002
ВВЕДЕНИЕМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины "Локальные системы управления" учебного плана специальности 210100 “Управление и информатика в технических системах” для студентов дневной и вечерней форм обучения.
Целью курсового проектирования является приобретение практических навыков расчета и компьютерного моделирования типовых локальных систем автоматического управления (САУ). В качестве примеров использованы системы промышленной автоматики с типовыми регуляторами, следящие системы воспроизведения углового перемещения и управления скоростью вращения вала электродвигателя, цифровая система программного управления, автоматическая система регулирования скорости электропривода, комбинированная следящая система − всего 10 тем.
Курсовой проект выполняется в два этапа.
На первом этапе (1-5 недели) на практических занятиях и самостоятельно выполняется предварительный расчет САУ, включающий в себя:
− составление в соответствии с предлагаемыми темами (см. ПРИЛО-ЖЕНИЕ) структурных схем объекта и замкнутой САУ и предварительный расчет параметров настройки САУ по заданным показателям качества с использованием рекомендованной методики расчета;
− составление программной модели исследуемой системы с примене-нием элементов SIMULINK пакета программ MATLAB®. В качестве начальных условий и параметров модели используются данные предварительного расчета.
На втором этапе (6-12 недели) выполняется компьютерное моделирование локальной системы, исследуются ее динамические свойства при входных управляющих и возмущающих воздействиях, оценивается влияние малых изменений параметров объекта регулирования относительно расчетных значений и уточняются параметры настроек регулятора или корректирующего устройства ( “вторичная” оптимизация ЛСУ).
1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
К ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМУ РАСЧЕТУ
В заданиях на расчет приводятся функциональные схемы объектов и систем регулирования. Для элементов, образующих замкнутый контур регулирования, заданы передаточные функции (ПФ) и примерные диапазоны значений параметров ПФ.
Предварительный расчет локальной САУ включает в себя:
а) составление расчетной структурной схемы объекта регулирования (ОР) с включением в нее регулирующего органа (РО), датчика, измерительного преобразователя, модели возмущения и с учетом нелинейной статической характеристики одного из устройств системы;
б) расчет параметров ПФ изменяемой части ЛСУ, к которой относятся: типовой регулятор в темах 1- 5; регулятор скорости и тока в теме 9; электронный усилитель (ЭУ) с корректирующей RC- цепью в следящей системе (СС) (тема 6); усилитель постоянного тока (УПТ) и корректирующее устройство (КУ) в местной отрицательной обратной связи в следящей системе (тема 7); компенсирующий контур комбинированной следящей системы (тема 10); регулятор положения (РП) и скорости (РС) в цифровой системе программного управления (тема 8).
Предварительный расчет выполняется по усмотрению студента с применением любой из методик теория управления.
Исходные данные для расчета
В темах 1-5 принять передаточную функцию ОУ по возмущению
где
2. В структурных схемах САУ в темах 6,7 и 10 предусмотреть звено отражающее влияние изменения момента (возмущения) на регулируемую величину скорость .При расчете и моделировании принять в темах 6,7 и 10:
где постоянная времени якорной цепи ИД; электромеханичес-кая постоянная времени ИД, величина которой пропорциональна моменту инерции на валу двигателя с учетом моментов инерции двигателя и нагрузки с редуктором. Значения постоянных времени и выбирать из диапазонов: 0,01 [c]; 0,05[c] при /.
3. При расчете и моделировании СС принять изменение от 0 (отсутствие нагрузки) до 1 (номинальная нагрузка), т.е. возмущение соответствует единичной ступенчатой функции.
4. Допустимое значение ошибки воспроизведения входного воздейст-
вия ограничить значением .
5. При моделировании СС в теме 7 с корректирующим звеном принять коэффициент связи . Коэффициент связи учитывает связь тока якорной цепи ИД с напряжением на сопротивлении функциональной схемы СС управления скоростью.
6. При моделировании ЛСУ с учетом нелинейности одного из ее устройств принять статическую характеристику НЭ в виде характеристики усилителя с зоной нечувствительности , насыщением и коэффициентом усиления в зоне линейности k = 1. Значение где максимальное значение сигнала на входе ЭМУ.
7. При составлении структурной схемы цифровой системы в теме 8 необходимо использовать эквивалентное представление внешне го цифрового контура (главная отрицательная обратная связь системы) непрерывными (аналоговыми) звеньями. Поэтому цифровые устройства на функциональной схеме в задании: импульсный реверсивный датчик положения (ДОС), логическая схема формирования им пульсов отработки (СФИО) углового перемещения (выход системы), схема синхронизации (СС) и реверсивный счетчик (РСч), образующие элемент сравнения системы и преобразователь кода (последовательности импульсов ) в аналоговый сигнал (напряжение постоянного тока ) представляются непрерывными звеньями главной обратной связи с передаточными функциями соответственно (ДОС вместе с СФИО); . Элемент сравнения, образованный соединением СС и РСч, имеет коэффициент передачи, равный единице.
8. В задании темы 9 тиристорный преобразователь (ТП) описан непрерывной передаточной функцией, как и вся система в целом. При моделировании необходимо учесть влияние ограничения сигнала на выходе регулятора скорости.
9. Расчет параметров настроек типовых регуляторов в темах 1- 5 проводится с использованием прямых показателей качества: и метода логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ). Предварительный расчет САУ сводится к выбору параметров ЛЧХ регулятора для известных ЛЧХ остальных звеньев с тем, чтобы обеспечить принятые показатели качества.
10. Для расчета СС в теме 6 рекомендуется использовать метод эквивалентного гармонического воздействия . В этом случае значение максимальной ошибки воспроизведения углового перемещения , максимальные значения производных (скорости и ускорения) выбрать из диапазонов:
Максимальное значение углового перемещения принять при расчете
11. В теме 7 принять при расчете низкочастотной части ЛАЧХ: 10 1500 [об/мин]; ошибку стабилизации [об/мин]; относительную ошибку стабилизации без регулятора , с регу-лятором
12. Расчет параметров регуляторов электроприводов (темы 8,9) реко-мендуется осуществлять по методу настройки на оптимум по модулю (ОМ).
13. Для расчета структуры и параметров компенсирующего канала ком-бинированной следящей системы (тема 10) целесообразно использовать ме-
тод эквивалентной передаточной функции и расчет параметров ЭПФ провести по ЛЧХ из условий точности в установившемся и переходном режимах.
Результатом предварительного расчета считается полная структур-ная схема системы с передаточными функциями и их параметрами, включая звено, моделирующее нелинейность одного из устройств системы, и звено передачи эквивалентного возмущения f(t) с передаточной функцией
2. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
К КОМПЬЮТЕРНОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ
Основными задачами моделирования являются:
1.Определение основных характеристик линейной САУ (без учета НЭ) по задающему g(t) и возмущающему f(t) воздействиям: переходных функций h(t); переходных ошибок по заданию и возмущению ); косвенных показателей качества; чувствительности системы к изменениям параметров ОР.
2. Оптимизация параметров настраиваемых элементов САУ.
3. Оценка влияния нелинейности одного из устройств моделируемой системы и ее параметров на показатели качества.
4. Анализ результатов расчета и моделирования с представлением письменного отчета.
Содержание программы моделирования
1. Составление полной программной модели исследуемой системы.
2. Редактирование программы, выявление ошибок и корректировка.
3. Моделирование линейной модели системы (в модели НЭ заменяется на линейное усилительное звено с коэффициентом передачи k = 1):
а) запуск системы по входному воздействию (ступенчатое, линейно нарастающее), просмотр переходных процессов , y(t), сигнала на входе НЭ и определение максимальных уровней анализ результатов на соответствие расчетному режиму работы и выявление причины несоответствия, если таковые наблюдаются;
б) изменение настраиваемых параметров относительно расчетных значений с просмотром прямых показателей качества переходных процессов, в результате чего выбрать лучший вариант параметров настройки и зафиксировать значения
в) качественная оценка чувствительности системы по п. б к скачкообразным изменениям параметров ОУ относительно расчетных значений на Изменения производить последовательно для параметров во время переходных процессов. Проанализировать результаты оценки чувствительности;
г) моделирование системы по п. б) при возбуждении ее ступенчатым возмущающим воздействием и оценка показателей качества.
4. Моделирование системы с учетом НЭ предусматривает:
а) введение в моделируемую линейную систему взамен линейного звена с k =1 нелинейного звена типа "насыщение" с величиной зоны нечувствительности и величиной сигнала на входе, вызывающего насыщение
б) оценку влияния НЭ на переходные процессы по входному и воз-мущающему воздействиям в сравнении с линейной системой.
Примечание. В процессе моделирования зафиксировать графики и параметры переходных процессов.
Список рекомендованной литературы для выполнения
предварительного расчета
1. Расчет автоматических систем: Учеб. пособие для вузов//Под ред. А.В.Фатеева. М.: Высш. шк., 1973. Гл. 3,4,7.
2.Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электро-приводами:Учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. П. 1.3, 2.2, 7.4.
3.Основы проектирования следящих систем // Под ред. Н.А. Лакоты. М.: Машиностроение, 1978. Гл.6.
4. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник // В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. В.В. Черенкова. Л.: Машиностроение, 1987. 847 с.
5. Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и устройства электроавтоматики. Изд. 2-е. М.: Высш. школа, 1985. 216 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Темы заданий
ТЕМА 1. Система автоматического регулирования температуры
воды на выходе теплообменника в тепломагистрали
Описание системы.
Регулируемая величина y: температура воды ,C. Регулирующее воздействие: расход холодной воды Q [м3/с]. Информация о температуре воды на выходе теплообменника ТО (поз. a на рис. П.1.1) поступает от термопары ТТ. Изменение расхода воды осуществляется регулирующим вентилем РВ (регулирующий орган (РО)) и электропневматическим серводвигателем EPS (исполнительное устройство (ИУ)).
Рис. П.1.1.
Требуется рассчитать устройство регулирования с индикацией регулируемой рис. П.1.1 величины y (на рис. П.1.1 обозначение TIC).
Функциональная схема системы регулирования с индикацией изображена на рис.П.1.1, поз. б. Сигнал от термопары 001 через измерительный компенсационный мост 002 и измерительный преобразователь 010, где слабый сигнал от 001 преобразуется в унифицированный токовый сигнал , поступает на вход регулятора 050 и на показывающий прибор (индикатор) 031. Регулятор формирует сигнал управления U и через серводвигатель 060 и регулирующий вентиль 070 изменяет расход Q холодной воды. Преобразователь 010 и регулятор 050 питаются от трансформатора 011.
Исходные данные для расчета системы приведены в табл.П.1.1
Таблица П.1.1.
| 000 | Теплообменник (ОР) |
| 2,510,0 ] [c] [c] | |
| 001 | Термопара (ТП) |
| [мВ/] [c] | |
| 002 | Измерительный мост |
|
| |
| 010 | Измерительный преобразователь |
|
| |
| 050 | Регулятор | ПИ-регулятор ПИД-регулятор |
[c] | |
| 060 | Электропнев- матический серводвигатель | [мм/мА] | ||
| 070 | Регулирующий вентиль (РВ) | [мм] |
Описание системы.
Регулируемая величина y: разрежение (разность давления) [Па]. Регулирующее воздействие: положение жалюзи [рад]. Информация о разрежении в печи Пч (поз. а на рис.П.1.2) поступает с датчика разности давлений PT. Положение жалюзи изменяется с помощью электрогидравлического серводвигателя EHS. Для этого необходимо использовать устройство регу-
Рис. П.1.2.
лирования с индикацией регулируемой величины PIC, параметры которого подлежат расчету.
Функциональная схема системы изображена на рис. П.1.2, поз. б,.
Информация о разрежении от датчика разности давлений 010 в печи 000 (объект регулирования ОР) подается на индикатор (автоматический самопишущий прибор) 031 и регулятор 050 через фильтр помех 015.
Регулятор формирует сигнал управления u и через серводвигатель 060 и жалюзи 070 воздействует на производительность насоса, отсасывающего дым из печи.
Датчик, серводвигатель (исполнительное устройство ИУ), индикатор и фильтр помех питаются от источника постоянного тока 012 (обозначено пунктиром), а сам источник и регулятор питаются от трансформатора 011.
Исходные данные для расчета системы приведены в табл.П.1.2.
Таблица П.I.2
| Пози- ция | Элементы системы | Передаточные функции | Параметры | |
| 000 | Газопламенная печь (ОР) |
| , [с]; , [c]; , [Па/угл.град] | |
| 010 | Датчик разности давлений (РТ) |
| [mA/Па] | |
| 015 | Фильтр помех (F) |
| ||
| 050 | Регулятор (R) | ПИ-регулятор ПИД-регулятор | ||
| 060 | Серводвигатель (ИУ) |
| ||
| 070 | Жалюзи (ИО) |
| ||
ТЕМА 3. Система автоматического регулирования давления
газа в газоходе газопламенной печи
Описание системы.
Объект регулирования (ОР): газоходный тракт (далее газоход) конвертера. Регулируемая величина y: давление газа в газоходе, измеряемое датчиком давления PT [Па]. Регулирующее воздействие u: перемещение за-
Рис. П.1.3.
слонки (регулирующий орган РО) с помощью электрогидравлического серводвигателя EHS (исполнительное устройство ИУ). Требуется рассчитать устройство регулирования (с возможностью индикации и регистрации) давления PIC (рис.П.1.3, поз. а).
Функциональная схема системы автоматического регулирования давления показана на рис.П.1.3, поз. б. Информация о давлении подается на датчик давления 010 с последующим преобразованием изменения давления в унифицированный токовый сигнал I, который поступает на вход корректирующего фильтра 015 и далее на вход регулятора 050 с типовым алгоритмом регулирования (ПИ- или ПИД- регулятор). Регулятор формирует сигнал управления u и через серводвигатель 060 и заслонку 070 воздействует на расход газа. Датчик с преобразователем 010, серводвигатель 060, фильтр 015 и регулятор 050 питаются от источника 012, а сам источник и регулятор питаются от трансформатора 011. Для индикации и регистрации давления используется автоматический потенциометр 031.
Исходные данные для расчета системы приведены в табл.П.1.3.
Таблица П.1.3.
| Позиция | Элементы системы | Передаточные функции | Параметры | ||
| 000 | Газоход (ОР) | ||||
| 010 | Датчик (РТ) с измерительным преобразователем | ||||
| 015 | Корректирующий фильтр (F) | ||||
| 050 | Регулятор (R) | ПИ-регулятор ПИД-регулятор | |||
| 060 | Серводвигатель (EHS) | [угл.град./смА] | |||
| 070 | Заслонка (РО) | ||||
ТЕМА 4. Система автоматического
регулирования расхода газа
Описание системы
Объект регулирования (ОР): магистраль газопровода (топливная магистраль). Регулируемая величина y: расход газа Q [м3 /с], измеряемый с помощью диафрагмы Д (рис.П.1.4, поз.а) и датчика расхода FT. С помощью автоматического регистрирующего устройства FIR осуществляется индикация и запись величины расхода Q.
Систему измерения расхода газа необходимо дополнить системой автоматического регулировани (рис.П.1.4, поз.б) и рассчитать параметры регулятора. Информация о перепаде давления с диафрагмы 001 поступает на датчик разности давления 010 и с его выхода в виде унифицированного токового сигнала I поступает на коренатор 015. Выход-
ной сигнал коренатора, пропорциональный расходу Q, подается на регистри-
рующий автоматический потенциометр 031 и дифференциатор 040. С вы-
хода дифференциатора сигнал поступает на вход регулятора 050. Регуля-
Рис. П.1.4.
тор выдает сигнал управления на электропневматический серводвигатель EPS 060, с помощью которого измеряется проходное сечение регулирующего вентиля 070 (регулирующего органа системы). Все устройства системы питаются от источника 012 (пунктирные линии) и трансформатора 011.
Исходные данные для расчета системы приведены в табл.П.1.4.
Таблица П.1.4.
| Позиция | Элементы системы | Передаточные функции | Параметры | ||
| 000 | Топливная магистраль (ОР) | ||||
| 001 | Диафрагма (Д) | ||||
| 010 | Датчик разности давлений | ||||
| 015 | Коренатор | ||||
| 040 | Дифференциатор (P) | ||||
| 050 | Регулятор (R) | 1. П-регулятор
2. ПИ-регулятор |
| ||
| 060 | Серводвигатель (EPS) | ||||
| 070 | Регулирующий орган (РВ) | ||||
Описание системы.
Объект регулирования (ОР): паровой котел. Регулируемая величина y: давл
Рис. П.1.5.
Функциональная схема такой системы регулирования с ре- гистрацией (поз. 2) включает датчик давления 010, выход ной сигнал которого в виде постоянного тока поступает на входы регистрирующего прибора 031 и помехозащищен- ного дифференциатора 040. Далее сигнал с выхода диффе- ренциатора 040 поступает на вход регулятора 050 с типо- вым алгоритмом регулирования (П- или ПИ- ). Регулирующее воздействие (РВ) отрабатывается серводвигателем и регулирующим вентилем 060, 070. Питание всех устройств системы осуществляется от источника 012 и трансформатора 011 (показано пунктиром).
Исходные данные для расчета системы приведены в табл.П.1.5.
Таблица П.1.5.
| Позиция | Элементы системы | Передаточные функции | Параметры |
000 | Паровой котел (ОР) | ||
010 | Датчик давления (PI) с измерительным преобразователем | ||
040 | Дифференциатор (Р) | ||
050 | Регулятор (R) | ||
060 | Cерводвигатель (EHSL) | ||
070 | Регулирующий вентиль (РВ) |
ТЕМА 6. Электромашинная следящая система
воспроизведения угла (ЭСС)
Описание ЭСС.
Силовая ЭСС воспроизведения угла поворота исполнительного вала объекта в диапазоне мощностей до 100 кВт строится по схеме "электромашинный усилитель (ЭМУ) поперечного поля - исполнительный двигатель (ИД) постоянного тока". На функциональной схеме ЭСС ЭМУ (рис.П.1.6) приводится во вращение кинематически связанным с ним приводным двигателем (ПД), например, трехфазным асинхронным двигателем.
Обмотки управления ОУ1, ОУ2 ЭМУ питаются от электронного усилителя (ЭУ). ЭМУ является усилителем мощности и питает обмотку якоря (ИД), который через редуктор перемещает на угол исполнительный вал объекта (антенна, подвижная платформа и т.п.). С этим же валом кинематически связан движок потенциометра П2, выполняющего роль датчика углового перемещения. На вход ЭУ поступает напряжение , пропорциональное ошибке воспроизведения заданного угла : где k коэффициент пропорциональности. Исполнительный двигатель поворачивает движок потенциометра П2 до тех пор, пока напряжение не станет равным нулю, т.е. когда . ИД с редуктором развивает момент сил , достаточный для преодоления момента нагрузки , создаваемого объектом. Очевидно, что . На функциональной схеме показаны также обмотки возбуждения ПД, ИД и регулировочные элементы ЭМУ, используемые при его настройке.
Целью расчета является выбор коэффициента усиления ЭУ, обеспечивающего для заданной структуры и параметров передаточных функций (ПФ) устройств ЭСС работу системы с заданными показателями качества.
Исходные данные для расчета ЭСС приведены в табл. П.I.6.
Таблица П.I.6.
| Элементы ЭСС | Передаточные функции | Параметры |
Соединение ЭМУ-ИД |
|
|
Редуктор |
| |
| Электронный усилитель (ЭУ) |
|
Примечание. В табл. П.1.6. приняты следующие обозначения: - изменение угла поворота вала ИД; - изменение напряжения управления ЭМУ; постоянная времени нарастания тока в короткозамкнутой обмотке ЭМУ; - постоянная времени разгона ИД; k1 - коэффициент усиления соединения ЭМУ ИД; i - коэффициент редукции (i >>1); - постоянная времени фильтра на входе ЭУ.
Тема 7. Электромашинная следящая система (ЭСС)
управления скоростью
Описание системы.
Регулируемая величина y: скорость вращения вала двигателя измеряется тахогенератором постоянного тока ТГ. Выходное напряжение ТГ сравнивается с напряжением задатчика скорости потенциометра ПТ. Напряжение пропорционально значению задаваемой скорости (рис. П.1.7). Силовая часть ЭСС мощностью до 100 кВт образована по схеме "электромашинный усилитель (ЭМУ )поперечного поля - исполнительный двигатель (ИД) постоянного тока".
Объект создает на исполнительном валу ЭСС момент нагрузки . Преобразование скорости вращения вала ИД в скорость вращения вала объекта осуществляется редуктором (Ред).
ЭМУ приводится во вращение кинематически связанным с ним приводным двигателем ПД (например трехфазным асинхронным двигателем).
Рис. П.1.7.
Обмотки управления OУ1, OУ2 ЭМУ питаются от усилителя постоянного тока (УПТ). ЭМУ является усилителем мощности и питает якорную цепь ИД. Исполнительный вал ИД кинематически связан с валом тахогенератора (ТГ). Для обеспечения устойчивости (ЭСС используется сигнал внутренней отрицательной обратной связи (ООС) по току якоря ИД через сопротивление , который поступает на вход УПТ через корректирующее устройство (КУ).
Таким образом, на входе УПТ суммируются сигнал , пропорциональный требуемой скорости , и сигнал коррекции . УПТ и ЭМУ вырабатывают напряжение управления якорной обмоткой ИД, пропорциональное скорости , а напряжение стабилизирует работу ЭСС при изменении момента объекта.
На функциональной схеме ЭСС показаны также "вспомогательные" элементы ЭСС: обмотки возбуждения ПД, ИД и ТГ, регулировочные элементы ЭМУ.
Целью расчета является выбор коэффициентов передачи УПТ и КУ, обеспечивающих устойчивую работу ЭСС с заданными показателями.
Исходные данные для расчета ЭСС приведены в табл. П.I.7.
Таблица П.1.7.
| Элементы ЭСС | Передаточные функции | Параметры | ||
Соединение ЭМУ-ИД |
| |||
| Исполнительный двигатель (ИД) | а) по управлению: б) по возмущению: | |||
| Тахогенератор (ТГ) | ||||
| Усилитель постоянного тока (УПТ) | 0,01ТФ 0,1 [c] - подлежит расчету | |||
| Корректирующее устройство (КУ) | - подлежат расчету | |||
Примечания: 1. В табл. П.1.7. приняты обозначения: -постоянная времени нарастания тока короткого замыкания ЭМУ; - постоянная времени обмотки ЭМУ; - электромеханическая постоянная времени ИД; ТЯ - постоянная времени якорной цепи ИД; kB - коэффициент передачи ИД по возмущению (изменение момента сил нагрузки MН); ТФ - постоянная времени сглаживающего фильтра на входе УПТ.
2. При расчете принять изменение момента сил нагрузки от 0 до МН ном = 0,1 1,2 [Hм].
Тема 8. Цифровая система программного управления тиристорным электроприводом (ЭП)Описание системы.
Цифровая система программного управления ЭП одной координаты с импульсным датчиком положения (ДОС) датчиком отрицательной обратной связи по положению для случая контурной обработки изделия содержит внутренний аналоговый контур регулирования скорости (РС), стабилизирующий работу системы, и главный (внешний) цифровой контур регулирования положения исполнительного органа (ИО) с ДОС (рис. П.1.8) Исполнительный двигатель ИД управляется тиристорным усилителем мощности ТУ, управляющее воздействие на который формирует по типовому алгоритму (закону) регулятор скорости РС. Выходной вал ИД изменяет положение ИО через редуктор (Ред). Выходная (регулируемая) величина
ИД Ред. ДОС
Рис. П.1.8
угол поворота измеряется импульсным датчиком положения ДОС, который преобразует значение перемещения ИО в унитарный код (подробнее см. в [1, п.7.4]). Чувствительные элементы ЧЭ, ЧЭ2 и усилители У1, У2 преобразуют импульсы в электрические сигналы. Логическая схема формирования импульсов отработки (СФИО) формирует из них последовательность импульсов , которая сравнивается в схеме сравнения системы, состоящей из схемы синхронизации (СС) и реверсивного счетчика (РСч). На входы СС поступает программная последовательность , с выхода РСч считывается разностная последовательность . Эта последовательность (сигнал рассогласования, ошибка позиционирования ) преобразуется далее преобразователем "код - напряжение" ПКН в аналоговый сигнал рассогласования . Напряжение рассогласования воздействует на вход регулятора положения РП. Внутренний стабилизирующий контур образован тахогенератором постоянного тока ТГ с фильтром (на рис. П.1.8 не показан), кинематически связанным с ротором ИД. Тахогенератор является датчиком скорости вращения ротора ИД и ИО. Выходной сигнал ТГ - напряжение постоянного тока - пропорционален скорости вращения (более подробно описание системы см. в [1]).
Исходные данные для расчета системы приведены в табл. П.1.8.
Таблица П.1.8.
| Элементы системы | Передаточные функции | Параметры |
| Исполнительный двигатель (ИД) |
| |
| Реверсивный тиристорный усилитель мощности (ТУ) |
|
|
| Регулятор скорости (РС) | ПИ-регулятор ПИД-регулятор | |
| Регулятор положения (РП) |
| - подлежит расчету |
| Преобразователь код-напряжение (ПКН) |
|
|
Окончание табл. П.1.8.
| Редуктор |
|
|
| Датчик импульсов (ДОС) вместе с СФИО |
| |
| Тахогенератор (ТГ) с фильтром |
|
Примечание: преобразование последовательности импульсов в схеме сравнения (СС и РСч) осуществляется с коэффициентом 1.
Тема 9. Автоматическое регулирование скорости электропривода в системе с подчиненным токовым контуром
Описание состава и принципа работы системы.
Система автоматического регулирования скорости (рис. П.1.9) включает в себя силовую часть в виде исполнительного двигателя (ИД) постоянного тока с независимым возбуждением (обмотка возбуждения ОВ),
Рис.П.I.9.
получающего питание от управляемого тиристорного преобразователя (ТП); задатчик интенсивности (ЗИ) разгона и торможения привода; измерительно- преобра-зовательное устройство главной отрицательной обратной связи, состоящее из датчика скорости тахогенератора (ТГ) постоянного или переменного тока со сглаживающим фильтром (Ф) и управляющую часть в виде регулятора скорости (РС) и регулятора тока (РТ).
На входе РС сигнал от датчика скорости сравнивается с предпи-санным значением c выхода ЗИ, пропорциональным заданной скорости , т. е. . В качестве РС используется аналоговый ПИ- или ПИД -регулятор. Выходной сигнал РС является задающим для токового контура ЭП. Его значение сравнивается с сигналом от датчика тока (ДТ). Назначением ДТ, включенного на шунт (Ш), является преобразование тока якоря ИД в пропорциональное ему напряжение, соответствующее уровню напряжения в контуре управления, а также гальваническая развязка якорной цепи ИД и цепей управления. Выходное напряжение РТ подается на вход схемы импульсно-фазового управления (СИФУ) блоком тиристоров (БТ), нагрузкой которого является якорная цепь ИД со сглаживающим дросселем (Др), необходимым для ограничения пульсаций тока в якорной цепи при коммутации тиристоров в БТ.
Задатчик интенсивности формирует на своем выходе линейно нарастающее напряжение при ступенчатой форме задающего входного воздействия для обеспечения допустимого темпа разгона и торможения ИД. Он состоит из усилителя 1 с большим коэффициентом усиления (k1 >>1), интегратора на усилителе 2 и инвертирующего усилителя 3 с коэффициентом передачи k=1. Передаточная функция ЗИ в этом случае соответствует апериодическому звену с единичным коэффициентом передачи и постоянной времени где Предельное напряжение усилителя 1 ограничивается блоком ограничения (БО), представляющим собой диодную схему с источниками ограничивающего напряжения +, - так, что (аналогичный БО включен в схему РС). На начальном участке изменения сигнала после скачка напряжение , а ускорение при разгоне и торможении ИД определяется темпом изменения сигнала и будет постоянной величиной Она определяется при , J=const, где , J − момент сил сопротивления нагрузки на валу ИД и приведенный к валу двигателя момент инерции. Из условия ограничения на допустимую величину тока якоря следует:
Здесь с'д = определяется паспортными значениями конструктивной постоянной и магнитным потоком , создаваемым обмоткой возбуждения.
Исходные данные для расчета ЭП приведены в табл. П.I.9.
Таблица П.I.9.
| Элементы системы | Передаточные функции | Параметры |
| Исполнительный двигатель (ИД) | ||
| Задатчик интенсивности (ЗИ) |
| |
| Тахогенератор (ТГ) | ||
| Сглаживающий фильтр (Ф) | ||
| Датчик тока (ДТ) | ||
| Регулятор скорости (РС) | ПИД-регулятор: | Параметры необходимо рассчитать при ограниче- ниях: |
| Регулятор тока (РТ) | ПИ-регулятор: | Параметры необ-ходимо рассчитать при условии: |
Тема 10. Следящая система с комбинированным управлением
Описание следящей системы.
Функциональная схема следящей системы (СС) изображена на рис. П.1.10.
Рис. П.1.10
В состав СС входят (рис. П.1.10): чувствительный элемент (ЧЭ) для измерения сигнала рассогласования (ошибки) : потенциометрические датчики углового перемещения П1, П2; кинематические механизмы с редукторами Р1,Р2; исполнительный электродвигатель (ИД) постоянного тока с независимым возбуждением от обмотки возбуждения (ОВ); тахогенератор постоянного тока (ТГ); компенсирующий контур с фильтром и корректирующим усилителем (КК, КУ); усилители напряжения и тока (УН, УТ).
Следящая система предназначена для воспроизведения заданных угловых перемещений g(t). В данной СС использован принцип комбинированного регулирования, позволяющий обеспечить независимость ошибки от изменения формы сигнала g(t) в переходном и установившемся режимах, зависящей от производных по времени g(t). На практике в большинстве случаев достаточно учитывать две первых производных.
В системах комбинированного управления принцип инвариантности осуществлен путем введения канала компенсации задающего воздействия на вход усилителя тока (УТ). Компенсирующий контур включает в себя кинематический механизм с редуктором Р2 для передачи задающего воздействия (углового перемещения g(t)) на ротор тахогенератора (ТГ), дифференцирующее звено (резисторы R1,R2 и конденсатор С) и активный фильтр на базе корректирующего усилителя (КУ) постоянного тока.
Структура и параметры дифференцирущего звена, КУ подлежат расчету из условий инвариантности ошибки относительно изменений сигнала на входе системы g(t), при этом комбинированная система должна быть эквивалентна обычной системе с астатизмом (2 3) -го порядка при воспроизведении изменений сигнала g(t) с ненулевыми производными g'(t) и g"(t).
Внимание! Для выполнения предварительного расчета комбинированной СС рекомендуется использовать метод расчета, изложенный в гл. 6 [3].
Исходные данные для расчета СС приведены в табл. П.1.10.
Таблица П.1.10 .
| Элементы системы | Передаточные функции | Параметры |
| Чувствительный элемент (ЧЭ) |
| |
| Предварительный усилитель напряжения (УН) |
| |
| Усилитель тока (УТ) |
| |
| Исполнительный двигатель (ИД) |
| |
| Кинематические механизмы: редуктор Р1 редуктор Р2 |
| |
| Тахогенератор (ТГ) |
| |
| Сглаживающий фильтр и корректирующий усилитель (КУ) корректирующего контура (КК) |
Подлежит расчету | Подлежат расчету |