Разработка системы управления электропривода

Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой системе

Определим требуемую величину ЭДС преобразователя для каждого интервала движения Уравнение механической характеристики:

Необходимая ЭДС преобразователя:

Естественная механическая характеристика:

Рассчитаем ЭДС преобразователя при движении с грузом на пониженной и основной скоростях:

Необходимая ЭДС преобразователя при М_сг=44.34Н· м и пониженной скорости.

Необходимая ЭДС преобразователя при Мн=35.16Н· м и щн=рад/с:

Рассчитаем статические механические характеристики:

Уравнение разомкнутой характеристики при Еп1. необх=:

Уравнение разомкнутой характеристики при Еп2. ном=:

Уравнение естественной механической характеристики при :

Рис. 2.1 Статические механические характеристики разомкнутой системы.

Статический перепад скорости разомкнутой системы:

Поскольку условие, не выполняются, строится замкнутая система.

Выбор структуры замкнутой системы электропривода, расчет ее параметров

На индивидуальный электропривод возлагаются две важнейшие взаимно связанные функции: электромеханическое преобразование энергии и управление технологическим процессом установки. При приведении в движение исполнительного механизма электропривод должен вырабатывать или потреблять механическую энергию в соответствии с выполняемой механизмом работой. При управлении технологическим процессом установки необходимо управлять потоком электрической энергии, потребляемой или вырабатываемой электроприводом, таким образом, чтобы механические переменные (момент двигателя, скорость и ускорение механизма, положение его рабочего органа, нагрузки механических связей и т. д.) либо поддерживались на требуемом уровне, либо изменялись по заданным законам с требуемой по условиям технологии точностью. Так как на изменение переменных электромеханической системы наложены ограничения, управление должно обеспечивать ограничение электрических и механических переменных их допустимыми значениями во всех режимах работы.

Таким образом, общая задача управления движением электропривода для выполнения технологического процесса установки определяет необходимость регулирования переменных электромеханической системы, т. е. координат электропривода.

По структуре замкнутые системы регулирования скорости и тока выполняются трех видов: с промежуточным (суммирующим) усилителем, с независимым регулированием параметров, с подчиненным регулированием параметров.

Сущность метода подчиненного регулирования координат состоит в том, что для регулирования каждой координаты используется отдельный регулятор и соответствующая жесткая обратная связь. Внутренний контур регулирования управляется сигналом от внешнего, поэтому является подчиненным ему. Система с подчиненным регулированием позволяет настраивать каждый контур отдельно, начиная с внутреннего, и делать это независимо от настройки внешнего контура, ограничивая значения параметров путем ограничения выходного сигнала предыдущего контура, что является преимуществом по сравнению с системой с суммирующим усилителем.

В данном проекте компенсации подлежат постоянная времени цепи якоря Т_Я и электромеханическая постоянная времени Т_М. Для реализации системы используются два регулятора: регулятор скорости (внешний контур регулирования) и регулятор тока (внутренний контур регулирования). Функциональная схема такой системы регулирования представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2 Структурная схема системы регулирования.

Расчет параметров контура тока.

Рис. 2.3 Структурная схема системы электропривода с последовательной коррекцией контура тока

На структурной схеме ТП представлен звеном, учитывающим его чистое запаздывание _П и инерционность фильтров СИФУ Т_Ф. Регулятор тока представлен звеном с передаточной функцией W_рт. Передаточная функция объекта регулирования с учетом внутренней обратной связи по ЭДС двигателя имеет вид:

При расчете контура тока отнесем инерционность фильтров СИФУ Т_Ф и запаздывание тиристорного преобразователя _П к некомпенсируемым инерционностям‚ приняв некомпенсированную постоянную времени:

При синтезе регулятора тока пренебрежем влиянием внутренней обратной связи по ЭДС двигателя‚ которая сказывается на точности регулирования тока‚ но незначительно влияет на динамические показатели. При этих допущениях структурная схема контура регулирования тока имеет жесткую отрицательную связь потоку и примет вид‚ представленный на рис. 2.4.

При одноконтурной схеме регулирования скорости потребуется пропорционально интегрально — дифференциальный регулятор (ПИД — регулятор). Чтобы иметь более простой регулятор‚ а также имея в виду то‚ что при регулировании скорости необходимо регулировать и ток двигателя‚ обычно в систему ТП — Д вводится подчиненный контур регулирования тока.

Рис. 2.4 Структурная схема контура регулирования тока.

Передаточная функция объекта регулирования тока:

Поскольку настройка системы производится на технический оптимум, то а_с=а_т=2.

Передаточная функция регулятора тока:

где постоянная интегрирования регулятора:

Постоянная времени цепи обратной связи (компенсирующая постоянная):

Задавшись С_ост=1 мкФ, определим:

Учитывая значение стопорного тока I_стоп=53.958А, по [5] выбираем шунт 75ШИП-75 по условию I_шн>I_стоп.

номинальный ток: I_шн=60 А номинальное падение напряжения: U_шн=0,075 В номинальное сопротивление: R_ш=1250 мкОм Для расчета параметров схемы задаемся максимальным значением напряжения задания тока U_зт.max=10 В. Далее определяем коэффициент обратной связи по току:

Коэффициент передачи шунта равный его сопротивлению:

Учитывая, что выходное напряжение датчика тока U_дт=10 В, определяем коэффициент передачи датчика тока:

Определяем постоянную интегрирования регулятора:

Определим сопротивление:

Коэффициент усиления по току:

Сопротивление на входе регулятора тока:

Расчет параметров контура скорости:

Структурная схема контура регулирования скорости при этом имеет вид‚ представленный на рис. 2.5.

Рис. 2.5Структурная схема контура регулирования скорости.

Объект регулирования скорости состоит из замкнутого контура регулирования тока и механического звена электропривода. Передаточная функция объекта регулирования скорости:

Заменив колебательное звено апериодическим‚ можно получить:

Для контура скорости некомпенсированная постоянная времени в а_Т раз больше‚ чем для контура тока: Т_с=а_Т· Т =2· 0.01=0.02 с.

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура:

Передаточная функция регулятора скорости:

Где.

U_зс.max=10 В.

Поскольку условие выбора настройки на технический оптимум не выполняются, то будет осуществлена настройка на симметричный оптимум с абсолютно жесткой замкнутой статической характеристикой.

Передаточная функция регулятора скорости примет вид:

Где.

Коэффициент передачи регулятора скорости:

Задавшись Сосс=1 мкФ, определим величины:

Выберем тахогенератор ТП212−0,20−0,5:

номинальная частота вращения: 1000 об/мин крутизна выходного напряжения 0,2 В/(об/мин)К_тг=0,2.

Максимальная ЭДС тахогенератора:

Сопротивление на входе регулятора скорости:

Выходное напряжение регулятора скорости является сигналом задания тока. Для ограничения тока стопорным значением сопротивление R_ОСС шунтируют стабилитронами с напряжением пробоя U_СТ= U_ЗТ.МАХ=10 В.

Выберем резисторы, стабилитроны и конденсатор для регуляторов. Рассчитаем мощность, рассеиваемую резистором с минимальным сопротивлением, мощность, рассеиваемая другими резисторами, будет меньше:

Выбор ведем по [7].

Выберем резисторы С5−53Д с мощностью рассеяния Рр=0,125 Вт.

Выберем конденсатор С_ост К22−5:

напряжение конденсатора U_к=16 В;

емкость конденсатора С=1 мкФ.

Для ограничения сигнала задания тока выбираем стабилитроны 2С210А:

напряжение стабилизации U_ст=10 В.