Проектирование следящего электропривода

Смоделируем привод без устройств коррекции при помощи Simulink (рис. 3), построим его ЛАЧХ, ЛФЧХ (рис. 4) и проанализируем его динамические характеристики — а именно, реакцию на единичный скачок (рис. 5).

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Данной системе не хватает коэффициента усиления. После добавления коэффициента усиления ЛАЧХ и ЛФЧХ системы примут следующий вид (рис. 6):

Рис. 6

Проверим реакцию на единичный скачок (рис. 7):

Рис. 7

Из графика видно, что время переходного процесса меньше заданного (3с), однако ошибка отработки больше предельно допустимой (установившееся значение — 0.998, тогда как по ТЗ допустимая скоростная ошибка δ=0,1%).

9. Синтез корректирующих звеньев

Назначением корректирующих звеньев является обеспечение желаемых динамических и точностных показателей системы. Поэтому фактически КЗ вместе с предварительным усилителем и усилителем мощности являются регулятором привода, реализующим закон управления, который обеспечит заданное качество управления.

Синтез корректирующих звеньев произведём частотным методом. При синтезе частотным методом предполагается, что на вход системы подаётся моногармоническое входное воздействие. Требуется построить желаемую частотную характеристику (ЖЛАХ) и привести заданную систему к желаемой при помощи последовательных корректирующих звеньев или обратных связей. В линейном ЭП желаемые показатели полностью определяются видом ЖЛАХ, поэтому вид и параметры КЗ могут быть определены по взаимному расположению ЖЛАХ и РЛАХ разомкнутого ЭП. Действительно, желаемую передаточную функцию WЖ (p) разомкнутого ЭП можно представить как произведение располагаемой передаточной функции ЭП WР (p) и передаточной функции некоторого КЗ WК (p).

В рассматриваемом случае система является устойчивой (ЛАЧХ пересекает нулевое значение под углом -20Дб/дек), следовательно коррекция в высокочастотной области не требуется. Однако, в системе присутствует постоянная ошибка, вызванная моментом нагрузки. Для её компенсации достаточно добавить в закон управления интегратор. Передаточная функция примет вид:

.

Модель системы с добавленным интегратором:

Рис. 8

ЛАЧХ и ЛФЧХ скорректированной системы:

Рис. 9

График отработки единичного входного воздействия (увеличен в области вхождения системы в режим стабилизации для большей наглядности):

Рис. 10

10. Реализация корректирующих звеньев

Для реализации корректирующего звена достаточно включить в цепь управления пассивную RC-цепочку (рис. 11):

Рис. 11

Передаточная функция цепочки:

.

Нужно, чтобы выполнялось соотношение: .

Выбираем: резистор 20МОм, конденсатор 10мк

Ф.

11. Составление принципиальной схемы привода Упрощённая принципиальная схема привода приведена на рис. 12:

Рис. 12

На схеме:

Т1 — понижающий трансформатор, предназначенный для понижения напряжения бортовой сети до 30 В, необходимых по паспортным данным для работы двигателя;

D1 — DC/DC преобразователь SKA 12B-5 производства фирмы Mean Well, предназначенный для понижения бортового напряжения постоянного тока 27 В до необходимого для питания микросхемы К1114ЕУ4 12-вольтового;

D2 — диодный мост для выпрямления переменного тока;

D3 — микросхема К1114ЕУ4 для генерации ШИМ-модулированного сигнала;

VT1…VT8 — транзисторы, работающие в ключевом режиме;

VD1, VD2, VD7, VD8 — диоды, обеспечивающие корректную работу составных транзисторов;

VD3…VD6 — диоды, предназначенные для защиты транзисторов от перегорания при их отпирании/запирании либо вследствие помех, поступающих с двигателя (противоэдс и индуктивности катушки).

R1, R2, R4, R5 — резисторы, обеспечивающие насыщение транзисторов VT3… VT6;

R2 — вместе с С2, обеспечивает необходимую аналоговую коррекцию управляющего сигнала;

R6 — используется в П-образном фильтре, фильтрующем помехи тахогенератора;

R7, R8 — резисторы, предназначенные для регулирования обратной связи, идущей от тахогенератора;

С1…С4 — фильтрующие ёмкости.

12. Заключение

Таким образом, в курсовом проекте был спроектирован авиационный электропривод малой мощности для стабилизации скорости вращения, удовлетворяющий заданным параметрам.

13. Список использованных источников

1. Акопов В. С., Бураков М. В., Полякова Т. Г. Проектирование авиационного электропривода малой мощности: Учеб. пособие. — СПБ.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. 115 с.