Читайте также: |
|
1. Скласти математичні моделі одно- і дворазово інтегрувальних систем автоматичного керування електроприводом за схемою ТП-Д згідно варіанту завдання (аналогічно до лабораторної роботи № 1).
2. На основі математичних моделей розробити програми цифрових моделей.
3. Для заданих параметрів силового кола синтезувати параметри регуляторів одно- і дворазово інтегрувальних САК електроприводом.
4. Для досліджуваних структур систем електроприводу аналітично розрахувати та побудувати статичні механічні (швидкісні) характеристики.
5. Шляхом комп’ютерного симулювання отримати часові залежності координат електроприводу eтп(t), ia(t) та w (t) для зазначених на рис. 4.1 (а-г) процесів зміни сигналу завдання UЗ системи та навантаження iC(MC) для нульових початкових умов (Tmax – найбільша стала часу електроприводу). Дослідження провести для активного і реактивного характеру навантаження. У розширеному висновку відзначити відмінності у поведінці систем.
а)
б)
в)
г)
рис. 4.1. Процеси зміни напруги завдання та моменту навантаження у комп’ютерному експерименті
i | Порада Дослідження в даній лабораторній роботі найзручніше виконувати в середовищі Simulink. |
У звіті про виконану роботу подати:
· тему, мету та програму роботи;
· вихідні дані за варіантом завдання;
· структурну схему та параметри системи електроприводу;
· математичні моделі у вигляді системи диференціальних рівнянь;
· реалізацію комп'ютерних моделей;
· розраховані статичні та динамічні характеристики досліджуваних систем електроприводу;
· показники динаміки та статики обох систем електроприводу;
· розгорнуті обґрунтовані висновки про динамічні та статичні властивості, а також відмінності обох досліджуваних систем електроприводу.
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
Тип двигуна вибрати за варіантом завдання до лабораторної роботи № 1.
1. Імітаційна модель тиристорного перетворювача
Приклад використання спрощеної моделі ТП показано в лабораторній роботі № 3, де є допустимим її використання. Підняти точність моделей тиристорного перетворювача можна застосуванням імітаційних моделей.
Нескладний варіант імітаційної моделі тиристорного перетворювача з однофазною двохпівперіодною силовою схемою випростування з нульовим діодом можна реалізувати за таким алгоритмом:
" Усунення періодичності синусоїди напруги живлення "
![]() ![]() |
де w– кутова частота напруги мережі живлення;
trunc – операція виділення цілої частини числа (операція "усічення" числа);
Uвх – вхідна (керуюча) напруга ТП ();
Umax – найбільша вхідна напруга ТП (звичайно складає ±10 В для більшості сучасних СІФК);
Ed – вихідна ЕРС тиристорного перетворювача;
Ed 0– напруга неробочого ходу ТП.
Нижче пропонуються варіанти реалізації такої імітаційної моделі тиристорного перетворювача.
MathCAD
Ubxmax: = 10 Максимальна вхідна напруга ТП
Ed0: = 514.8 Напруга неробочого ходу ТП
w: = 100×p Кутова частота напруги живлення
Опис функції обчислення ЕРС ТП:
![]() |
На рис. 4.2 показано графік вихідної напруги пропонованої імітаційної моделі однофазного двохпівперіодного тиристорного перетворювача з нульовим діодом у силовій схемі для лінійно наростаючої вхідної керуючої напруги.
рис. 4.2. Вихідна напруга імітаційної моделі однофазного ТП
Нижче показано ще один варіант побудови імітаційної моделі однофазного нереверсивного тиристорного перетворювача з нульовим діодом у силовій схемі в середовищі пакета MATLAB+Simulink.
Simulink
![]() |
Підвищення рівня деталізації перехідних процесів, що відбуваються у напівпровідникових перетворювачах, є досить складною задачею, оскільки вимагає врахування структури силової схеми, поведінки силових вентилів та системи керування вентилями. Дуже часто для інженерного моделювання автоматизованих електроприводів нема потреби у таких точних моделях, для яких час розрахунку різко зростає, – у кожному випадку рівень деталізації моделі вибирається дослідником залежно від поставлених задач.
Точніші моделі тиристорних перетворювачів, які враховують комутаційні процеси у силових вентилях, не входять у даний лабораторний практикум, оскільки такі моделі є значно складнішими і вимагають інших підходів [7]. Для спрощення процесу дослідження таких моделей можна рекомендувати пакет MATLAB+Simulink з використанням SimPowerSystems. Докладніше про моделювання систем такого рівня деталізації можна дізнатися з демонстраційних прикладів SimPowerSystems чи відповідної літератури [7].
2. Одноразово інтегрувальна СПР
Структурна схема одноразово інтегрувальної СПР швидкості двигуна постійного струму показана на рис. 4.3.
рис. 4.3. Структурна схема СПР швидкості ДПС з одноразовим інтегруванням
Налагоджувальні параметри системи регулювання обчислюються за відомими виразами: ;
;
;
;
. Значення
,
– максимальні значення вихідних напруг відповідно давача струму і швидкості, приймаються залежно від типу системи регуляторів і найчастіше складають ±10 В. Значення напруги завдання Uз сумірне зі значенням
і залежить від усталеного значення кутової швидкості w.
Математична модель такої системи, записана системою диференціальних і алгебричних рівнянь першого порядку в нормальній формі Коші, має вигляд:
потрібно передбачити обмеження
;
3. Дворазово інтегрувальна СПР
Структурна модель дворазово інтегрувальної СПР електроприводу постійного струму показана на рис. 4.4. Математична модель подана системою рівнянь:
;
;
; потрібно передбачити обмеження
;
;
;
;
;
.
рис. 4.4. Структурна схема дворазово інтегрувальної СПР
4. Математична модель ПІ-регулятора
Принципова схема ПІ-регулятора без обмеження і реалізація його моделі за допомогою паралельно з’єднаних ланок показана на рис. 4.5 (а) і описується рівнянням:
.
![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
а) без обмеження вихідної напруги | б) з обмеженням вихідної напруги |
рис. 4.5. Електрична схема і структурна модель ПІ-регулятора
Фрагмент можливого варіанту реалізації моделі ПІ-регулятора струму подано нижче.
MathCAD
![]() |
Важливим моментом під час моделювання ПІ-регулятора з обмеженням вихідної координати (наприклад, регулятора швидкості) є правильна реалізація в моделі власне процесу обмеження: після досягнення максимального значення вихідної напруги регулятора слід не просто обмежити умовним оператором рівень виходу регулятора, а й зупинити процес інтегрування. Цей процес відображено у пропонованому алгоритмі.
" Uвх – вхідна напруга регулятора; U max – максимальна вихідна напруга регулятора "
![]() ![]() ![]() |
З принципової схеми регулятора з обмеженням (рис. 4.5, б) видно, що такий режим реалізується стабілітроном у колі зворотного зв’язку. У багатьох випадках кращі результати дає імітація такого процесу, що можна здійснити різними способами. Деякі приклади реалізації такого регулятора пропонуються нижче.
MathCAD
![]() |
Simulink
У середовищі Simulink, яке включене у пакет MATLAB, є можливість використання інтегратора з обмеженням вихідної координати ("насиченням"), що дозволяє просто реалізувати ПІ-регулятор з обмеженням вихідної координати. У такій реалізації слід забезпечити однаковий рівень обмеження вихідного сигналу як для регулятора в цілому (блок обмеження на виході регулятора), так і для інтегратора зокрема (встановленням відповідного параметру величини обмеження під час його налагодження).
![]() |
Параметри налагодження регулятора контуру швидкості за "технічним оптимумом" у дворазово інтегрувальній СПР розраховуються за формулами:
;
;
;
.
Коефіцієнти елементів СПР розрахувати за відомими формулами
,
де LТП = KLLaM – індуктивність силового кола тиристорного перетворювача;
RТП = KRRaM – активний опір силового кола тиристорного перетворювача;
La – сумарна індуктивність якірного кола;
Ra – сумарний активний опір якірного кола;
LaM – індуктивність якоря двигуна;
RaM – опір якоря двигуна.
, де JS =JM +Jмех – сумарний момент інерції приводу;
Jмех =KJJM – момент інерції механізму;
– конструктивна стала двигуна.
– коефіцієнт зворотного зв’язку за швидкістю;
– коефіцієнт зворотного зв’язку за струмом,
де Kтг – коефіцієнт передачі тахогенератора;
Kш – коефіцієнт передачі шунта;
Kдш – коефіцієнт передачі давача швидкості;
Kдс – коефіцієнт передачі давача струму.
Параметри налагодження регуляторів за "технічним оптимумом" в одноразово інтегрувальній САК розраховуються за формулами:
для струмового контуру
;
для контуру швидкості
,
а для дворазово інтегрувальної СПР параметри регулятора контуру швидкості можуть бути розраховані так:
.
Таблиця 4.1
Вихідні дані для формування досліджуваних динамічних режимів
Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 370 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Математичне моделювання ТП в усереднених координатах | | | ПРОГРАМА РОБОТИ |