7 РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЯКОРЯ И ЦЕПИ КОМПЕНСАЦИИ ЭДС ЯКОРЯ
7.1 ВЫБОР КОМПЕНСИРУЕМОЙ ПОСТОЯННОЙ
Величина Тμ является "базовой" при расчете СПР, для которых характерно, что динамические свойства системы не зависит от параметров объекта регулирования и определяется только величиной постоянной времени Тμ фильтра, установленного на выходе регулирующей части системы управления. Таким образом , в стандартных системах регулирования величина Тμ является единственным средством воздействия на систему управления.
С одной стороны уменьшение Тμ 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 Тμ должен реально присутствовать в САУ электроприводом.
В реальных САУ с подчиненным регулированием параметров величина Тμ лежит в пределах 0,004-0,01 с.
Для нашей системы выберем Тμ = 0,007 с.
7.2 расчет контура регулирования тока якоря
7.2.1 Расчетная структурная схема контура тока
Контур регулирования тока якоря является внутренним контуром САУ электроприводом. Он образуется регулятором тока, фильтром с постоянной времени Тμ, 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.
7.2.2 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:
, где
Тi1 = Tэ = 0,07с;
При выборе данной передаточной функции регулятора тока замкнутый контур тока будет описываться передаточной функцией фильтра Баттерворта II порядка:
|
рис. 13.
7.2.3 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:
, где
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:
, где
7.2.4 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:
, где
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 Тμ. Таким образом реальный датчик ЭДС будет инерционным.
7.3 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:
Принимаем величины сопротивлений
Емкость фильтров в цепи задания и обратной связи по току:
Емкость в цепи обратной связи усилителя DA1:
Сопротивления в цепи обратной связи усилителя DA1:
Емкость во входной цепи усилителя DA2
Сопротивление в обратной связи усилителя DA2:
Емкость фильтра на входе DA3:
Параметры элементов на входе форсирующего звена на входе DA3:
, где
8 РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ
8.1 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.
8.2 расчет регулятора скорости
В однократной САР скорости, по условия настройки на модульный оптимум, регулятор скорости имеет передаточную функцию пропорционального звена:
, где
,
φ = 1, т.к. Ф = ФN = const.
Передаточная функция замкнутого контура скорости при настройке на модульный оптимум представляет собой фильтр Баттерворта III порядка:
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 ω* = 1 и mc = 1 (что
соответствует в абсолютных единицах Mc =MN) статическая
ошибка будет равна:
8.3
конструктивный расчет
Принимаем:
Сопротивление в цепи обратной связи DA4:
9 РАСЧЕТ ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ
9.1 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 ωнэ = Q. На выходе интегратора появляется линейно возрастающий сигнал.
|
9.2 расчет параметров Зи
Темп ЗИ представляет собой величину ускорения электропривода в относительных единицах:
Принимаем постоянную времени интегратора Ти = 0,25 с. При этом величина ограничения нелинейного элемента составит:
В абсолютных единицах ограничение соответствует 10 В.
Установившийся динамический момент при разгоне с темпом А:
Проверим выполнение условия:
Из пункта 3:
Установившаяся динамическая ошибка по скорости при разгоне с темпом А:
9.3 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:
Коэффициент усиления линейной зоны нелинейного элемента принимаем равным 100.
Емкость в обратной связи интегратора:
10 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ САР СКОРОСТИ
ЛИТЕРАТУРА
1. Типовые задания к курсовому проекту по основам электропривода / Томашевский Н.И., Шрейнер Р.Т. и др. - Свердловск: СИПИ, 1989. - 48 с.
2. 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.
3. 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.
4. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х. Евзеров, А.С. Горобец и др.; под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.
5. 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.
