Расчет САУ скоростью электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения - Курсовая работа

Основная задача управления электроприводами, работающими в режиме пуска, торможения и реверса, состоит в формировании диаграмм тока, обеспечивающей заданное время переходных процессов. Основное назначение электроприводов, работающих в режиме автоматической стабилизации скорости состоит в автоматическом поддержании скорости или существовании заданного закона изменения скорости с помощью определяемой требованиями технологического процесса. Техническими параметрами подобных систем являются электроприводы механизмов подач металлорежущих станков, обеспечивающих широкий диапазон регулирования и поддержания заданной скорости каждого механизма в отдельности и поддержание заданных соотношений скоростей этих механизмов.В качестве объекта управления используется управляемый полупроводниковый выпрямитель, двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа 2ПН-132МУХЛ4. Вал двигателя соединен с тахогенератором. Выписываем из справочника параметры двигателя: Рн=2,5КВТ Статические характеристики: Функциональная схема объекта управления представлена на рис.1.1.Схема замещения электродвигателя представлена на рис.2.1. На основании второго закона Кирхгофа для схем замещения можно записать уравнение: (2.1) где . Подставив в уравнение 2.1 и 2.2 имеющиеся значения получим: (2.3) Уравнение 2.4 разделим на и умножим на : (2.5) Подставим значения постоянных величин времени в уравнение 2.3 и в 2.5: ;Полупроводниковый преобразователь представлен интегрирующим звеном с передаточной функцией: ; Такое представление отражает инерционные свойства выпрямителя, обусловленные дискретным характером его работы, управляемостью вентилей. Выпишем передаточную функцию по заданию: Передаточная функция по возмущению: ;Существуют следующие методы синтеза систем автоматического управления: - метод параметрической оптимизации контуров, - метод последовательной оптимизации контуров, - метод модального управления, - метод, основанный на теории оптимального управления. В данной работе рассматриваются метод последовательной оптимизации контуров и метод модального управления. Метод последовательной оптимизации контуров является более грубым (менее точным), т.к. он основан на радио допущениях.При синтезе контура тока принимаем допущение, что не учитывается внутренняя обратная связь по ЭДС двигателя.На основании структурной схемы и выражения 3.3 запишем передаточную функцию для статического контура регулирования скорости: При синтезе контура скорости опять делается допущение, заключающееся в том, что не учитывается коэффициент при старшей степени p, т.е. таким образом, передаточная функция будет иметь вид: .Структурная схема астатического контура регулирования скорости показана на рис.3.4.Термин «модальное управление» происходит от слова moda - свободное движение. В статических системах существует зависимость между статическими и динамическими свойствами системы, т.е. получив нужные динамические свойства, статические могут оказаться неудовлетворительными.На основании структурной схемы можно записать следующее: Передаточная функция данной системы будет иметь вид: Прировняв коэффициенты при одинаковых степенях p можно записать: Согласно теореме Виета характеристическое уравнение будет иметь вид: Зададимся распределением характеристических корней по Баттерворду: где Н - модуль (чем больше модуль, тем выше быстродействие системы); n - порядок уравнения; i - порядковый номер характеристического уравнения. Т.о. получим: Таким образом из вышеуказанного можно записать: Прировняв коэффициенты при одинаковых степенях p, получим: (4.1)Структурная схема данной САУ показана на рис.4.2. Отличие данной схемы от предыдущей заключается в том, что в УУ дополнительно вводится сигнал пропорциональной производной от выходного сигнала от задатчика интенсивности с коэффициентами и . Для получения информации о первой производной выходного сигнала ЗИ нет необходимости прибегать к операции искусственного дифференцирования. Из структурной схемы можно записать: Знаменатель передаточной функции точно такой же, как и для предыдущей системы, поэтому коэффициенты рассчитываются точно также.Пусть объект управления описывается уравнением состояния, записанным в матричном виде: (5.1) В теории управления существует понятие управляемости и наблюдаемости САУ. То есть по входному сигналу U и измеряемому значению У можно восстановить вектор состояния объекта управления Х. Условие управляемости и наблюдаемости имеет вид: ; (5.3) Здесь и - соответственно оценочное значение вектора состояния объекта управления и вектор выходных координат наблюдателя, то есть , а так же изменений коэффициентов матрицы А или неточного определения на этапе проектирования, такой наблюдатель обладает невысокой точностью измерения и на практике широкого распространения не получил.Структурная схема САУ скоростью: Нам необходимо принять время обработки информации цифровым управляющим устройством. Структурная схема цифрового управляющего устройства показана на рисунке 5.1. Так как система астатическая, то дополнительно

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.Функциональная схема объекта управления

2.Математическая модель и определение параметров объекта управления

2.1.Математическая модель двигателя

2.2.Математическая модель преобразователя

3.Синтез САУ методом последовательной оптимизации контуров

3.1.Синтез контура регулирования тока

3.1.Синтез статического контура регулирования скорости

3.3.Синтез астатического контура регулирования скорости

4.Синтез САУ методом модального управления

4.1.Синтез САУ без улучшенных динамических показателей

4.2.Синтез САУ скоростью с улучшенными динамическими показателями 5.Синтез САУ с использованием наблюдателя

6.Синтез цифрового управляющего устройства

7.Проектирование принципиальной схемы управляющего устройства

7.1.Расчет принципиальной схемы управляющего устройства, синтезированного методом последовательной оптимизации

7.2.Проектирование принципиальной схемы методом последовательной оптимизации контуров

7.3.Проектирование принципиальной схемы с использованием наблюдателя

Заключение