5.3.5 Для виконання пункту 5.2.4 програми з пі-регулятором
5.3.5.1 Відкрити майстер налаштувань Wizard.
5.3.5.2 Вибрати пункт 6 Autotuning speed controller.
5.3.5.3 Для реалізації ПІ- регулятора змінити значення параметру 2409 на значення, записане при виконанні пункту 5.3.1.3.8, та зберегти зміни натиснувши кнопку Apply.
5.3.5.4 Натиснути кнопку Finish та вийти з майстра налаштувань Wizard (кнопка Close).
5.3.5.5 Зняти динамічні характеристики за методикою аналогічною, як і для П- регулятора (пункт 5.3.4), згідно варіантів таблиці 9.
5.3.6 Для виконання пункту 5.2.5
Статичні експериментальні характеристики системи будуються на основі даних таблиці 8. При цьому по осі ординат відкладається значення кутової швидкості в рад/с, а по осі абсцис – момент в Нм. Перерахунок об/хв в рад/с здійснюється згідно формули
,
а момент в Нм визначається добутком значення моменту у відсотках на значення номінального моменту двигуна.
Номінальний момент двигуна М1 визначається
.
Розрахунок теоретичних характеристик при П-регуляторі швидкості для обох зон здійснюється згідно рівняння
,
де - коефіцієнт П-складової регулятора швидкості (див. пункт 5.3.1.3.8).
Розрахунок теоретичних характеристик при ПІ-регуляторі швидкості для обох зон здійснюється згідно рівняння
.
Результати розрахунків представити на наступних рисунках:
- теоретичні та експериментальні залежності при різних завданнях швидкості для системи з П-регулятором;
- теоретичні та експериментальні залежності при різних завданнях швидкості для системи з ПІ-регулятором.
5.3.7 Для виконання пункту 5.2.6
Структурна схема дискретної системи керування в середовищі Simulink відповідно до рис.5.9 зображена на рис. 5.11. Структурні схеми підсистем завдання потоку збудження cFc*, швидкості та накидання моменту навантаження подані на рис 5.12, 5.13 та 5.14 відповідно.
Рисунок 5.11 – Структурна схема дискретної системи керування в середовищі Simulink
Перемикач Manual Switch дозволяє ввести сигнал компенсації ЕРС в коло струму якоря. Імпульсні ключі Т0 (рис. 5.9) на схемі реалізуються дискретними передаточними функціями з одиничним коефіцієнтом підсилення. В усіх дискретних елементах системи, а також в екстраполяторах нульового порядку необхідно задати такт квантування Т0. В дискретних інтеграторах коефіцієнт підсилення обирається одиничним. Усі параметри, що прописані в схемі літерами, повинні бути задані в m-файлі. При моделюванні необхідно задати наступні параметри системи:
Tm=Tm2=0.01с – малі сталі часу Тµ1 та Тµ2;
To=0.1∙Tm – період квантування Т0;
kpw, Tpw – коефіцієнт підсилення та стала часу ПІ-регулятора швидкості (див. пункт 5.3.1.3.8);
cFn=1.15 Вс – добуток конструктивної сталої на номінальний потік збудження;
kpc, Tpc – коефіцієнт підсилення та стала часу ПІ-регулятора струму якоря (див. пункт 5.3.1.3.6);
kpr=kpr2=23 – коефіцієнти передачі перетворювачів у колах якоря та збудження;
Ra=0.514 Ом – опір якірного кола;
La=0.0129 Гн – індуктивність якірного кола;
Ta=La/Ra – стала часу якірного кола;
J=0.191 кг∙м2 – момент інерції двигуна;
wn=162,3 рад/с, Mn=40,05 Нм – номінальні швидкість і момент;
izn=0.75 A – номінальний струм збудження;
Rz=307 Ом – опір кола збудження;
Tz=0.066 с – стала часу кола збудження;
kpcz, Tpcz – коефіцієнт підсилення та стала часу ПІ-регулятора струму збудження (див. пункт 5.3.1.3.5);
kpe, Tpe – коефіцієнт підсилення та стала часу ПІ-регулятора ЕРС (див. пункт 5.3.1.3.9).
В блоці Saturation1 та Discrete-Time integrator необхідно задати обмеження згідно параметрів 2005 та 2006 (див. рис. 2.7) в абсолютних величинах моменту, наприклад від -Мн до Мн. У випадку неправильно заданих обмежень може з’явитися статична похибка за швидкістю (у випадку ПІ-регулятора швидкості). Для усунення недоліку слід збільшити зону обмеження, або зменшити навантаження. В блоках Saturation3, Discrete-Time Integrator1, Saturation4 та Discrete-Time Integrator3 необхідно задати обмеження вихідних сигналів від -10 до 10. Обмеження в блоках Saturation2, Discrete-Time Integrator2 складає –cFn та cFn.
Для моделювання схеми з П-регулятором швидкості достатньо розірвати зв'язок на виході Discrete-Time Integrator за допомогою Manual Switch1. Нелінійності кривої намагнічування та її зворотної характеристики (рис. 5.9) на схемі на рис. 5.11 апроксимовані прямими з коефіцієнтами передачі cFn/izn та izn/cFn. При моделюванні в блоці En* в нульовий момент часу подається стрибком номінальне значення ЕРС 220В. Ланка Product6 – це функція 1/х (необхідно в параметрах ланки вказати знак / як Number of inputs). При моделюванні спочатку необхідно дослідити перехідні процеси при нульовому завданні швидкості – визначити час, за який встановлюється номінальний потік (струм) збудження. При пуску завдання в канал швидкості можна подавати лише після встановлення номінального потоку збудження.
Рисунок 5.12 – Структурна схема підсистеми завдання потоку збудження cFc* в середовищі Simulink
Структурна схема на рис. 5.12 забезпечує вихідний сигнал cFc*=cFn для швидкостей ω (вхід In1) нижчих за номінальну, та cFc*=cFn∙wn/ω для швидкостей вищих за номінальне значення. Ланка Constant3 з малою константою введена для уникнення ділення на нуль.
Рисунок 5.13 – Структурна схема підсистеми завдання швидкості (Speed Reference) в середовищі Simulink
Схема на рис. 5.13 представляє собою блок завдання швидкості. Ланки Step3 та Step4 дозволяють змінювати величину завдання швидкості (їх значення задаються в одиницях вимірювання швидкості). Фрагмент схеми Gain9, Saturation2, Gain10 та Discrete-Time Integrator реалізують задатчик інтенсивності. У ланці Saturation2 задається обмеження від -10 до 10. Ланка Gain10 визначає кут наростання сигналу на виході інтегратора (величину необхідно обрати такою, щоб кут наростання відповідав експериментальним графікам). Збільшення величини Gain10 призводить до стрімкішого наростання. Ланка Gain12 масштабує сигнал завдання (максимум 10В при номінальній швидкості), що дозволило зменшити величину Gain9 та обмеження в Saturation2. Ланка Gain11 є зворотною до ланки Gain12, тобто, дозволяє отримати вихідний сигнал завдання в абсолютних одиницях швидкості. Дискретний інтегратор має такт квантування Т0 та одиничний коефіцієнт підсилення. Вихід інтегратора не обмежується. Кількість ланок Step має відповідати кількості змін завдання швидкості під час експерименту.
Рисунок 5.14 – Структурна схема підсистеми накидання моменту (Load Torque) в середовищі Simulink
Структурна схема на рис. 5.14 симулює накидання лінійно-наростаючого моменту навантаження та його скидання, або реверс в залежності від значень Step1 та Step2. Ланки Gain15, Saturation4, Gain14 та Integrator1 реалізують задатчик інтенсивності моменту, аналогічний, як і у попередній схемі. Обмеження у ланці Saturation4 можна обрати на рівні від -2Мн до 2Мн. Значення моменту навантаження задаються в ланках Step у одиницях вимірювання моменту. Величина Gain14 вибирається такою, щоб наростання моменту відповідало експериментальним графікам.