Задание 3. Исследование системы регулирования скорости вращения вала электродвигателя Задание на выполнение исследования

Система регулирования скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения служит для стабилизации заданной скорости вращения вала независимо от изменения нагрузки на валу. Электродвигатель является объектом управления. Скорость вращения его вала регулируется за счет изменения напряжения на якоре. Для этого цепь якоря питается от управляемого тиристорного преобразователя (регулятора мощности).

Регулятор скорости воздействует на управляющий вход тиристорного преобразователя и изменяет напряжение питания цепи якоря таким образом, чтобы устранять возникающие отклонения скорости вращения от заданного значения (уставки).

Для контроля скорости вращения вала двигателя используется тахогенератор (датчик скорости вращения вала). Напряжение на выходе тахогенератора пропорционально скорости вращения его вала. Это напряжение поступает на вход регулятора скорости вращения и сравнивается с напряжением уставки, задающим требуемую скорость вращения.

Функциональная схема системы регулирования скорости вращения вала электродвигателя показана на рис. 6. В системе регулирования скорости вращения вала электродвигателя в качестве основных функциональных элементов можно выделить: электродвигатель Д, тиристорный преобразователь Тр, регулятор Р, тахогенератор Тг.

Объектом управления в системе является электродвигатель Д, управляемая величина – скорость вращения вала (t). Для изменения скорости электрод вигателя изменяется напряжение питания U_д(t), источником которого является тиристорный преобразователь Тр. Регулятор скорости вращения Р воздействует на управляющий вход тиристорного преобразователя Тр путем изменения напряжения управления U_у(t).

Д ля контроля скорости вращения вала двигателя в качестве датчика скорости используется тахогенератор Тг. Напряжение тахогенератора U_т(t) поступает на сравнивающий элемент, который вычитает его из напряжения уставки U_з(t). Сформированный сравнивающим элементом сигнал ошибки x(t) поступает на вход регулятора. Регулятор Р на основе сигнала ошибки определяет необходимое для устранения ошибки управляющее воздействие U_у(t).

Структурная схема системы регулирования скорости двигателя представлена на рис. 7 и содержит структурные звенья с передаточными функциями элементов системы. Регулятор на структурной схеме представлен передаточной функцией , которую необходимо конкретизировать при выборе типа регулятора и настройке его параметров.

Тиристорный преобразователь представлен в структурной схеме усилительным звеном с коэффициентом усиления 22, электродвигатель – колебательным звеном, а тахогенератор – усилительным звеном с коэффициентом усиления 0,055.

Необходимо исследовать процессы в системе при использовании пропорционального регулятора и определить оптимальную (с точки зрения качества процесса) настройку регулятора.

Ввод модели

Для выполнения исследований необходимо запустить MATLAB и войти в среду Simulink (рис. 1). В среде Simulink необходимо выбрать режим создание новой модели. При этом на экране будут присутствовать два окна Simulink: окно библиотеки компонентов Simulink и окно модели. Подберите размеры окон и расположите их на экране так, чтобы было удобно работать с окнами.

В окне модели вводится структура исследуемой системы в соответствии с рис. 7. При исследовании системы с пропорциональным регулятором в качестве первого приближения настройки регулятора можно принять для его передаточной функции . Поскольку исследуется линейная система, то в библиотеке Simulink (см. рис. 4) следует выбрать линейные компоненты Continious и из них компонент Transfer FCN (передаточная функция). Используя этот компонент, можно задать все преобразующие звенья структурной схемы системы.

Д ля ввода очередного звена структуры следует перетащить изображение компонента Transfer FCN из окна броузера библиотеки в окно модели и поместить его в нужное место схемы. Затем необходимо дважды щелкнуть изображение звена для раскрытия меню свойств звена. В появившемся меню выбирается пункт Block Parameters – задание параметров передаточной функции. В появившемся новом окне задаются параметры передаточной функции звена. На рис. 8 показаны отдельные этапы ввода колебательного звена, моделирующего электродвигатель.

Передаточная функция задается в виде вектора коэффициентов полиномов от параметра p, стоящих в числителе и знаменателе передаточной функции. Первым вводится коэффициент, стоящий при наивысшей степени параметра p. Коэффициенты вводятся в виде массива в квадратных скобках. Между собой коэффициенты разделяются пробелами.

Сравнивающий элемент структурной схемы выбирается из раздела Math библиотеки элементов в виде сумматора Sum. При задании параметров сумматора следует изменить свойства входа для сигнала обратной связи и установить по этому входу вычитание сигнала.

В качестве источника входного типового сигнала следует в разделе библиотеки Sources выбрать источник единичного ступенчатого сигнала Step. Для визуализации процесса в системе следует применить осциллограф Scope из раздела Sinks библиотеки компонентов.

В ходы и выходы звеньев и используемых блоков следует соединить между собой в соответствии со структурной схемой на рис. 7. Результатом построений будет изображение структурной схемы модели системы автоматического регулирования скорости вращения вала электродвигателя с пропорциональным регулятором. Эта схема показана на рис. 9.