11.3.3 Двигатель

Структурная схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения приведена на рисунке 11.2.

На рисунке показаны (данные взяты из таблицы 10.1):

R_яц=R_я+R_дп=0.338+0.221=0.559 Ом – суммарное сопротивление обмотки якоря и дополнительных полюсов;

J=0.2 кгм² – момент инерции якоря двигателя;

Вс – конструктивный коэффициент двигателя;

U_н=440 В – номинальное напряжение двигателя;

А – номинальный ток якоря двигателя;

с – электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя.

11.3.4 Регулятор

Предварительно передаточную функцию регулятора принимаем в виде пропорционального звена с коэффициентом усиления, равным единице:

W

(11.59)

_рег(p)=K_рег=1.

11.4 Преобразования структурной схемы электропривода

Структурная схема электропривода представлена на рисунке 11.3.

Произведем преобразование схемы к типовой структурной схеме для замкнутой системы.

11.4.1 Перенос точки приложения возмущения

Возмущающий сигнал (статический момент M_с) перенесем на вход внутреннего контура. При этом, по правилу переноса узла суммирования влево через звено к сигналу M_с необходимо добавить передаточную функцию:

(11.60)

.

Преобразованная структурная схема показана на рисунке 11.4а.

11.4.2 Преобразование структурной схемы двигателя

Внутренний контур, который является структурной схемой двигателя, преобразуется в передаточную функцию по правилу встречно-параллельных соединенных звеньев:

(11.61)

где с - постоянная времени двигателя;

с - электромеханическая постоянная времени;

- коэффициент затухания колебаний двигателя;

(Вс)^-1 - коэффициент преобразования двигателя.

Таким образом, двигатель представляет собой колебательное звено.

Преобразованная структурная схема показана на рисунке 11.4 б.

11.4.3 Преобразование в структурную схему с единичной обратной связью

В структурной схеме, изображенной на рисунке 11.4 б, перенесем передаточную функцию отрицательной обратной связи K_с через узел суммирования. Преобразованная структурная схема приведена на рисунке 11.5 а.

На рисунке 11.5 б приведена структурная схема электропривода от возмущающего воздействия.

11.5 Передаточные функции электропривода

11.5.1 Разомкнутая передаточная функция

Передаточная функция разомкнутой системы из рисунка 11.4б записывается в виде:

(11.62)

11.5.2 Замкнутые передаточные функции по заданию и возмущению

Согласно рисунку 11.4б замкнутая передаточная функция по заданию имеет вид:

(11.63)

Согласно рисунку 11.5б замкнутая передаточная функция по моменту имеет вид:

(11.64)

11.6 Моделирование нескорректированной системы

Структурная схема модели замкнутой нескорректированной системы электропривода показана на рисунке 11.6.

На структурной схеме отображены:

1) Step(1) - единичный ступенчатый сигнал;

2) Кр – коэффициент усиления регулятора;

3) Wtp – передаточная функция тиристорного преобразователя;

4) Wa – передаточная функция якорной цепи;

5) KF, KF1 – конструктивный коэффициент двигателя;

6) 1/J – коэффициент, зависящий от момента инерции двигателя;

7) Integrator – передаточная функция интегрирующего звена, моделирующего механическую часть двигателя;

8) Kс – коэффициент обратной связи по скорости;

9) Scope – осциллограф для отображения переходного процесса.

Для повышения точности моделирования необходимо изменить алгоритм расчета:

Simulation  Configuration Parameters  Solver  ode23tb (stiff/TR-BDF2).

При моделировании переходного процесса по заданию возмущающий сигнал M­_c нужно принять равным нулю. Поэтому к входу статического момента подключена константа, равная нулю (Constant). Время расчета подбираем таким образом, чтобы переходной процесс по заданию отобразился весь вплоть до установившегося режима. График переходного процесса по заданию приведен на рисунке 11.7.

Для моделирования переходного процесса по возмущению на вход системы по заданию необходимо подать константу, равную нулю, а в качестве возмущения – ступенчатый сигнал уровня, равному номинальному моменту двигателя (рисунок 11.8):

(11.65)

Нм.

График переходного процесса по возмущению приведен на рисунке 11.9.

Определим показатели качества переходных режимов:

1) время регулирования определяется по рисунку 11.7 как время, после которого значение переходного процесса отличается от установившегося уровня не более чем на 5%:

h_уст=12;

1.05h_уст=1.0512=12.6;

0.95h_уст=0.9512=11.4.

Таким образом время переходного процесса равно t_р=0.15 с.

2) перерегулирование определяется по рисунку 11.7 как превышение максимального значения переходного процесса над установившимся:

.

3) ошибка регулирования определяется по рисунку 11.9:

.

Полученные и заданные показатели качества приведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1

Показатели качества	Заданные	Полученные
tр, с	0.2	0.15
м, %	18	25.8
м, %	0.1	1.41

Как видно нескорректированная система электропривода не соответствует требованиям по перерегулированию и ошибке.