Лабораторна робота № 4 Дослідження динамічних та статичних режимів системи електроприводу за схемою тп-д з підпорядкованим регулюванням координат

Мета роботи: Навчитись складати математичні та цифрові моделі систем електроприводу з підпорядкованим регулюванням координат. Набути практичних навичок з проведення математичних експериментів на цифровій моделі з дослідження динамічних режимів.

Програма роботи

1. Скласти математичні моделі одно- і дворазово інтегрувальних систем автоматичного керування електроприводом за схемою ТП-Д згідно варіанту завдання (аналогічно до лабораторної роботи № 1).

2. На основі математичних моделей розробити програми цифрових моделей.

3. Для заданих параметрів силового кола синтезувати параметри регуляторів одно- і дворазово інтегрувальних САК електроприводом.

4. Для досліджуваних структур систем електроприводу аналітично розрахувати та побудувати статичні механічні (швидкісні) характеристики.

5. Шляхом комп’ютерного симулювання отримати часові залежності координат електроприводу e_тп(t), i_a(t) та (t) для зазначених на рис. 4 .36 (а-г) процесів зміни сигналу завдання U_З системи та навантаження i_C(M_C) для нульових початкових умов (T_max – найбільша стала часу електроприводу). Дослідження провести для активного і реактивного характеру навантаження. У розширеному висновку відзначити відмінності у поведінці систем.

а)

б)

0,25U_Я

0,5U_Я

в)

г)

рис. 4.36. Процеси зміни напруги завдання та моменту навантаження у комп’ютерному експерименті

	Порада Дослідження в даній лабораторній роботі найзручніше виконувати в середовищі Simulink.

У звіті про виконану роботу подати:

• тему, мету та програму роботи;

• вихідні дані за варіантом завдання;

• структурну схему та параметри системи електроприводу;

• математичні моделі у вигляді системи диференціальних рівнянь;

• реалізацію комп'ютерних моделей;

• розраховані статичні та динамічні характеристики досліджуваних систем електроприводу;

• показники динаміки та статики обох систем електроприводу;

• розгорнуті обґрунтовані висновки про динамічні та статичні властивості, а також відмінності обох досліджуваних систем електроприводу.

Методичні вказівки

Тип двигуна вибрати за варіантом завдання до лабораторної роботи № 1.

1. Імітаційна модель тиристорного перетворювача

Приклад використання спрощеної моделі ТП показано в лабораторній роботі № 3, де є допустимим її використання. Підняти точність моделей тиристорного перетворювача можна застосуванням імітаційних моделей.

Нескладний варіант імітаційної моделі тиристорного перетворювача з однофазною двохпівперіодною силовою схемою випростування з нульовим діодом можна реалізувати за таким алгоритмом:

"Усунення періодичності синусоїди напруги живлення" "Обмеження вхідної керуючої напруги" якщо |Uвх|  Umax тоді Uвх : = Umax  sign(Uвх) "Знаходимо кут керування:" "Знаходимо вихідну напругу перетворювача" якщо  > t тоді Ed : = 0 інакше Ed : = Ed0  sin(t)  sign(Uвх)

де  – кутова частота напруги мережі живлення;

trunc – операція виділення цілої частини числа (операція "усічення" числа);

U_вх – вхідна (керуюча) напруга ТП ( );

U_max – найбільша вхідна напруга ТП (звичайно складає ±10 В для більшості сучасних СІФК);

E_d – вихідна ЕРС тиристорного перетворювача;

E_d0 – напруга неробочого ходу ТП.

Нижче пропонуються варіанти реалізації такої імітаційної моделі тиристорного перетворювача.

MathCAD

Ubxmax : = 10 Максимальна вхідна напруга ТП Ed0 : = 514.8 Напруга неробочого ходу ТП  : = 100 Кутова частота напруги живлення Опис функції обчислення ЕРС ТП:

На рис. 4 .37 показано графік вихідної напруги пропонованої імітаційної моделі однофазного двохпівперіодного тиристорного перетворювача з нульовим діодом у силовій схемі для лінійно наростаючої вхідної керуючої напруги.

рис. 4.37. Вихідна напруга імітаційної моделі однофазного ТП

Нижче показано ще один варіант побудови імітаційної моделі однофазного нереверсивного тиристорного перетворювача з нульовим діодом у силовій схемі в середовищі пакета MATLAB+Simulink.

Simulink

Підвищення рівня деталізації перехідних процесів, що відбуваються у напівпровідникових перетворювачах, є досить складною задачею, оскільки вимагає врахування структури силової схеми, поведінки силових вентилів та системи керування вентилями. Дуже часто для інженерного моделювання автоматизованих електроприводів нема потреби у таких точних моделях, для яких час розрахунку різко зростає, – у кожному випадку рівень деталізації моделі вибирається дослідником залежно від поставлених задач.

Точніші моделі тиристорних перетворювачів, які враховують комутаційні процеси у силових вентилях, не входять у даний лабораторний практикум, оскільки такі моделі є значно складнішими і вимагають інших підходів [Error: Reference source not found]. Для спрощення процесу дослідження таких моделей можна рекомендувати пакет MATLAB+Simulink з використанням SimPowerSystems. Докладніше про моделювання систем такого рівня деталізації можна дізнатися з демонстраційних прикладів SimPowerSystems чи відповідної літератури [Error: Reference source not found].