М
ИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ
КРИВОРОЖСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Проектирование системы автоматического регулирования (САР) металлургических агрегатов на базе унифицированных комплектных электроприводов
В двух частях
Часть вторая. Проектирование структурной схемы САР автоматизированного электропривода, расчет и оценка показателей его регулирования на стадии технического проектирования.
Учебное пособие
Для курсового проектирования для студентов специальности 7.092.203
«Электромеханические системы автоматизации и электропривод»
всех форм обучения
КРИВОЙ РОГ
2001 г.
Разработал Доцент, к.т.н.
Ликаренко Анатолий Григорьевич
Рецензенты доцент, к.т.н.
Файнштейн Вилен Григорьевич
Доцент, к.т.н.
Егоров Александр Петрович
Утверждено на заседании кафедры ЭМОМЗ
Протокол № _____ от «___» _________ 2001 г.
Утверждено на методическом совещании КМФ ИПК МК
Протокол № _____ от «___» __________ 2001 г.
Содержание
ЧАСТЬ ВТОРАЯ 4
2. Проектирование структурной схемы САР комплектного электропривода и проверка показателей качества его регулирования на стадии технического проектирования. 4
2.1. Представление системы в виде объекта регулирования и регулятора. 4
2.2. Метод проектирования автоматизированных электроприводов с подчиненным регулированием. 6
2.3. Нахождение передаточной функции тиристорного преобразователя комплектного электропривода. 9
2.4. Нахождение передаточной функции якорной цепи электродвигателя комплектного электропривода 11
2.5. Проектирование структурной схемы САР комплектного электропривода 17
2.5.1. Общие подходы к проектированию. 17
2.5.2. Инженерный расчет передаточной функции контура регулирования тока якоря 19
2.5.3. Инженерный расчет передаточной функции контура регулирования скорости с обратной связью по скорости 21
2.5.4. Инженерный расчет передаточной функции контура регулирования скорости с обратной связью по напряжению или ЭДС двигателя 26
2.5.5. Инженерный расчет передаточной функции контура регулирования тока возбуждения 29
2.5.6. Инженерный расчет контура регулирования ЭДС в двухконтурной системе управления потоком возбуждения электродвигателя при двухзонном регулировании скорости. 30
2.5.7. Ин6женерный расчет передаточной функции контура регулирования положения (позиционные системы управления) 35
2.5.7.1. Общие подходы к расчету 35
2.5.7.2. Расчет передаточной функции при аналоговом регулировании положения 35
2.5.7.3. Расчет передаточной функции при цифровом регулировании положения 41
3. Расчет и оценка показателей регулирования САР комплектных электроприводов 43
3.1. Общие положения 43
3.2.Расчет и оценка показателей регулирования контуров регулирования скорости 46
3.3. Расчет и оценка показателей регулирования в позиционных системах управления электроприводами 47
Литература 49
Литература …………………………………………………………………..49
Часть вторая
2. Проектирование структурной схемы сар комплектного электропривода и проверка показателей качества его регулирования на стадии технического проектирования.
2.1. Представление системы в виде объекта регулирования и регулятора.
Системы автоматического управления электроприводами включают ряд звеньев, имеющих различные назначение: звенья в которых происходит процесс подлежащий регулированию; преобразователи энергии для питания этих звеньев; измерительный орган (датчик) для измерения фактического значения регулируемой физической величины и преобразования ее в электрическую величину для сравнения с заданным значением регулируемой величины; усилительно-регулирующие и корректирующие звенья и др. Все эти звенья характеризуются передаточными функциями и отражаются в структурной схеме системы. Такую систему всегда можно преобразовать в замкнутую схему, состоящую из двух последовательно соединенных звеньев:
1) объекта регулирования, т.е. устройства в котором происходит процесс подлежащий регулированию;
2) автоматического регулятора, т.е. автоматически действующего устройства, предназначенного для выполнения задачи регулирования.
Рис. 2.1. Структурная схема системы в виде объекта регулирования и регулятора.
В передаточную функцию объекта регулирования включает также измерительное устройство (датчик) регулируемой величины и преобразователь энергии с управляющим органом. Другими словами, под объектом регулирования понимают участок цепи, у которой выходная величина последнего звена сравнивается с заданием, а входом является выходная величина усилителя-регулятора.
В передаточную функцию автоматического регулятора включают усилитель с обратными связями, охватывающими последний. Тогда схема автоматического регулирования может быть представлена структурной схемой в виде объекта регулирования с передаточной функцией WОБ и автоматического регулятора с передаточной функцией WРЕГ с единичной отрицательной обратной связью (рис. 2.1).
Передаточная функция такой замкнутой системы (рис. 2.1):
; (2.1)
Изображения входной и выходной величин берутся по Лапласу.
Для курсового проектирования объект регулирования задан и необходимо создавать регулятор, соответствующий данному объекту. От регулятора требуется высокое быстродействие и точность поддержания регулируемой величины на требуемом уровне, т. е. чтобы в установившемся режиме ошибка регулирования была минимальной или отсутствовала. В замкнутых системах нулевая статическая ошибка означает, что коэффициент усиления К равен:
; (2.2)
Быстродействие регулятора обычно оценивается минимальным временем реакции регулятора на ступенчатое управляющее воздействие. Для простейшего случая, когда объект регулирования описывается дифференциальным уравнением первого порядка, то его передаточная функция равна:
; (2.3)
Коб, Тоб – коэффициент передачи (усиления) объекта и его постоянная времени.
Если разомкнуть систему (см. рис. 2.1) по цепи обратной связи, то получаем разомкнутую систему с двумя последовательно соединенными звеньями Wрег и Wоб. Передаточная функция такой разомкнутой системы равна произведению передаточных функций звеньев:
; (2.4)
Если
построить регулятор, который бы
обеспечивал значение передаточной
функции
(идеальное форсирующее звено), то такой
регулятор времени передаточной функции
объекта регулирования и передаточная
функция разомкнутой системы будет чисто
усилительным звеном с передаточным
коэффициентом, равным передаточному
коэффициенту объекта регулирования:
; (2.5)
Физически это означает, что регулятор включает составляющую дифференцирования входного сигнала и при ступенчатом изменении последнего напряжение выхода регулятора мгновенно возрастает до бесконечности и мгновенно возвращается к нулю, т.е. для мгновенного изменения выходной величины апериодического звена (2,3) на его вход необходимо подать импульс напряжения бесконечной амплитуды. Тогда передаточная функция замкнутой системы будет равна:
; (2.6)
Однако в реальных условиях осуществить идеальную компенсацию постоянной времени объекта регулирования нельзя, так как реальные усилители имеют инерцию и выходные величины звеньев системы имеют конечные значения. Кроме того, осуществление такой идеальной компенсации нерационально, т.к. такая система регулирования будет восприимчива к различным помехам. В реальных условиях компенсация постоянной времени апериодического звена ограничена пределом, при котором полоса пропускания замкнутого контура регулирования обеспечивает его помехозащищенность. Поэтому для каждого конкретного случая необходимо выбирать характеристики регулятора которые бы согласовывались с характеристиками объекта.
Для объектов регулирования с различными передаточными функциями необходимо иметь регуляторы также с различными передаточными функциями, которые наилучшим образом обеспечивают качество регулирования.
Нахождение передаточной функции регулируемого электропривода более полно изложено в учебном пособии [14].
Определения и общие характеристики контура регулирования изложены в учебном пособии [16].