Оптимізація контурів регулювання системи Розрахунок моменту інерції системи

Система СДПМ являє собою систему підлеглого регулювання. Вона складається з внутрішнього контуру струму та зовнішнього контуру швидкості. Регулювання параметрів (струму (І) та швидкості (ω)) здійснюється за допомогою регуляторів, відповідно: регулятора струму (І) і регулятора швидкості (ω). Регулятори можна розрахувати і налаштувати щодо потрібної якості відпрацювання системи. Розрахунок проводимо представляючи регулятори передавальними функціями з відповідними коефіцієнтами (див. рисунок 2.9). Знаючи передавальні функції регуляторів, за допомогою математичного представлення ланок системи, та відомих числових даних, можемо розрахувати сумарний момент інерції системи СДПМ.

При налаштуванні контуру тип і параметри регулятора вибираються таким чином, що регулятор компенсує великі інерційності об'єкту і приводить передавальну функцію контуру до нормованого вигляду з врахуванням значення еквівалентною малою постійною часу і вибраного критерію оптимізації. Виконуємо налаштування регуляторів струму і швидкості на технічний (модульний) оптимум.

Рисунок 5 - Схеми регуляторів струму та швидкості а) П-регулятор б) ПІ-регулятор в) ПІД-регулятор

Рисунок 6 - Схема типового контуру

- сума малих постійних часу;

– постійна часу, що підлягає компенсації; Кε и - відповідно коефіцієнти посилення блоків з малими постійними часу і об'єкту управління.

Передавальна функція розімкненого контуру матиме вигляд:

Рисунок 7 - Структурна схема привода СДПМ

На схемі позначені:

- індуктивність контуру намагнічення;

=сonst- струм фіктивної обмотки, що стабілізуєдію постійних магнітів;

- електромагнітна постійна часу двигуна;

– постійна часу сервоперетворювача;

- коефіцієнт підсилення сервоперетворювача;

- коефіцієнт зворотного зв’язку за струмом;

- коефіцієнт зворотного зв’язку за швидкістю;

- момент інерції двигуна.

Для визначення передавальної функції регулятора швидкості знайдемо передавальну функцію замкнутого контуру струму:

Рисунок 8 – Налаштування контуру швидкості на симетричний оптимум

Передавальна функція регулятора швидкості при налаштуванні на симетричний оптимум матиме

, де

– коефіцієнт передачі редуктора

і =3 – передаточне відношення редуктора

- кутова швидкість обертання валу двигуна;

n- число обертів в хвилину, об/хв

ПІ- регулятор швидкості включає високу статичну точність І-регулятора і високу швидкодію П-регулятора.

Опис лабораторного стенду

Стенд складається з двох основних компонентів, а саме панелі управління і електромеханічної системи взаємозв'язаних двигунів змінного струму: асинхронного двигуна з короткозамкнутим ротором і синхронного двигуна з постійними магнітами. На валу асинхронного двигуна для забезпечення стійкої роботи системи на низьких швидкостях використаний циліндровий редуктор Transtehno з коефіцієнтом редукції 1:3. Вали досліджуваних машин сполучені між собою шківо-ремінною передачею, що дозволяє досліджувати характеристики електромеханічної системи з врахуванням впливу пружного зв'язку. Як датчик зворотного зв'язку за швидкістю використовується фотоімпульсний датчик повороту (енкодер), встановлений на валу синхронного двигуна. Панель управління електродвигунами містить сервоперетворювач TSTA-20C для управління синхронним двигуном, перетворювач частоти E82EV152K4C Lenze для регулювання швидкості асинхронного двигуна, а також вимірювальні прилади ТРМ202 ОВЕН з універсальними аналоговими входами.

Управління швидкістю обертання синхронного двигуна здійснюється за допомогою зовнішнього тумблера, що подає команду на дозвіл роботи, потенціометра, підключеного до аналогового входу сервоперетворювача для завдання напруги управління, а також прихованого тумблера для перемикання режимів роботи системи. Управління перетворювачем частоти Lenze здійснюється за допомогою тумблера дозволу роботи SA1 і кнопок управління SB1, SB2, що забезпечують регулювання швидкості двигуна в режимі «мотора-потенціометра». В цьому випадку, при натисненні кнопки SB1, швидкість обертання асинхронного двигуна починає збільшуватися і стабілізується на заданому рівні при відпуску кнопки. При натисненні кнопки SB2 швидкість, аналогічним чином, зменшується. Для відображення поточних параметрів роботи взаємозв'язаної системи електроприводу використовуються пульти індикації даних перетворювачів і вимірювальні прилади ТРМ202 ОВЕН. До входів приладів підключені аналогові виходу сервоперетворювача і перетворювача частоти (навантаження і фактична швидкість з Tsta-20c, струм двигуна з E82ev152k4c).

При дослідженні статичних характеристик електроприводу з синхронним двигуном навантаження формується за рахунок зміни частоти обертання асинхронного двигуна. Струм статора синхронної машини фактично визначається різницею синхронних швидкостей обертання досліджуваного і навантаження двигунів. Наявність у сервоперетворювачі інтерфейсу RS232, що забезпечує передачу даних по протоколу Modbus RTU, надає можливість зняття не лише статичних, але також і динамічних характеристик досліджуваних електромеханічних систем.

Лабораторний стенд має вигляд показаний на рисунку 2.13, схема електрична принципова наведена на рисунку 2.14.