ТАУ / Lr2w

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Объект исследований

Объектом исследований является система автоматизированного электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. Задача управления заключается в изменении скорости вращения вала двигателя по заданному закону и в стабилизации заданной скорости независимо от изменения нагрузки и других характеристик. Для управления двигателем используется способ изменения питания якоря двигателя. Источником регулируемого напряжения питания двигателя служит генератор постоянного тока, управляемый изменением напряжения возбуждения. Реализуется схема электропривода генератор – двигатель.

В системе имеется регулятор угловой скорости вала двигателя, который в каждый момент времени определяет отклонение фактической угловой скорости от заданной

x(t) =  w_з(t) - w(t),

где w_з(t) – заданный закон изменения угловой скорости вала, и необходимое изменение напряжения возбуждения для устранения этого отклонения

 U_в(t) = k_рx(t),

где k_р – коэффициент усиления регулятора.

Для контроля фактической угловой скорости вращения вала двигателя используется тахогенератор, который является датчиком управляемого параметра и образует обратную связь по управляемому параметру в системе.

В структуре тахогенератору соответствует усилительное звено с коэффициентом усиления k_т, регулятору – усилительное звено с коэффициентом усиления k_р, генератору – инерционное звено с коэффициентом усиления k_г и постоянной времени T_г, электродвигателю - колебательное звено с коэффициентом усиления k_д и постоянными времени T_1д, T_2д:

k_г

W_г(p) = –––––– ,

T_гp + 1

k_д

W_д(p) = ––––––––––––––– .

T_1д²p² + T_2дp + 1

Исследование характеристик системы генератор-двигатель

Систему генератор-двигатель можно рассматривать как объект управления для регулятора. При подаче на нее напряжения возбуждения U_в(t) от регулятора, в системе происходит переходный процесс, после завершения которого устанавливается некоторая угловая скорость вращения вала двигателя  w(t). Характер процесса и его длительность будут определяться параметрами объекта управления, передаточная функция которого W_о(p) = W_г(p) W_д(p).

В качестве исходных параметров для объекта управления принять: для генератора k_г=2, T_г=0.12 с, для двигателя k_д=5 рад/с, T _1д=0.1 с, T_2д=0.01 с. Исследуйте логарифмические частотные характеристики и переходный процесс системы генератор-двигатель с этими параметрами. В процессе исследования определите:

-частоты w_с  и w_π,

-наибольшее усиление системы и наибольший фазовый сдвиг,

-наибольший наклон ЛАХ в области высоких частот,

-характер переходного процесса,

-длительность переходного процесса,

-установившееся значение угловой скорости.

Примечание

 Для определения наклона ЛАХ берутся две любые частоты, отличающиеся в десять раз w₂= 10w₁ (декада оси частот) и определяется разность L(w₁) - L(w₂),  в дб. Эта разность и даст наклон ЛАХ в  дб/дек. 

Для разомкнутой системы единичное значение графика переходного процесса соответствует значению w = k_г k_д U_в.

Исследуйте влияние на частотные характеристики и переходный процесс постоянной времени генератора (T_г=0.05 с и T_г =0.2 с) и постоянной времени двигателя T_2д (T_2д =0.05 с и T_2д =0.5 с).

В процессе исследования ответьте на следующие вопросы:

-как параметры элементов системы влияют на частотные характеристики (изменяющиеся параметры характеристик) и характер процесса (апериодический процесс, колебательный процесс с разной выраженностью колебательности);

-как параметры элементов влияют на длительность переходного процесса и величину перегулирования в системе (длительность процесса и величину перерегулирования следует конкретно определять для

каждого графика);

-какова связь между частотой среза и длительностью переходного процесса;

-что следует делать для улучшения процесса в системе (для устранения колебательности, повышения быстродействия и др.).

Исследование характеристик замкнутой системы

Исследовать частотные характеристики и переходные процессы в замкнутой системе регулирования скорости электродвигателя постоянного тока с пропорциональным законом регулирования. Для каждого варианта системы определять: частоту среза, частоту фазового сдвига –180^о, запасы устойчивости по фазе и амплитуде, наклон ЛАХ при пересечении оси частот, длительность переходного процесса, величину перегулирования, статическую ошибку. Исследования выполнить для следующих вариантов сочетания параметров элементов системы:

k_T k_p k_Г T_Г k_Д T_1Д T_2Д

–

1 0.01 5 5 0.05 10 0.5 0.5

10

15

20

2 0.01 5 5 0.05 10 0.5 0.2

0.5

1.5

3 0.01 5 5 0.1 10 0.2 0.2

0.5 0.5

1.5 1.5

Контрольные вопросы:

-как оценить устойчивость замкнутой системы по логарифмическим характеристикам разомкнутой системы;

-в чем различие процессов в устойчивой и неустойчивой системах;

-какие параметры элементов системы влияют на ее устойчивость и в чем это влияние заключается;

-как влияет на устойчивость пропорциональный регулятор;

-как связаны между собой параметры логарифмических частотных характеристик и переходных процессов;

-какие параметры элементов системы и как влияют на характер и длительность переходных процессов в системе;

-как изменяется величина перерегулирования в системе и от чего она зависит;

-как пропорциональный регулятор влияет на длительность процесса в системе, величину перерегулирования и статическую ошибку системы;

-какова связь между запасами устойчивости системы по фазе и амплитуде и характером переходного процесса;

-при каких условиях то или иное звено системы практически перестает влиять на переходный процесс (динамику системы);

-каковы пути улучшения динамики системы и какие ограничения при этом следует учитывать.

При ответе на поставленные вопросы следует использовать численные значения характеристик переходных процессов и частотных характеристик, полученных в ходе исследований.