Лабораторна робота 4

Тема: Дослідження перехідних процесів в контурі регулювання струму якоря з ПІ регулятором

Мета роботи: дослідження особливостей роботи контуру регулювання струму якоря з ПІ-регулятором, способів усунення статичної помилки, підвищення швидкодії

Програма виконання роботи

4.1 Складання структурної схеми за принциповою схемою сар струму якоря

На рис.4.1 наведена принципова схема контуру регулювання струму з ПІ-регулятором.

Рис.4.1. Принципова схема контуру регулювання струму якоря з ПІ-регулятором

Двигун постійного струму М отримує живлення від регульованого тиристорного перетворювача ТПЯ, обмотка збудження LM – від перетворювача ТПЗ. Регулятор струму якоря зібраний на підсилювачі РСЯ. Сигнал зворотного зв’язку за струмом надходить з шунта на датчик струму якоря ДСЯ, після чого на сумуючий вхід регулятора струму РСЯ. Для формування сигналу додатного зворотного зв’язку за ЕРС двигуна використовується тахогенератор ТГ з подільником напруги та підсилювач А1. Сигнали регулятора струму та додатного зворотного зв’язку за ЕРС складаються на підсилювачі А2. Пропорційно-диференційна (ПД) ланка, що включена у коло від’ємного зворотного зв’язку за струмом, зображена на схемі пунктиром.

Структурна схема системи автоматичного регулювання струму якоря, що відповідає принциповій схемі на рис.4.1, наведена на рис.4.2.

Рис.4.2. Структурна схема контуру регулювання струму якоря з ПІ-регулятором

Перетворимо структурну схему (рис.4.2), видалимо ПД-ланку з кола від’ємного зворотного зв’язку за струмом (рис.4.3).

Рис.4.3. Перетворена структурна схема контуру регулювання струму якоря з ПІ-регулятором

4.2. Зведення структурної схеми сар струму якоря до системи відносних одиниць

Основні базові величини:

Визначимо базові величини змінних у вузлах порівняння схеми, задаючись одиничними коефіцієнтами у колах зворотних зв’язків.

Коло зворотного зв’язку за струмом.

Ця напруга дорівнює дійсній віхідній напрузі датчика струму при струмі .

У вузлі порівняння напруги тиристорного перетворювача та ЕРС двигуна базовою є номінальна напруга двигуна .

Задаючись коефіцієнтом підсилення перетворювача, рівним одиниці, на його вході отримаємо:

Ця напруга відповідає напрузі, яку треба подати на вхід тиристорного перетворювача, щоб на його виході отримати базову (номінальну) напругу двигуна .

Після розрахунку усіх базових величин визначимо передаточні функції структурної схеми у відносних одиницях.

Регулятор струму.

(4.1)

Тиристорний перетворювач.

(4.2)

Двигун.

(4.3)

(4.4)

Коло зворотного зв’язку за ЕРС двигуна.

На рис.4.4 зображена структурна схема системи автоматичного регулювання струму якоря у відносних одиницях, яка відповідає структурній схемі на рис.4.3.

Рис.4.4. Структурна схема системи автоматичного регулювання струму якоря у відносних одиницях

4.3. Розрахунок параметрів структурної схеми САР

У відповідності з рівняннями (4.1-4.4) розрахувати чисельні значення передаточних функцій елементів структурної схеми (рис.4.4):

- регулятора струму;

- тиристорного перетворювача;

- двигуна.

4.4. Дослідження перехідних процесів у контурі струму якоря при загальмованому двигуні та в процесі розгону останнього

4.4.1. Визначити параметри типових блоків Simulink, що відповідають структурній схемі моделі наведеної на рис.4.5.

4.4.1.1. Модель контуру струму (рис.4.5,а) при відсутності внутрішнього зворотного зв’язку за ЕРС двигуна (загальмований двигун, електромеханічна постійна часу ).

4.4.1.2. Модель контуру струму (рис.4.5,б) з внутрішнім зворотним зв’язком за ЕРС двигуна (розгін двигуна, електромеханічна постійна часу ).

4.4.1.3. Модель контуру струму (рис.4.5,в) з внутрішнім зворотним зв’язком за ЕРС двигуна (розгін двигуна, електромеханічна постійна часу ).

4.4.1.4. Модель контуру струму (рис.4.5,г) з внутрішнім зворотним зв’язком за ЕРС двигуна (розгін двигуна, електромеханічна постійна часу ).

4.4.2. Обрати час інтегрування таким, щоб перехідні процеси практично закінчилися (п’ятикратне значення коефіцієнта при р у першому ступені у характеристичному рівнянні замкнутого контуру).

4.4.3. Виконати моделювання з виводом графіків напруги завдання на струм, струму.

4.4.4. Визначити характеристики перехідних функцій струму: перерегулювання , час першого досягнення сталого значення , час досягнення першого максимума , час регулювання , статичну помилку .

4.4.5. Розрахувати статичну помилку регулювання струму для різних значень електромеханічної сталої часу ( , , , ) та порівняти отримані значення з результатами моделювання.

4.4.6. Виконати моделювання для структурної схеми моделі рис.4.5,а (загальмований двигун, ) при завданні подвійного номінального струму . По закінченні перехідного процесу у двигуні буде струм, що у два рази перевищує номінальний. За кривою визначити запас за напругою тиристорного перетворювача, що необхідний для реалізації налагодження контуру струму на модульний оптимум.

4.4.7. Проаналізувати отримані результати, зробити висновки.

Рис.4.5. Структурна схема моделі контуру струму з різними значеннями електромеханічної постійної часу

4.5. Дослідження способів компенсації внутрішнього зворотного зв’язку за ЕРС двигуна та підвищення швидкодії контуру струму

4.5.1. Визначити параметри типових блоків Simulink, що відповідають структурній схемі моделі, яка наведена на рис.4.6.

4.5.1.1. Модель контуру струму (рис.4.6,а) при відсутності внутрішнього від’ємного зворотного зв’язка за ЕРС двигуна (загальмований двигун, електромеханічна постійна ).

4.5.1.2. Модель контуру струму (рис.4.6,б) при відсутності внутрішнього від’ємного зворотного зв’язка за ЕРС двигуна (розгін двигуна, електромеханічна постійна часу ).

4.5.1.3. Модель контуру струму (рис.4.6,в) при відсутності внутрішнього від’ємного зворотного зв’язка за ЕРС двигуна (розгін двигуна, електромеханічна постійна часу ). Для компенсації внутрішнього зворотного зв’язку за ЕРС у коло від’ємного зворотного зв’язку за струмом включена ПД-ланка.

Передатна функція ПД-ланки.

де

4.5.1.4. Модель контуру струму (рис.4.6,в) з внутрішнім від’ємним зворотним зв’язком за ЕРС двигуна (розгін двигуна, електромеханічна постійна часу ). Для компенсації внутрішнього зворотного зв’язку за ЕРС на вхід СІФК уведений додатний зворотний зв’язок за ЕРС двигуна.

4.5.1.5. Модель контуру струму (рис.4.6,г) з внутрішнім від’ємним зворотним зв’язком за ЕРС двигуна та зовнішнім додатним зворотним зв’язком за ЕРС двигуна (розгін двигуна, електромеханічна стала часу ). Так як додатковий зворотний зв’язок за ЕРС демпфує коливання струму, то можна підвищити швидкодію контуру регулювання. Передаточна функція регулятора струму у цьому випадку буде:

4.5.2. Обрати час інтегрування таким, щоб перехідні процеси практично закінчилися (п’ятикратне значення коефіцієнта при р у першому ступені у характеристичному рівнянні замкнутого контуру).

4.5.3. Виконати моделювання з виводом графіків напруги завдання на струм, струму.

4.5.4. Визначити характеристики перехідних функцій струму: перерегулювання , час першого досягнення сталого значення , час досягнення першого максимума , час регулювання , статичну помилку .

4.5.5. Оцінити на скільки підвищується швидкодія контуру регулювання струму при виконанні умов пункту 4.5.1.5.

4.5.6. Проаналізувати отримані результати, зробити висновки.

Рис.4.6. Структурна схема моделі контуру струму з внутрішнім зворотним зв’язком за ЕРС двигуна та різними способами його компенсації

4.6. Зміст звіту

4.6.1. Найменування та мета роботи.

4.6.2. Принципова схема контуру регулювання (рис.4.1).

4.6.3. Розрахунок передатних функцій елементів системи регулювання.

4.6.4. Структурна схема контуру регулювання у абсолютних одиницях (рис.4.3).

4.6.5. Зведення елементів структурної схеми до системи відносних одиниць.

4.6.6. Структурна схема контуру регулювання у відносних одиницях (рис.4.4).

4.6.7. Дослідження перехідних процесів у контурі струму якоря при загальмованому двигуні та у процесі розгону останнього.

4.6.7.1. Розрахунки за пунктом 4.4.1.

4.6.7.2. Структурна схема моделі (рис.4.5).

4.6.7.3. Графіки перехідних функцій.

4.6.7.4. Характеристики перехідних функцій.

4.6.8. Дослідження способів компенсації внутрішнього зворотного зв’язку за ЕРС двигуна та підвищення швидкодії контуру струму.

4.6.8.1. Розрахунки за пунктом 4.5.1.

4.6.8.2. Структурна схема моделі (рис.4.6).

4.6.8.3. Графіки перехідних функцій.

4.6.8.4. Характеристики перехідних функцій.

4.7. Вихідні дані до лабораторної роботи №4

№	Тип двигуна	Рн кВт	Uн В	FI	с
1	2ПФ132L	7.5	220	1.80	0.008	2.3	0.8	1.0
2	2ПФ132L	11.0	220	2.07	0.009	2.0	0.8	0.9
3	2ПФ132L	5.5	440	2.35	0.009	2.2	0.7	0.8
4	2ПФ132L	7.5	440	2.29	0.007	1.9	0.8	0.8
5	2ПФ132L	11.0	440	2.13	0.011	1.9	0.9	0.6
6	2ПФ160L	5.6	220	1.05	0.008	2.3	0.7	0.8
7	2ПФ160L	8.3	220	2.24	0.011	2.3	0.7	0.8
8	2ПФ160L	11.0	220	2.17	0.012	2.2	0.9	0.7
9	2ПФ160L	16.0	220	2.04	0.007	2.4	0.9	0.8
10	2ПФ160L	18.5	220	1.15	0.009	2.5	0.6	0.9
11	2ПФ160L	5.6	440	1.43	0.009	1.9	1.0	0.9
12	2ПФ160L	8.3	440	1.53	0.009	2.2	0.8	1.0
13	2ПФ160L	11.0	440	1.80	0.008	2.0	0.8	0.8
14	2ПФ160L	16.0	440	1.11	0.008	2.2	0.9	0.9
15	2ПФ160L	18.5	440	1.93	0.008	2.2	1.1	0.9
16	2ПФ180L	10.0	220	1.95	0.011	2.0	1.0	0.6
17	2ПФ180L	14.0	220	1.10	0.008	2.4	0.7	0.7
18	2ПФ180L	18.5	220	1.76	0.010	1.9	0.7	0.8
19	2ПФ180L	25.0	220	2.15	0.012	2.4	0.8	0.8
20	2ПФ180L	10.0	440	1.19	0.009	2.3	0.6	0.8
21	2ПФ180L	14.0	440	1.36	0.010	2.1	0.8	1.0
22	2ПФ180L	18.5	440	1.45	0.011	1.9	0.6	0.6
23	2ПФ180L	25.0	440	2.20	0.011	2.4	1.0	0.9
24	2ПФ180L	32.0	440	1.27	0.011	2.3	0.9	0.9
25	2ПФ200L	15.0	220	2.47	0.009	2.3	0.8	1.0
26	2ПФ200L	20.0	220	1.06	0.012	2.4	0.9	0.6
27	2ПФ200L	30.0	220	2.41	0.010	2.2	0.9	1.0
28	2ПФ200L	15.0	440	1.90	0.008	2.5	1.0	0.9
29	2ПФ200L	20.0	440	2.28	0.011	2.3	0.6	0.7
30	2ПФ200L	30.0	440	1.87	0.012	2.2	0.9	0.9
31	2ПФ200L	42.0	440	1.26	0.007	2.3	0.9	0.8
32	2ПФ200L	55.0	440	1.82	0.010	2.0	0.7	0.8
33	2ПФ225L	18.5	220	1.87	0.010	2.5	0.1	0.7
34	2ПФ225L	30.0	220	1.26	0.009	2.4	0.8	1.0
35	2ПФ225L	75.0	220	1.22	0.009	2.3	0.7	0.8
36	2ПФ225L	18.5	440	1.82	0.008	2.3	1.0	0.8
37	2ПФ225L	30.0	440	2.05	0.011	2.3	0.9	0.7
38	2ПФ250L	22.0	220	1.85	0.009	2.4	0.8	0.6
39	2ПФ250L	45.0	220	1.52	0.007	2.2	0.9	0.8
40	2ПФ250L	26.5	440	1.18	0.012	2.2	1.0	0.6