Розрахунок параметрів регулятора і елементів контуру регулювання струму у системі підпорядкованого регулювання

Система підпорядкованого регулювання являє собою багатоконтурну систему з каскадним включенням регуляторів. При цьому число регуляторів і контурів регулювання дорівнює числу регульованих параметрів. У двоконтурній схемі (рис.13.1) вихідний сигнал регулятора швидкості, включений у зовнішній контур, є заданим для регулятора струму, включеного у внутрішній контур. Налагодження регуляторів відбувається незалежно і послідовно від внутрішнього контуру до зовнішнього.

Контур струму складається з об’єкта регулювання – кола якоря двигуна, силового перетворювача і регулятора струму. Контур замикається зворотним зв’язком за величиною напруги, що знімається з датчика струму в колі якоря.

Передатний коефіцієнт зворотного зв’язку по струму:

де U_ост – напруга зворотного зв’язку по струму; U_{ост.мах} = U_ЗТ.мах – напруга завдання максимального струму; I_дв.мах – максимально припустимий струм двигуна в перехідних процесах. Для високомоментного двигуна I_дв.мах = 2 I_н = 36 А, що відповідає режиму роботи в номінальних оборотах. При зменшенні оборотів нижче W_H величина I_дв.мах буде коректуватися вузлом залежного токообмеження ВЗТО (у бік збільшення). Отримаємо: К_т = 0.278 В/А.

Налагодження регулятора струму

В наслідок того, що об’єкт регулювання в контурі струму поданий аперіодичними ланками, застосовується ПІ-регулятор струму, що настроюється по модульному (технічному) оптимуму. При стандартному налагодженні контуру струму звичайно зневажають внутрішнім зворотним зв’язком по ЕРС, що справедливо, якщо електро-магнітна (Т_э = 0.0069с) і електромеханічна (Т_м = 0.083с) постійні двигуна значно перевершують постійну часу ВП (Т_п = 0.0016с), і Т_м>>Т_э. У випадку невиконання умов характер перехідного процесу значно відрізняється від оптимального.

Передаточна функція об’єкта регулювання контуру струму, приведеного до контуру з одиничним зворотним зв’язком:

Об’єкт містить велику постійну часу Т_э і малу Т_µ, що називають некомпенсованою малою часу:

Т_µ =Т_п + Т_т ,

де Т_т = 0.00066 с (з початкових умов). Отримаємо Т_µ = 3.96*10^-3 с.

Передатна функція оптимізованого контуру при налагодженні на модульний (технічний) оптимум:

Для одержання перехідного процесу в контурі струму, що відповідає налагодженню на МО, визначимо передатну функцію регулятора струму з рівності:

Тоді:

Тобто для відповідності перехідного процесу в контурі регулювання струму перехідному процесу в контурі оптимальній структурі, необхідний ПІ-регулятор струму з коефіцієнтом передачі К_рт і постійної часу Т_рт.

Коефіцієнт передачі ПІ-регулятора струму:

Постійна часу ПІ-регулятора струму:

Передатна функція розімкнутого ланцюга контуру струму:

Розрахунок параметрів регулятора струму

Схема ПІ-регулятора струму представлена на рис. 13.2

Рис.13.2. Схема ПІ-регулятора струму

Для розрахунку параметрів регулятору можна задатися величиною ємності

С_ос = 1 мкФ. Постійна часу зворотного зв’язку регулятора:

Звідси визначимо R_ос:

Інші параметри:

Де K_ДЯ – коефіцієнт передачі датчика струму якоря; K_ШЯ – коефіцієнт передачі шунта. Розрахуємо:

Вибіраємо номінальний струм шунта з умови І_НШ > І_НП ( І_НШ =60 А).

Коефіцієнт передачі шунта:

Тоді:

Розрахунок параметрів регулятора струму швидкості

Регулювання зовнішнього контуру швидкості

Об’єктом є замкнутий контур струму і ланка, що описує механічний опір двигуна. Передаточна функція об’єкта регулювання контуру швидкості:

Де

Контур замикається інерційно зворотним зв’язком по швидкості з передатною функцією

Де U_ОСwmax – напруга негативного зворотного зв’язку по швидкості, U_ОСwmax =U_ЗСmsx; U_ЗСmsx – напруга завдання максимальної швидкості, U_ЗСmsx = 10В; ω_max – максимальна кутова швидкість двигуна;

Тоді отримуємо K_c=0.038.

Об’єкт регулювання характеризується бульшою постійною часу Тм, для компенсації якої можна застосувати П- або ПІ- регулятори швидкості.

Системи підпорядкувального регулювання з П- регулятором швидкості є інтегрованими однократно. Вони мають достатньо високу швидкодію і мале перерегулювання перехідних процесів, проте мають значний статизм. Такі системи електропривода не спроможні забезпечити великий діапазон регулювання швидкості.-Системи з ПІ-регулятором швидкості називають інтегровані дворазовою Вони забезпечують широкий діапазон регулювання і практично нульову статичну помилку при обуренні по моменту опору. При налагодженні регулятора за симетричний оптимум характеризується перерегулюванням 43%. Зменшити перерегулювання можна шляхом включення на вхід СУ фільтра.

Налагодження П-регулятора швидкості

Схема П-регулятора швидкості представлена на рис

Рис. Схема П-регулятора швидкості

Еквівалентна постійна часу контура швидкості:

Передатна функція контуру швидкості з П-регулятором:

Де Т_м=0.014 с, К_м=0.433, T.μc= 8.52*10^-3 с.

Корекція контуру здійснюється за рахунок зміни коефіцієнта підсилення регулятора:

Визначення коефіцієнта k_ПРС характеризує налагодження контуру по модульному оптимуму з коефіцієнтом демпфірування перехідного процесу .

Перехідна функція оптимізованого контуру швидкості:

Тобто перехідний процес визначає тільки мала стала часу T.μc

Налагодження ПІ-регулятора швидкості

Схема ПІ-регулятора швидкості представлена на рис

Передаточна характеристика розімкненого контуру швидкості з ПІ-регулятором:

При стандартному налагодженні на симетричний оптимум визначимо параметри ПІ-регулятора:

Підставимо значення К_РС і Т_РС , одержимо:

Тобто регулятор компенсував постійну часу, що є більшою – Т_М і динамічні властивості контуру визначаються тільки за малої постійної часу T.μc.

Перехідна функція фільтра на вході СУ з ПІ-регулятором швидкості:

Розрахунок параметрів регулятора швидкості

Для розрахунку параметрів ПІ-регулятора швидкості, задавшись розміром ємності C_ос=10^-6Ф, визначимо R_ос зі співвідношення:

Тоді:

Інші параметри регулятора:

Для визначення параметрів П-регулятора швидкості можна задатися значенням R_ЗС=3 кОм і для відомого K_PC визначити:

Побудова статичних характеристик

Визначимо U_ЗС, відповідно до ω.max, ω.н, ω.min:

Для замкнутої системи справедливим є рівняння:

Для розімкнутої відповідно:

Статичні характеристики представлені на рис. Пунктиром зображені статичні характеристики для розімкненої системи.

Дослідження перехідних процесів

Початкові дані для розрахунку перехідних процесів зведено у табл.

Таблиця Початкові дані для розрахунку перехідних процесів.

Постійна ЕРС двигуна	Сдв=1
Еквівалентний опір якірного ланцюга двигуна	Rэ=0.433
Електромеханічна постійна часу якірного ланцюга
Електромагнітна постійна часу якірного ланцюга
Постійна часу тиристорного перетворювача
Коефіцієнт передачі тиристорного перетворювача
Коефіцієнт підсилення ПІ-регулятора швидкості
Коефіцієнт підсилення П-регулятора швидкості
Коефіцієнт підсилення ПІ-регулятора струму
Передатний коефіцієнт ЗЗ по струму
Передатний коефіцієнт ЗЗ по швидкості
Постійна часу датчика швидкості
Постійна часу датчика струму
Постійна часу ПІ-регулятора швидкості
Постійна часу ПІ-регулятора струму
Еквівалентна постійна часу контуру швидкості

Перехідні процеси представлені на рис

ПФ ПІ-регулятора швидкості:

ПФ П-регулятора швидкості:

ПФ ПІ-регулятора струму:

ПФ тиристорного перетворювача:

ПФ датчика струму:

ПФ датчика швидкості:

ПФ фільтра:

141.3361.14.01

Зм.

Аркуш

№ документа

Підпис

Дата

Літ.

Аркуш

Аркушів

Студент

У

1

НУК ім. адм. Макарова

Викладач