KURSACh_As-5_Poddubskiy
.pdf
Рисунок 8 - ЛАЧХ и ФЧХ исходной и желаемой систем
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
23 |
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
7. Синтез корректирующего устройства
Вычитанием из желаемой ЛАЧХ исходной получим ЛАЧХ корректирующего устройства (рисунок 9):
L |
ку |
= L |
жел |
− L |
исх . |
|
|
|
Рисунок 9 - ЛАЧХ КУ
Передаточная функция последовательного корректирующего устройства:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
экв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W(p) |
|
|
= |
W(p) |
жел |
= |
|
(T p +1)(T p +1) |
= |
|||||
|
|
|
|
|
4 |
|
п |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ку |
|
W(p) |
|
|
|
К |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
исх |
|
|
экв |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
(Т |
п |
р +1)(Т |
р +1)(Т |
2 |
р +1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
W ( p) |
|
|
= |
(0, 005 р +1)(0, 268 р +1) |
|
|
|
|||||||
КУ |
|
|
(3, 5 р +1) |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(Т |
р +1)(Т |
2 |
р |
1 |
|
|
|
|
(T p +1) |
||
|
4 |
|
|
+1)
.
Так как коэффициент усиления в исходной и желаемой системах должны совпадать, то коэффициент корректирующего устройства равен единице. Реализуем корректирующее устройство на RC – цепочках и операционном усилителе для согласования коэффициента усиления (рисунок 10):
Рисунок 10 – Реализация КУ
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Разраб. Поддубский Р.В.
Провер. |
Куксевич В.Ф. |
Реценз.
Н. Контр.
Синтез корректирующего устройства
Лит. |
Лист |
Листов |
24 34
УО «ВГТУ», каф. ИСАП гр. Ас-5
Утверд.
Схему корректирующего устройства можно разбить на две части:
1) пассивная RC-цепочка (между Uвх и Uвых1) с передаточной функцией:
|
T p +1 |
, |
|
W(p) = |
1 |
||
|
|||
T p +1 |
|
||
|
|
||
|
4 |
|
где |
Т = R C = 0, |
005 с |
, |
|
1 |
2 1 |
|
||
ЛАЧХ, АФЧХ и
T |
= |
4 |
|
h(t)
( |
1 |
2 ) |
1 |
|
. |
|
R |
+ R |
C |
= 3,5 с |
|
представлены на рисунке 11:
Рисунок 11
2) активная
W(p) = K (T |
|
1 |
2 |
RC-цепочка (между U вых1 и Uвых2) с передаточной функцией:
p +1) ,
где
T2
=
R |
C |
2 |
3 |
|
,
K |
|
= |
R |
ос |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||
|
1 |
|
R |
|
|
|
|
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|
.
ЛАЧХ, АФЧХ и h(t) представлены на рисунке 12:
Рисунок 12
Примем:
С1 = 100 мкФ, С2 = 100 мкФ. Тогда:
R = |
|
T1 |
= |
0, 005 |
|
= 50 Ом , Выбираем резистор 25J50RE |
с номинальным |
||||||||||
|
C |
|
|
|
|
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
10−4 |
|
|
|
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значением 50 Ом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
R = |
T4 |
|
− R = |
3,5 |
−50 = 34,95кОм |
Выбираем составным |
из RC0402FR- |
||||||||||
C |
|
|
|||||||||||||||
1 |
|
|
|
2 |
|
10−4 |
|
|
|
||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0730KL |
|
с номинальным значением 30 кОм и TNPW06034K93BEEA |
с |
||||||||||||||
номинальным значением 4,93 Ом |
|
|
|
||||||||||||||
Для совмещения схем К1=1, следовательно, принимаем: |
|
||||||||||||||||
R = R |
|
= |
|
T2 |
|
= |
0.268 |
= 2680 Ом . Выбираем резистор ERO-S2PHF2671 |
с |
||||||||
|
|
C |
|
||||||||||||||
3 |
|
ОС |
|
|
|
|
|
10−4 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
номинальным значением 2670 Ом. |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
8. Расчет переходного процесса по управляющему воздействию и определение показателей качества регулирования
Эквивалентная структурная схема с корректирующим устройством представлена на рисунке 13:
Рисунок 13 - Эквивалентная структурная схема с корректирующим устройством
Так как переходный процесс рассматривается, когда ток в обмотке якоря не достигает тока отсечки, т.е. обратная связь по току не вступает в действие, и она не учитывается. Тогда эквивалентная структурная схема примет вид, представленный на рисунке 14:
Рисунок 14 - Эквивалентная структурная схема
График переходного процесса, полученный моделированием в программе Vissim, изображен на рисунке 15.
|
|
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
|
||
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
|
|
|
Разраб. |
Поддубский Р.В. |
Расчет переходного процесса по |
Лит. |
Лист |
Листов |
|
|
|
|
|
|
Провер. |
Куксевич В.Ф. |
управляющему воздействию и |
|
26 |
34 |
Реценз. |
|
определение показателей |
|
|
|
Н. Контр. |
|
качества регулирования |
УО «ВГТУ», каф. ИСАП гр. Ас-5 |
||
|
|
|
|
||
Утверд. |
|
|
|
|
|
Рисунок 15 - График переходного процесса
По полученной характеристике определяем качественные показатели. Перерегулирование – максимальное отклонение регулируемой
величины от установившегося значения, выраженное в процентах:
|
|
− |
339 − 312,7 |
|
||
= |
|
уст |
∙ 100% = |
|
|
∙ 100% = 8,4% < 9%. |
|
|
|
|
|||
|
уст |
312,7 |
|
|
||
Время регулирования – время от начала переходного процесса до момента, когда отклонение регулируемой величины от установившегося значения составляет не более ∆= 2.5%
Тп.п. = 0,0683 с ≤ 0,09 с.
= |
ном − уст |
∙ 100% = |
314 − 312,7 |
∙ 100% = 0.41%. |
|
|
|
|
|||
|
ном |
314 |
|
|
|
Ошибка в системе составляет 0.41% и меньше заданного значения.
Определив все качественные показатели делаем вывод о том, что переходной процесс удовлетворяет заданным требованиям.
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
27 |
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
9. Проектирование принципиальной схемы электропривода
Для питания обмотки возбуждения ДПТ рассчитаем схему выпрямления и трансформатор для ее питания. Выбираем в качестве выпрямителя мостовую схему, т.к. она имеет наименьший коэффициент пульсаций (рисунок 16):
Рисунок 16
Uв.ном=220 B – номинальное напряжение возбуждения;
Rв=111 Ом – сопротивление обмотки возбуждения (ОВ).
I |
|
= |
U |
вн |
= |
220 |
=1, 55 |
||
|
|
|
|||||||
в ном |
1, 28 |
R |
1, 28 111 |
||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
А
– номинальный ток возбуждения;
Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке:
U d 0 = U в.ном + UT + U в ср , где:
UT – падение напряжения на активном сопротивлении трансформатора; - падение напряжения на вентиле.
UT= К1 Uв.ном=0,02 220=4,4 В, где
К1=0,02 – принимается в инженерных расчетах.
Принимаем UВ.СР.1 =1В для одного открытого диода. Тогда, так как в течение полупериода открыто два вентиля, то UВ.СР=2 В.
Учитывая колебания напряжения в сети получим:
UD0=1,1 U’DO=1,1 (220+4,4+2)=249 В;
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:
U2Ф=
U |
D0 |
= |
249 |
|
|
||
|
|
|
|
0,9 |
|
0,9 |
|
=276.7 В.
Коэффициент трансформации:
КТ = |
Uс |
= |
220 |
= 0.795 ; |
||
U |
2ф |
276.7 |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Разраб. Поддубский Р.В.
Провер. |
Куксевич В.Ф. |
Реценз.
Н. Контр.
Проектирование принципиальной схемы электропривода
Лит. |
Лист |
Листов |
28 34
УО «ВГТУ», каф. ИСАП гр. Ас-5
Утверд.
|
Действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора: |
|
||||||||||||||||||||||
|
I1= |
Iв |
ном |
= |
1, 55 |
=1, 95 |
А |
; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
Т |
|
0.795 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Типовая мощность трансформатора: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
S |
|
|
= |
|
|
U |
|
|
|
I |
|
|
= |
|
220 1, 55 |
= 378, 6 Вт |
|
|
|
||||
|
тр |
|
|
|
в |
ном |
в |
ном |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Максимальное обратное напряжение на вентиле: |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
U |
обр.max |
= |
2 U |
2Ф |
= |
2 276.7 = 391.3 |
В |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Среднее значение тока вентиля: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
IВ.СР= |
|
I |
в ном |
= |
1,55 |
= 0, 775 |
А ; |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
По этим данным выбираем вентили серии 2Д230А с параметрами: |
|
||||||||||||||||||||||
|
Uобр.mах=400 В; IПР МАХ=3 А; UПР=1.5 В. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
Рассмотрим отрицательную обратную связь по скорости. Рассчитаем |
|
||||||||||||||||||||||
|
делитель напряжения в схеме тахогенератора (ТГ): |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 17 - Схема тахогенератора |
|
|
||||||
|
Тахогенератор имеет закрытое встроенное исполнение (якорь |
|
||||||||||||||||||||||
|
генератора жестко закреплён на валу якоря ДПТ). Возбуждение |
|
||||||||||||||||||||||
|
тахогенератора – от постоянных магнитов. Нагрузочное сопротивление – не |
|
||||||||||||||||||||||
|
менее 2кОм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Крутизна напряжения ТГ: Sn=0,033 |
В |
или S =ЕТГ/ = Sn·30/π, где: |
|
||||||||||||||||||||
|
об |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мин |
|
|
|
|
|
ЕТГ – ЭДС тахогенератора; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
- круговая частота; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
S =0,033 30/ =0,315 |
В−1 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как R8 + R9 ≥2 кОм, то сопротивлением ТГ можно пренебречь. Тогда |
|
||||||||||||||||||||||
|
напряжение с выхода делителя: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
U |
c |
= I R = EТГ |
|
R = S R |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
R8 + R9 |
|
8 |
R8 + R9 |
8 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Коэффициент передачи ОС по скорости: |
Kс = U с = |
S R8 ; |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R + R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
29 |
||||
Изм. |
Лист |
|
№ докум. |
|
Подпись |
|
Дата |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Получим систему уравнений, из которой найдем R8 и R9.
|
K |
|
= |
U |
|
|
= |
S |
|
R |
|
|
|
|
с |
|
8 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
c |
|
|
|
|
|
R + R |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
9 |
||
|
R |
|
+ R |
|
= |
2000 |
|||||
|
|
|
|||||||||
8 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
0,101 = |
|
|
|
|
8 |
|
|
|||
|
R + R |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
9 |
|
|
|
R |
|
+ R |
= 2000 |
|
||||||
|
|
|
|||||||||
8 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Откуда находим: R8=202 Ом; R9=1798 Ом. Выбираем сопротивления R8 RN 1/4 T9 203 0.1% T с сопротивлением 203 Ом; R9 20J1K8 с сопротивлением
1800 Ом.
Рассмотрим отрицательную обратную связь по току с отсечкой. Выбираем датчик тока и стабилитрон, формирующий отсечку сигнала. В качестве датчика тока используем резистор номиналом R10=0,1Ом (12FR100);
|
|
Рисунок 18 |
|
Из рисунка |
18 |
следует, что UТ=IЯНkТ=38,6·0,4=15,44 В, а |
|
U10=IЯН R10=38,6·0,1=3,86В. Для согласования коэффициента обратной связи |
|
||
КТ вводим усилитель. Усилитель строим с помощью операционного усилителя |
|
||
серии К140УД6 с параметрами: |
|
||
КУС >30000, |
RВХ = 1 МОм, UВХ = +15 В, UВЫХ >+11 В, Iпотр=4 мА, Iвх<100 |
|
|
нА. |
|
|
|
Принимаем |
R11 |
= 1 кОм (20J1K0), тогда R12=R11 UТ/U10= |
|
=1000 15,44/3,86=4000 Ом. |
|
||
Выбираем сопротивление R12 23J4K0 с сопротивлением 4 кОм |
|
||
Определим напряжение отсечки: UОТС=UCT=IОТC R10=90,8 0,1=9,08B. |
|
||
Из справочника выбираем стабилитрон серии 2С191Е с параметрами: |
|
||
UСТ=9,1 В, ICT=5 мА. |
|
|
|
Рассчитаем общий суммирующий усилитель. Он выполняется по типу |
|
||
инвертирующего усилителя с числом параллельных ветвей на входе, равным |
|
||
количеству входных сигналов. |
|
||
|
|
Лист |
|
|
|
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
30 |
|
|
|
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Рисунок 19
Выбираем операционный усилитель серии К140УД6 с параметрами:
КУС >30000, RВХ = 1 МОм, UВХ = +15 В, UВЫХ >+11 В, Iпотр=4 мА, Iвх<100
нА.
Коэффициент усиления суммирующего усилителя по каждому входу
|
|
R |
|
|
рассчитывается как |
Kyi = |
4 |
(i=5,6,7). КУ=155,5 |
|
Ri |
||||
|
||||
|
|
|
Принимаем значения R5 = R6 = R7 =1 кОм, тогда R4 = 155,5 кОм. Выбираем резистор TNPW0603156KBEEN с номинальным значением 156 кОм.
Рассчитаем задатчик скорости, выполненный по схеме потенциометра.
R13
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 20 |
|
|
|
|||
|
Uист = 10 В, Uвых.мах. = 10В, Iн = 0,1 мкА. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
Найдём минимальное выходное напряжение задатчика: |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
К Д К П КУ |
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
= |
K |
U |
ЗС min , |
|
||||||||||||
|
0 min |
1+ К |
|
К |
|
К |
|
К |
|
ЗС min |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ К |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
С |
Д |
П |
У |
|
|
|
|
|
|
|
РАЗ.К . |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(1+ К |
РАЗ.К . |
) |
|
2, 71(1+ 235,5) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
U |
|
|
= |
|
0min |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0, 0863 |
В. |
|
|||||||
|
3C min |
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7429 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
= |
U |
3C min |
= |
0, 0863 |
= 863 |
кОм, для обеспечения линейной зависимости |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
H min |
|
|
|
|
|
|
−6 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
R |
|
|
I |
|
|
|
0,1 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выходного напряжения от его входного сопротивления, рекомендуется |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
выбирать |
R13 |
|
|
|
RH min |
= |
863000 |
|
= 28, 766 кОм . Принимаем R13 =28,766 кОм. |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Выбираем резистор RC0805FR-0728K7L с номинальным значением 28,7 кОм. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Расчётная мощность |
P = |
U 2ист |
= |
100 |
|
= 3, 48 |
мВт. |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R13 |
|
|
28700 |
|
|
|
|
||
|
Принципиальная электрическая схема привода изображена на рисунке |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
21. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
31 |
|||||
Изм. Лист |
|
|
№ докум. |
|
|
|
Подпись |
|
Дата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Рисунок 21Принципиальная электрическая схема
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ |
32 |
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |