2033

WоОС.с((s)s)

Рис. 9. Структура ИС с настройкой на модульный оптимум

Выходное напряжение регулятора скорости ограничить значением напряжения питания ±14 В. Задать в m-файле значения параметров передаточных функций неизменяемой части ИС, а также параметров ПИ-регулятора, рассчитанные в п.5 предварительного задания.

2.Исследовать переходные процессы в цепи формирования скорости и тока по управлению при пуске двигателя на скорости 3000 об/мин.

3.Исследовать статические свойства системы по управлению и возмущению. Возмущающее воздействие сформировать на уровне 2 А.

4. Исследовать влияние параметров ПИ-регулятора ( и ) на вид переходного процесса цепи формирования скорости.

5.Построить электромеханическую характеристику

системы (Ia) и зарегистрировать ток стопорения, а также получить зависимость выходного напряжения преобразователя от тока, то есть Uп(Ia).

6.Рассчитать значение порогового напряжения

нелинейного элемента UНЭ на выходе ПИ-регулятора, чтобы ток стопорения Iст равнялся 5 А, и выполнить п.5.

7.Сделать регулятор скорости пропорциональным. Выполнить исследования по п.2 ÷ п.3. Сопоставить результаты

сполученными ранее.

81

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Наклон скоростных характеристик описывать сопротивлением Rа экв.

2.Для процессов по возмущению определять не только

перерегулирование и время, но и установившуюся ошибку.

3.Пропорциональную составляющую регулятора удобно устанавливать и проверять экспериментально в режиме П- регулятора.

4.При определении величины Со в ПИ-регуляторе сле-

дует находить Rо расчетным путем через .

5.Переходную характеристику ПИ-регулятора удобно получать, выполняя скачкообразное изменение полярности на его входе.

6.При замере постоянной времени определять Ти по переходной характеристике регулятора как время, за которое линейно нарастающая составляющая достигает величины Uвх,

после этого = Ти . .

7.При выполнении индивидуального задания двигатель постоянного тока следует представлять структурной схемой с обратной связью по ЭДС, учитывающей возмущающее воздействие. В качестве нелинейного элемента следует использовать блок Saturation из библиотеки Simulink.

Для построения динамических и статических характеристик ИС рекомендуется применение в модели блоков To Workspace по координатам скорость, ток и время. В этом случае вывод графиков возможен в рабочей области MATLAB при помощи команды Plot, а так же команд Axis, Zoom On, позволяющих выполнить масштабирование, и команды Grid On, используемой для нанесения сетки, облегчающей восприятие графической информации.

8.При исследовании динамических свойств системы в качестве задающих воздействий использовать блок Step. При исследовании статических свойств системы в качестве задающих воздействий использовать блок Ramp с коэффициентом 0,5.

82

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Требования к отчету – такие же, как в лабораторной работе № 1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Изобразите электрические схемы регуляторов интегрального и ПИ типов, запишите их передаточную функцию через номиналы резисторов и конденсаторов.

2.Что такое регулятор?

3.Запишите передаточные функции простейших динамических звеньев – апериодического, интегрирующего, колебательного.

4.Как определить передаточную функцию регулятора при настройке на МО контура с заданной передаточной функцией неизменяемой части?

5.Как по структурной схеме сделать вывод о статических свойствах системы по управлению и возмущению?

6.Как по структурной схеме определить наличие или отсутствие скоростной ошибки по управлению?

7.Как определить статическую ошибку системы по ее передаточной функции?

8.Что такое модульный оптимум?

9.Параметр какого устройства определяет чувствительность по управлению в рассматриваемой системе с ПИрегулятором?

10.Как проверить целесообразность настройки контура на модульный оптимум?

11.В каких случаях используется настройка контура на модульный оптимум?

12.Каковы параметры переходного процесса при настройке контура на модульный оптимум?

13.Когда контур с настройкой на модульный оптимум не имеет астатизма по возмущению?

14. Докажите, что для ПИ-регулятора = Ти . .

83

Наибольшей постоянной, подлежащей компенсации, является обычно электромагнитная постоянная времени Ta . Малая не компенсируемая постоянная Tμi контура тока определяется значениями Tп и Ti . Контур тока подчинен контуру

скорости. Получаемые за счет отрицательной обратной связи по току и настройки высокие динамические и статические свойства внутреннего контура существенно упрощают задачу управления скоростью, являющейся основной регулируемой переменной.

В контур скорости, как показано на рис. 11, входят: регулятор скорости, представленный передаточной функцией WРС(s); звено, описывающее настроенный на МО контура тока

Kk

T s 1

Рис. 11. Контур регулирования скорости двигателя

Наибольшей постоянной в контуре скорости, подлежащей компенсации, является электромеханическая постоянная времени Тм. Малая не компенсируемая постоянная этого контура Тμω определяется эквивалентной инерционностью 2Тμi

85

контура тока, настроенного на модульный оптимум, и инерционностью цепи обратной связи по скорости Тω.

Синтез регуляторов тока и скорости для следящих и позиционных систем управления электроприводами роботов можно выполнить по типовым методикам [1, 10].

Расчет и реализацию настроек начинают с внутреннего подчиненного контура тока.

В исполнительных системах как с позиционным, так и с контурным управлением крайне необходимо, чтобы контур тока имел астатизм по управлению и малую чувствительность к возмущениям. При этом важна оптимальность по быстродействию, т.е. минимальное время регулирования при практическом отсутствии или малом перерегулировании. Последнее очевидно для исполнительных систем с интенсивными переходными режимами.

Для исполнительных систем, работающих основное время в установившихся режимах, оптимизация контура тока по быстродействию обусловлена необходимостью отработки близких к скачкообразным изменений нагрузки и ускорений. Кроме этого, оптимизация по быстродействию необходима для ограничения динамических выбросов тока при жестких стопорениях в любых исполнительных системах.

Указанные требования к контуру тока реализуются при настройке на модульный оптимум. В замкнутом состоянии контур приобретает свойства колебательного звена второго порядка с коэффициентом демпфирования 0,707. Его передаточная функция:

звено) для упрощения расчетов пренебрегают влиянием ЭДС двигателя, которая является возмущением для цепи формирования тока. Это оправдано, так как в указанном случае канал формирования ЭДС имеет относительно большую инерцион-

86

ность Tм . ЭДС двигателя изменяется медленно по сравнению

с процессами в цепи формирования тока, и эта цепь остается практически в установившемся режиме.

В контуре тока малую некомпенсируемую постоянную можно рассчитать из выражения

Однако без заметной погрешности ее часто вычисляют по формуле

Нетрудно показать, что для настройки контура тока на МО требуется ПИ-регулятор, передаточную функцию которого удобно представлять в виде

Параметры ПИ-регулятора при настройке контура на МО определяются из уравнений:

Далее выполняют настройку контура скорости.

В исполнительных системах, работающих большую часть времени в переходных режимах, требуется в первую очередь точная, астатическая отработка управляющих воздействий на интенсивное изменение скорости (разгон, торможение). Необходима также оптимизация контура по быстродействию. Как известно, все это обеспечивается настройкой на МО. Если объектом с большой постоянной времени является интегрирующее звено, то необходим П-регулятор. Таким образом, исполнительная система оказывается однократно интегрирующей.

87

Для упрощения расчета настройки контура скорости в передаточной функции оптимизированного контура тока

WKTMO (s) пренебрегают малой второго порядка 2Tμi2s2 , т.е. ап-

проксимируют колебательное звено апериодическим с передаточной функцией

Напомним, что настройка на МО целесообразна при

2Tμ Tм .

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Получить у преподавателя задание по состоянию стенда. Из паспортных данных выписать величины Lа, Rа, J , Tп, Т и Тi, а также значения kд и kп. Считать, что k = 0,032

(В с)/рад, ki = 1,5 Oм.

88

2.Рассчитать постоянные времени Та и Тм.

3.Изобразить структурную схему контура тока, контура скорости с оптимизированным контуром тока.

4.Рассчитать параметры регуляторов тока и скорости для настройки контуров на МО.

5.Рассчитать временные параметры переходных характеристик обоих контуров.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Реализовать на стенде заданное состояние устройств. Установить k = 0,032 (В с)/рад, ki = 1,5 Ом.

2.Выполнить настройки регуляторов, рассчитанные в п.4 предварительного задания.

3.Собрать контур тока. Зарегистрировать переходную характеристику по управлению, по возмущению при жестком стопорении двигателя. Сопоставить параметры процессов с расчетными.

4.Собрать контур скорости. Зарегистрировать переходные характеристики для скорости по управлению и возмущению. Сопоставить параметры переходных процессов с расчетными.

ЗАДАНИЕ НА ИНДИВИДУАЛЬНУЮ РАБОТУ

На основе модели однократно интегрирующей системы ШИП-Д в среде MATLAB исследовать статические и динамические свойства контуров, настроенных на модульный оптимум.

1. Составить в среде MATLAB структурную схему контура тока системы ШИП-Д с настройкой на МО, в соответствии с рис. 10. В цепи управления установить НЭ для ограничения выходного напряжения регулятора тока на уровне ±14 В.

Задать в m-файле значения параметров передаточных функций неизменяемой части контура тока, а также значения параметров ПИ-регулятора тока, рассчитанные в п.4 предварительного задания.

89

2.Исследовать переходной процесс в цепи формирования тока по управлению при пуске двигателя на скорости 500 об/мин. Сопоставить параметры процесса с расчетным (п.5 предварительного задания). Экспериментально исследовать статические свойства контура тока по управлению и по возмущению.

3.Составить в среде MATLAB структурную схему контура скорости системы ШИП-Д с подчиненным контуром тока, настроенным на модульный оптимум (использовать полученную в п.1 схему).

В цепи управления установить нелинейный элемент для ограничения выходного напряжения регулятора скорости на уровне ±14 В.

Задать в m-файле значения параметров передаточных функций неизменяемой части исполнительной системы, а также значения параметров П-регулятора скорости, рассчитанные в п.4 предварительного задания.

4.Исследовать переходные процессы в цепях формирования тока и скорости по управлению при пуске двигателя на 500 об/мин. Сопоставить параметры переходного процесса по скорости с расчетным (п.5 предварительного задания).

5.Экспериментально исследовать статические свойства контура скорости по управлению, а также по возмущению при подаче нагрузки 1 А.

6.Исследовать переходные процессы в цепях формирования тока и скорости по управлению при пуске двигателя на скоростях 1000, 1500 и 3000 об/мин. Зарегистрировать максимальные значения напряжения на выходе ШИП.

7.Реализовать в модели задержанную ООС по току, добавив нелинейный элемент с зоной нечувствительности ±0,5 В. Исследовать переходные процессы в цепях формирования тока и скорости по управлению при пуске двигателя на скорости 500 об/мин. Сопоставить их с процессами, полученными в п.4, и сделать вывод.

90