3306
.pdf
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
SIMULINK DESIGN OPTIMIZATION.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕКТОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Спроектировать цифровую систему векторного управления асинхронным двигателем [1],
используя Simulink Design Optimization блок Check Step Response Characteristics.
Для упрощения, проектирование можно проводить на дискретной модели с различными временами дискретизации. Для ПИ регулятора скорости и блока задания потокосцепления Tpi = 100 мкс, для микроконтроллера – вычислителя, осуществляющего векторное управление, Tvec = 20 мкс. Основное эталонное время Ts = 2 мкс. Параметры двигателя см. таблицу.
f = 50 Гц; р = 2
№ |
марка |
P, |
Uф, |
Iф, |
R1, |
R’2, |
Lm, |
L1, |
L’2, |
J, 2 |
cosφ |
|
|
Вт |
В |
А |
Ом |
Ом |
Гн |
Гн |
Гн |
кгм |
|
1 |
4А56А4 |
120 |
220 |
0.43 |
97.72 |
72.48 |
1.91 |
2.046 |
2.155 |
2.75.10-4 |
0.693 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4А71А4 |
550 |
220 |
1.58 |
16.39 |
15.08 |
0.624 |
0.663 |
0.7015 |
0.0011 |
0.737 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
4А80А4 |
1100 |
220 |
2.66 |
9.53 |
5.619 |
0.447 |
0.484 |
0.476 |
0.0026 |
0.822 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
4А112М4 |
5500 |
220 |
11.1 |
1.32 |
0.922 |
0.164 |
0.169 |
0.1715 |
0.0206 |
0.822 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
4А132М4 |
11000 |
220 |
24.53 |
0.462 |
0.312 |
0.0876 |
0.0903 |
0.0916 |
0.0463 |
0.876 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
4А180М4 |
30000 |
220 |
54.97 |
0.16 |
0.078 |
0.0489 |
0.05 |
0.051 |
0.2245 |
0.91 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
4А250М4 |
90000 |
220 |
158.5 |
0.032 |
0.019 |
0.0215 |
0.022 |
0.022 |
1.142 |
0.921 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверить, как наброс нагрузки влияет на работу двигателя.
Zero-Order Hold - экстрополятор нулевого порядка. Используется для формирования дискретного сигнала с заданным временем дискретизации.
Rate Transition - блок согласования дискретных сигналов. Осуществляет согласование работы дискретных блоков, имеющих разные периоды квантования.
90
Выделенные блоки (зеленые) содержат настраиваемые параметры; содержимое блоков:
91
92
Параметры схемы:
fn |
- номинальная частота питания двигателя |
nf |
- номинальный поток сцепления двигателя |
Tsc - эталонное время контроллера скорости и блока задания потокосцепления
fc |
- частота среза НЧ фильтра ПИ контроллера скорости |
fc2 |
- частота среза НЧ фильтра ПИ контроллера потокосцепления |
p- число пар полюсов двигателя h- ширина токового гистерезиса
Tvect - эталонное время контроллера потока и вычислительной части
93
csat |
- величина ограничения потокосцепления |
Msat - величина ограничения момента |
|
ki |
- коэффициент усиления интегрального звена контроллера потока |
kp |
- коэффициент усиления пропорционального звена контроллера потока |
Кi1 |
- коэффициент усиления интегрального звена контроллера скорости |
Кр1 |
- коэффициент усиления пропорционального звена контроллера скорости |
Lm |
- взаимная индуктивность между статором и ротором |
Lr |
- индуктивность ротора |
Rr |
- активное сопротивление ротора. |
Настраиваемые параметры: коэффициенты усиления контроллеров скорости и потока.
Примечание. В преобразованиях встречаются передаточные функции в z-представлении. Используется известная формула перехода от преобразования Лапласа к z-преобразова- нию:
N |
ai |
|
|
N |
ai |
|
1 e |
bi |
||
F(s) |
|
|
F(z) |
|
|
, |
||||
s b |
|
|
z e |
bi |
||||||
|
i |
|
|
b |
i |
|
|
|
||
i 1 |
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
||
где τ – время дискретизации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Фурсов, В. Б. Моделирование электропривода [Текст]: учеб. пособие / В.Б. Фурсов
-Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т; 2008. 105 с.
2.Фурсов В.Б. Моделирование электропривода: лабораторный практикум [эл]: учеб. пособие / В.Б. Фурсов. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. 62 с.
3.Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSysem и Simulink [Текст]: монография / И. В. Черных – М.ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 с
4.Дьяконов, В. Simulink 4. Специальный справочник [Текст]: монография / В. Дьяко-
нов. - СПб: Питер, 2002. – 528 с.
5.Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование механотронных систем на ПК [Текст]: монография / С.Г. Герман-Галкин – СПб.: КОРОНА принт, 2008. – 368 с.
6.Черных И. В. Simulink: среда создания инженерных приложений [Текст]: монография / И. В. Черных - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. – 496 с
7.Гудвин Г.К. Проектирование систем управления. [Текст]: монография / Г.К. Гудвин, С.Ф. Гребе, М.Э. Сальгадо - М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с.
8.Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами. [Текст]: монография / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. – М.: Энергоиздат, 1982. – 416 с.
9.Машиностроение. Энциклопедия. Электроприводы. Т. IV-2. [Текст]: монография / Л.Б. Масандилов, Ю.Н. Сергиевский, С.К. Козырев и др. – М.: Машиностроение, 2012. – 520 с.
10.Руппель А.А. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации производственных процессов. [Текст]: учеб. пособие / А.А. Руппель – Омск. СибАДИ, 2009. – 130 с.
94
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ |
|
3 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SI- |
|
|
SO DESIGN. ПРОЕКТИРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ |
|
|
ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК |
4 |
|
ДОПОЛНЕНИЕ 1. |
Проектирование с помощью ЛЧХ (диаграммы Боде) |
5 |
ДОПОЛНЕНИЕ 2. |
Аналоговые системы регуляторов |
23 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ |
|
|
SIMULINK CONTROL DESIGN. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РОБАСТНОЙ СИСТЕМЫ |
|
|
РЕГУЛИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПИД КОНТРОЛЛЕРА |
31 |
|
ДОПОЛНЕНИЕ 1. Определение параметров PID контроллера с использованием робастного алгоритма |
|
|
настройки |
|
|
32 |
|
|
ДОПОЛНЕНИЕ 2. Проектирование PID регулятора с использованием графической настройки Bode |
40 |
|
|
Проверка робастности |
|
ДОПОЛНЕНИЕ 3. |
Непосредственная настройка PID контроллера |
45 |
ДОПОЛНЕНИЕ 4. |
Эффект насыщения. Антивиндап |
47 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SIMULINK |
||
CONTROL DESIGN. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИСКРЕТНОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ |
50 |
|
ДОПОЛНЕНИЕ 1. |
Дискретизация модели. Дискретизация с помощью Model Discretizer |
51 |
ДОПОЛНЕНИЕ 2. |
Аналого - цифровой преобразователь (IdealADC) |
61 |
ДОПОЛНЕНИЕ 3. Пример программы для MATLAB Function |
63 |
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ |
|
|
SIMULINK CONTROL DESIGN. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕКТОРНОЙ СИСТЕМЫ |
|
|
РЕГУЛИРОВАНИЯ СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ |
65 |
|
ДОПОЛНЕНИЕ 1. Представление синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) |
|
|
|
в виде двигателя постоянного тока (ДПТ) |
66 |
ДОПОЛНЕНИЕ 2. Программирование MATLAB Function |
68 |
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SIMULINK |
||
DESIGN OPTIMIZATION. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ. |
|
|
ОПТИМИЗАЦИЯ ПО ПЕРЕХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ |
69 |
|
ДОПОЛНЕНИЕ 1 Алгоритмы оптимизации. Формулировка задачи минимизации |
70 |
|
ДОПОЛНЕНИЕ 2 Оптимизация по переходной характеристике |
74 |
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SIMULINK |
||
DESIGN OPTIMIZATION. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ |
86 |
|
ДОПОЛНЕНИЕ. Оптимизация по кусочно-линейным ограничениям (Check Custom Bounds) |
88 |
|
|
Оптимизация по треку (Check Against Reference) |
89 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SIMULINK |
||
DESIGN OPTIMIZATION. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕКТОРНОЙ СИСТЕМЫ |
|
|
УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ |
90 |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК |
94 |
|
|
95 |
|
Учебное издание
Фурсов Владимир Борисович
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА:
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
В авторской редакции
Компьютерный набор В.Б. Фурсова
Подписано к изданию 03.12.2015.
Объем данных 4,0 Мб
ФГБОУ ВО “Воронежский государственный технический университет”
394026 Воронеж, Московский просп., 14