Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2736_САУ

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
1.48 Mб
Скачать

2736

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический железнодорожный транспорт» «Локомотивы»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому проекту по дисциплине

«Теория автоматического управления»

для студентов специальности 190303 – Электрический транспорт железных дорог очной и заочной форм обучения

Составители : И.К. Андрончев В.В. Асабин В.С. Целиковская

САМАРА

2011

1

УДК 629.423.1.064.5

Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности 190303 – Электрический транспорт железных дорог очной и заочной форм обучения / И.К. Андрончев, В.В. Асабин, В.С. Целиковская. – Самара : СамГУПС, 2011. – 32 с.

Утверждены на заседании кафедры 30 марта 2010 г., протокол № 7. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Методические указания содержат исходные материалы для курсового проекта, методику и последовательность расчетов системы автоматического управления электропоездом в процессе его разгона.

Составители: Иван Константинович Андрончев Виталий Викторович Асабин Валентина Семеновна Целиковская

Рецензенты: начальник отдела службы технической политики Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО «РЖД» Э.А. Ворошилов; к.т.н., доцент кафедры «Локомотивы» А.Н. Балакин

Под редакцией составителей

Подписано в печать 04.02.2011. Формат 60×84 1/16. Усл. печ. л. 2,0. Заказ № 10.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2010

2

СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие……………………………………………………………………

4

1. Оформление курсового проекта……………………………………..………

5

2. Задание и исходные данные………………………………………….………

6

3. Программа и методика выполнения курсового проекта…………...………

7

3.1. Алгоритм управления и функциональная схема системы

 

автоматического пуска электропоезда…………………………..………

7

3.2. Статические характеристики тягового двигателя и

 

сопротивление пускового реостата………………………………………

10

3.3. Исходная пусковая диаграмма и последовательность работы

 

системы управления электропоездом……………………………………

14

3.4. Динамические характеристики цепи тяговых двигателей…...……....

24

3.5. Динамические характеристики электрических аппаратов

 

системы………………………………………………………....….………

27

3.6. Расчет ускорения при разгоне электропоезда на прямом

 

горизонтальном участке пути…………………………………….……...

29

3.7. Анализ работы системы при реостатном регулировании…………...

30

3.8. Анализ работы системы при регулировании возбуждения…………

33

3.9.Анализ работы системы при перегруппировке двигателей и выключении шунтирующих цепей. Реализуемая пусковая диаграмма………………………………………………………….……… 35

3.10.Анализ влияния технического состояния оборудования на качество регулирования…………………………………………..………………… 35

3.11.Выводы………………………………………………………………...… 37

4.Порядок выполнения проекта и содержание пояснительной записки……. 38

5. Вопросы для подготовки к выполнению и защите курсового проекта……

40

Библиографический список…………………………………………..………

41

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

В курсовом проекте необходимо произвести анализ работы системы автоматического управления электропоездом в процессе его разгона.

Для выполнения курсового проекта необходимо изучить дисциплину «Теория автоматического управления» по рекомендуемой литературе и хорошо знать работу силовой схемы, устройство тяговых аппаратов и работу цепей управления моторного вагона электропоезда ЭР2.

Перечень подлежащих изучению вопросов приведен в п. 5 методических указаний. Работа должна быть оформлена как реальная инженерная задача. В помощь

студентам ниже перечислен ряд требований и указаний к выполнению работы.

1. ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Методические указания разделены на отдельные шаги, которые имеют сквозную нумерацию. При оформлении курсовой работы достаточно указать только номер шага (без слова шаг) и его заголовок и далее вести требуемый расчет.

Каждая расчетная операция обозначается своим наименованием, например, расчет номинального тока, расчет силы тяги и т.д. Далее записывается расчетная формула в общем виде, после этого ее численное выражение и результат. Если на основании расчетной формулы выполняется таблица, то численное выражение достаточно записать один раз, а в таблицу записать результаты всех вычислений. Разрешается не писать перечень условных обозначений, входящих в расчетные формулы, если четко выполнено предыдущее требования. Все расчеты следует вести с точностью до 3 значащих цифр.

Все рисунки и таблицы в курсовой работе должны иметь сквозную порядковую нумерацию. Располагать их нужно в соответствующих шагах и удобно для чтения. Масштабы графиков должны соответствовать точности расчетов.

Все записи делаются на одной стороне листа формата А4. Комплект листов брошюруется или сшивается.

Для исправлений отмеченных рецензентом ошибок использовать обратную сторону предыдущего листа. Текст пояснительной записки заканчивается перечнем использованных источников, который оформляется в соответствии с ГОСТ 7.1-84.

2.ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Впредставляемой на рецензию работе нужно написать заголовок, отражающий ее содержание, и выписать основные исходные данные из табл. 1. После этого можно выполнять расчеты и построения в соответствии с методическими указаниями.

4

Таблица 1

Варианты параметров тягового двигателя

 

 

 

 

 

Последняя цифра шифра

 

 

 

Предпос

Параметры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ледняя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

цифра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шифра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

валу при

но-

225

220

215

210

205

200

195

190

185

180

 

минальном ре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жиме Рн, кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скорость дви-

53,6

54,3

51,6

51,1

49,6

50,0

47,8

48,2

46,6

46,0

0

жения при но-

52,0

52,5

50,0

49,4

48,0

48,3

46,2

46,6

45,0

44,5

1

минальном ре-

50,3

50,8

48,4

47,9

46,5

46,8

44,7

45,0

43,5

43,0

2

жиме соответ-

48,8

49,2

46,9

46,4

45,1

45,3

43,3

43,6

42,2

41,5

3

ственно пред-

47,3

47,7

45,6

45,0

43,7

43,9

42,0

42,2

40,8

40,3

4

последней

 

46,0

46,3

44,2

43,7

42,4

42,6

40,8

41,0

39,6

39,0

5

цифре шифра

44,7

45,0

43,0

42,5

41,2

41,4

39,6

39,8

38,5

37,9

6

Vн, км/ч

 

43,5

43,7

41,8

41,3

40,1

40,2

38,5

38,6

37,4

36,8

7

 

 

 

 

42,4

42,5

40,7

40,2

39,0

39,1

37,5

37,6

36,4

35,8

8

 

 

41,3

41,4

39,7

39,1

38,0

38,

36,5

36,6

35,4

34,8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

3.1. Алгоритм управления и функциональная схема системы автоматического пуска электропоезда

Система автоматического пуска электропоезда представляет собой замкнутую многоканальную ступенчатую систему автоматического регулирования тока тяговых электродвигателей, в которой используется принцип регулирования по отклонению.

Укрупненная функциональная схема системы приведена на рис. 1. В процессе разгона поезда по мере увеличения скорости его движения происходит постепенное уменьшение тока I тяговых двигателей. При снижении тока до заданной величины Iу (элемент сравнения текущего и заданного значения тока показан на рис. 1 в виде окружности, разделенной на секторы) подается управляющее воздействие, которое приводит к увеличению тока тяговых двигателей. После того, как ток опять снизится до величины Iу, подается следующее управляющее воздействие, ток опять возрастает и т.д.

Воздействие на величину тока тяговых двигателей производится путем изменения сопротивления пускового реостата R, изменения коэффициента регулирования возбуждения β, а также путем изменения числа последовательно соединенных двигателей m с одновременным введением сопротивления в цепь двигателей. Последовательность работы соответствующих управляющих каналов регулятора, показанных на рис.1, определяется заложенным в системе алгоритмом управления.

5

 

Автоматический регулятор

Объект

 

Канал

регулиро-

 

вания

 

изменения

 

 

Задающий

Канал

Тяго-

вый

элемент

изменения

двига-

 

Канал

тель

 

 

 

изменения

 

 

Рис. 1. Укрупненная функциональная схема системы

В теории управления алгоритмом принято называть совокупность преобразований и логических условий, действующих в определенном порядке. Применительно к заданной силовой схеме (рис. 2) таким алгоритмом является таблица замыкания контакторов с указанием величины параметров, которые изменяются в процессе управления (табл. 2).

Рис. 2. Упрощенная силовая схема моторного вагона

Таблица 2

Алгоритм управления электропоездом

Позиции

 

 

 

 

 

Контакторы

 

 

 

 

линейные

реостатные

мостовой

переход-

ослабления

Параметры

 

 

 

 

 

 

ные

возбуждения

 

ЛК1

ЛК2

1

2

и

М

П1-2

Ш1-2

11,12

R, Ом

т.д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

На этом шаге нужно заполнить всю таблицу, за исключением колонки параметра R. При заполнении таблицы следует руководствоваться последовательностью включения и выключения контакторов, а также величинами β, принятыми для электропоезда ЭР2.

Сокращенная принципиальная схема цепей управления моторного вагона приведена на рис. 3. На этой схеме блокировки реостатного контроллера обозначены только его индексом РК. Рекомендуется изучить работу схемы управления электропоезда ЭР2 по рекомендованной литературе и после этого уточнить обозначения этих блокировок, указав номера позиций реостатного контроллера, на которых блокировки должны быть замкнуты для реализации полного и частичных алгоритмов управления. Настройка системы на реализуемый алгоритм производится контроллером машиниста. Полный алгоритм обеспечивается установкой рукоятки котроллера в положение 4. При этом происходит разгон электропоезда с выходом на вторую ступень ослабления возбуждения при параллельном соединении двигателей. Частичные алгоритмы задаются положениями М, 1, 2, 3.

Рис. 3. Упрощенная принципиальная схема управления

7

3.2. Статические характеристики тягового двигателя и сопротивление пускового реостата

Статические характеристики выражают связь между входной и выходной величинами в установившемся режиме. К статическим характеристикам тягового двигателя относятся скоростные V(I) и зависимость магнитного потока от тока возбуждения Ф(Iв).

При равной степени насыщения магнитной системы тяговые двигатели различных мощностей имеют примерно одинаковую форму скоростных характеристик. Такие характеристики, выраженные в относительных (относительно номинальных) величинах, принято называть универсальными.

В табл. 3 приведены универсальные характеристики двигателя, которыми надлежит пользоваться при расчете.

 

 

 

 

 

Таблица 3

 

Универсальные характеристики тягового двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ток двигателя I/Iн

0,8

1,0

1,3

1,6

 

2,0

2,2

Скорость движения

 

 

 

 

 

 

 

V/Vn, по позициям

 

 

 

 

 

 

 

1

0,21

0,08

-0,05

-

 

-

-

2

0,28

0,16

0,05

-0,05

 

-

-

3

0,35

0,25

0,15

0,07

 

-0,03

-

4

0,39

0,29

0,20

0,13

 

0,05

-

5

0,42

0,33

0,24

0,18

 

0,11

-

6

0,45

0,37

0,29

0,24

 

0,18

-

 

 

 

 

 

 

 

 

7

0,48

0,41

0,34

0,29

 

0,24

-

8

0,51

0,44

0,38

0,34

 

0,29

-

9

0,54

0,48

0,42

0,38

 

0,34

-

10

0,66

0,57

0,50

0,45

 

0,40

-

 

 

 

 

 

 

 

 

11

0,81

0,66

0,57

0,51

 

0,45

-

12

1,03

0,80

0,57

0,39

 

0,17

-

13

0,93

0,77

0,64

0,53

 

0,40

-

14

1,0

0,85

0,74

0,64

 

0,54

-

15

1,06

0,93

0,82

0,74

 

0,65

-

16

1,12

1,00

0,91

0,84

 

0,77

-

17

-

1,17

1,05

0,96

 

0,89

-

18

-

-

1,19

1,09

 

0,99

0,95

 

 

 

 

 

 

 

 

Для расчета характеристик двигателя в абсолютных единицах в первую очередь необходимо определить номинальное значение тока. Для расчета номинального тока номинальное напряжение на тяговом двигателе принимается U AH = 1500 В, а КПД двигателя ηH = 0,9.

8

Номинальный ток, (А)

Ι Н =

РН 100

.

(1)

 

 

U AH ηH

 

Чтобы получить конкретные характеристики необходимо относительные выражения координат умножить на заданные номинальные величины.

Очевидно, что

 

Ι

 

 

 

V

 

 

Ι =

 

Ι

Н ;

V =

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

Н .

 

Ι Н

 

VН

 

двигателя заданной мощности, универсальных характеристик

(2)

Цифровые выражения тока следует округлять до целых чисел. Скорость вычисляется с точностью до одного знака после запятой.

Результаты сводятся в таблицу, соответствующую форме табл. 3.

По данным таблицы на миллиметровой бумаге строятся характеристики V(I) для всех позиций регулирования. Рекомендуются следующие масштабы: для тока mI = 1,0 А/мм; для скорости mV = 0,10 км/ч/мм.

Примерный вид характеристик показан на рис. 4.

Рис. 4. Скоростные и электротяговые характеристики двигателя

После построения скоростных характеристик мы получили необходимые исходные данные для заполнения колонки параметра R в табл. 2.

9

Очевидно, что сопротивление реостата складывается из сопротивления секций, включенных на каждой позиции. Сопротивление секции определяется с точностью до двух знаков после запятой по формуле:

Rc = (Rc )% R1 ,

100

где (Rc )% – сопротивление секции, заданное от полного сопротивления реостата R1 .

Секция а – 21,9%, секция б – 10,4%, секция в – 9,4%, секция г – 8,3%.

Ориентировочная величина сопротивления R1 определяется из условия получения тока Ι1 при трогании на первой позиции, когда скорость движения V = 0 (см. рис. 4).

Сопротивление обмоток одного двигателя определяется из условия

 

 

rД =

0,05VДН

.

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

IH

 

 

 

 

Значения сопротивлений секций следует свести в таблицу, составленную по форме

табл. 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

 

 

 

 

Сопротивление секций реостата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Секции

 

а

 

 

б

в

г

 

Rc, см

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3. Исходная пусковая диаграмма и последовательность работы системы управления электропоездом

На рис. 5 показана функциональная схема системы управления электропоездом. Необходимая для движения поезда сила тяги Fk создается движущими колесными парами (ДКМ), которые вращаются тяговыми электрическими двигателями ТЭД через редукторы Р.

Сила тяги и ток двигателя под действием обратной связи V-nk-n функционально связаны со скоростью движения. Эта связь выражается скоростными I(V) и тяговыми Fk(V) характеристиками. Каждой характеристике, а их на электропоезде 18, соответствует определенный набор регулируемых параметров m, R, β, показанных на рисунке в кружках. Разгон поезда осуществляется последовательным переходом с предыдущей на последующую характеристику посредством ступенчатого изменения величины регулируемых параметров (см. таблицу алгоритма управления электропоездом - табл. 2). Графическое изображение изменения тока и скорости движения в процессе разгона электропоезда называют пусковой диаграммой. Исходную пусковую диаграмму нужно построить, исходя из условия перехода на последующую, очередную скоростную характеристику при значении тока двигателя, равном току уставки реле ускорения, величина которого принимается Iy = 1,3IH. Примерный вид исходной пусковой диаграммы показан на рис. 4 тонкими линиями.

10

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]