Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный

технический университет»

Электротехнический факультет

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Моделирование систем»

Моделирование системы управления следящего

электропривода

Студент группы 9АУб-1 И.Е. Бичаев

Преподаватель А.С. Гудим

2013 Задание

1 Спроектировать двухконтурную систему автоматического регулирования скорости. Настройку контуров регулирования произвести на модульный оптимум. В качестве объекта управления использовать двигатель постоянного тока независимого возбуждения. Параметры двигателя выбрать согласно заданному варианту.

2 Получить графики переходных процессов замкнутой системы автоматического регулирования по управляющему воздействию для скорости и сигнала управления в случае ступенчатого и синусоидального воздействия. На графиках переходных процессов необходимо отобразить поведение системы без нагрузки, с набросом нагрузки, со съемом нагрузки. В качестве нагрузки использовать постоянную нагрузку .

3 Дополнить полученную систему автоматического регулирования скорости контуром положения. Настройку контура положения произвести на симметричный оптимум.

4 Получить графики переходных процессов замкнутой скорректированной системы автоматического регулирования по управляющему воздействию для положения, для ошибки по току, для скорости.

5 Определить перерегулирование в системе автоматического регулирования скорости (положения), время переходных процессов, в случае работы системы в случае подачи на вход системы U = 10B.

6 Для всех замкнутых контуров регулирования представить ЛАЧХ и ЛФЧХ.

7 Представить в приложении листинг созданного «m-файла», все промежуточные расчеты должны быть выполнены в Matlab.

1 Расчет и выбор элементов электропривода. Построение графиков переходных процессов при подаче на вход системы ступенчатого сигнала

В качестве объекта управления (ОУ) используется двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ).

Исходные данные (ДПТ НВ модели П91):

Р_н = 43000 Вт – номинальная мощность;

n_н = 1450 об/мин – номинальное количество оборотов в минуту;

U_н = 2700 В – номинальное напряжение;

I_н = 159 A – номинальный ток;

η = 86,5 – КПД;

J_н = 5,9 кг∙м² – номинальный момент двигателя.

Для силовой части электропривода выберем трехфазную мостовую схему реверсивного преобразователя с совместным управлением. Преобразовательный трансформатор не используется.

Рисунок 1 – Силовая часть реверсивного преобразователя

Схема регулирования скорости – двухконтурная. Внутренний контур – контур регулирования тока, внешний – контур регулирования скорости.

Определим значение ЭДС холостого хода преобразователя ,B:

где – номинальное значение ЭДС двигателя, В:

где – сопротивление якорной цепи двигателя, Ом:

Таким образом:

–коэффициент загрузки по току, ;

–напряжение спрямления ВАХ тиристора,В;

–коэффициент, опреде­ляющий возможные колебания напряжения в питающей сети, ;

–минимальный угол управления тиристорным преобразователем, эл. градусов;

А – коэффициент наклона внешней характеристики трехфазной мостовой схемы, А = 0,5;

–напряжение короткого замыкания, ;

–коэффициент, определяющий степень загрузки преобразовательного трансформатора, ;

Далее определим суммарное активное сопро­тивление цепи выпрямленного тока , В:

Учитывая значения, найденные выше, определим значение ЭДС холостого хода преобразователя ,B:

Выбор сглаживающего дросселя:

В трехфазной мостовой схеме амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения U_dm связаны с его значением U_do следующим выражением:

Следовательно, амплитудное значение гармонических составляющих выпрямленного напряжения , В:

Индуктивность, требуемая для обеспечения допустимого значения пульсаций выпрямленного тока в цепи нагрузки , Гн:

где ω – круговая частота сети, ω = 314 с^-1;

;

K∙p – произведение кратности гармоники на число пульсаций, K∙p = 6;

Требуемое значение индуктивности сглаживающего дросселя опреде­ляется по соотношению:

где n – число фазных обмоток трансформатора, находящихся в цепи вы­прямленного тока (n = 0, так как трансформатор не используется);

–индуктивность фазы преобразовательного трансформатора, при­веденная к вторичной обмотке,Гн;

–индуктивность уравнительного реактора, Гн;

–индуктивность якоря двигателя, Гн;

Индуктивность якоря двигателя определим по формуле:

Используя эти данные, получим:

При управлении реверсивным преобразователем применяют уравнительный реактор, индуктивность которого (Гн) равна:

где – коэффициент запаса по напряжению, В:

Таким образом:

Требуемое значение индуктивности сглаживающего дросселя:

Так как значение отрицательное, следовательно, сглаживающий дроссель не нужен.

Расчёт постоянных времени:

Электромагнитная постоянная времени , с:

где – эквивалентная индуктивность цепи преобразователь-двигаель, Гн;

–эквивалентное активное сопротивление цепи, Ом.

Эквивалентная индуктивность цепи определяется по формуле:

Эквивалентное активное сопротивление цепи определяется по формуле:

где – приведенное активное сопротивление фазы трансформатора,Ом;

–коммутационное сопротивление двигателя, (т.к.) Ом;

–активное сопротивление двигателя, (Ом);

–активное сопротивление щеточного контакта, Ом:

Рассчитаем эквивалентное активное сопротивление цепи:

Тогда электромагнитная постоянная времени равна:

Суммарный момент инерции , м∙кг²:

Номинальная скорость вращения якоря , с^-1:

Номинальный момент , Н∙м:

Коэффициент пропорциональности равен:

Передаточный коэффициент цепи обратной связи по скорости:

где В, выбираем В.

Таким образом:

Передаточный коэффициент цепи обратной связи по току:

где А, выбираем

Таким образом:

Электромеханическая постоянная времени , с:

Рисунок 2 – Модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения с учетом влияния ЭДС двигателя

Рисунок 3 – Реакция тока якоря на задающее воздействие

Рисунок 4 – Реакция системы на задающее воздействие