МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУВПО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛТЕТ АВТОМАТИКИ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОПРИВОДА И АВТОМАТИКИ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Моделирование электропривода»

На тему: «Моделирование и исследование систем подчиненного управления»

Вариант

ВОРОНЕЖ 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1. Техническое задание 3

2. Исходные данные 4

Введение 4

3. Выбор электродвигателя 8

4. Трехмассовая упругая система 9

5. Приведение к двухмассовой системе 9

6.Математическая модель электромеханической системы подчинённого управления с упругой механической связью 10

7 Анализ статического и динамического режима работы электромеханической системы электропривода

7.1 Расчетные параметры тиристорного преобразователя 14

7.2 Расчет коэффициентов передачи датчиков обратной связи 14

8 Стандартные настройки одномассовой системы.

Расчет динамических характеристик системы электропривода, настроенной на технический оптимум

8.1 Контур тока якоря 15

8.2. Настройка контура скорости на симметричный оптимум 17

8.3 Моделирование одномассовой системы со стандарными настройками 18

9 Двухмассовая система

9.1. Моделирование двухмассовой системы со стандартными

настройками 22

9.2. Настройкаэлектромеханической системы с учётом упругости. Настройкадвухмассовой системы без применения корректирующих устройств. 27

9.3 Настройка двухмассовой системы с корректирующими устройствами 31

9.4. Обратная связь по производной от скорости исполнительного вала 32

9.5. Обратная связь по второй производной от скорости исполнительного вала или по разности скоростей 33

9.6. Обратная связь по производной от скорости двигателя 34

10. Исследование влияния нелинейности на работу двухмассовой системы 35

11. Заключение 43

11.Список используемой литературы 44

1. Техническое задание.

1. По данным таблицы 1 выполнить выбор электродвигателя.

2. По полученным параметрам двигателя и таблицы 1 привести трехмассовую систему к двухмассовой, руководствуясь формулами в п. 2 или технической литературе [1,3,4].

3. Сформировать математическую модель отдельных составляющих ЭП с учетом возможных нелинейных характеристик элементов.

4. Реализовать стандартные настройки для двухконтурной системы подчиненного управления ЭП. Построить в MATLAB линейные одномассовые модели в абсолютных и нормированных единицах для спроектированной системы ЭП и исследовать переходные процессы (ПП).

5. Реализовать стандартные настройки для двухконтурной системы подчиненного управления ЭП. Построить в MATLAB линейные двухмассовые модели в абсолютных и нормированных единицах при стандартной настройке регуляторов и исследовать ПП.

6. По таблице 2 реализовать оптимальные настройки регуляторов с учетом упругости, проверить ПП. Проанализировать и сделать вывоы.

7. Реализовать в MATLAB модель двухмассовой системы с учетом нелинейностей, проверить ПП. Проанализировать и сделать выводы.

Таблица 1. Исходные данные.

Вариант №	Параметры
	J2, кг*м2	J3, кг*м2	C12,H*м	C23,H*м	MC, H*м	εmax, с-1	ω, с-1

-----

2. Исходные данные.

J2, кг*м2	J3, кг*м2	C12, H*м	C23, H*м	MC, H*м	εmax, с-1	ω, с-1

J₂, J₃ – моменты инерции второй и третей масс, кг*м²;

C₁₂, C₂₃ – упругость между первой и второй и между второй и третьей массами соответственно, Н*м;

M_c – статический момент нагрузки, Н;

ε _max – максимально допустимое технологическое ускорение, с^-2;

ω – выходная скорость механизма, с^-1.

Введение

Способ получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах, на всех этапах истории человеческого общества оказывал на развитие производственных сил решающее влияние. Создания новых, более совершенных двигателей, переход к новым видам приводов рабочих машин являлись крупными историческими вехами на пути развития машинного производства. Замена двигателей, реализующих энергию падающей воды, паровой машиной, послужила мощным толчком к развитию производства в прошлом веке – веке пара. Наш ХХ в. получил названия века электричества в первую очередь потому, что основным источником механической энергии стал более совершенный электрический двигатель и основным видом привода рабочих машин является электрический привод.

Индивидуальный автоматизированный электропривод (индивидуальным электроприводом называют электропривод, при котором исполнительный механизм машины приводится в движение отдельным электрическим двигателем или несколькими двигателями) в настоящее время получил широкое применение во всех сферах жизни и деятельности общества – от сферы промышленного производства до сферы быта. Широта применения определяется исключительно большой диапазон мощности электроприводов (от долей ватта до десятков тысяч киловатт) и значительное разнообразие их использования. Уникальные по производительности промышленные установки – прокатные станы в металлургической промышленности, шахтные подъемные машины и экскаваторы в горнодобывающей промышленности, мощные строительные и монтажные краны, протяжные высокоскоростные конвейерные установки, мощные металлорежущие станки и многие другие – оборудуются электрическими приводами, мощность которых составляет сотни и тысячи киловатт. Значительные резервы повышения производительности труда во всех отраслях народного хозяйства реализуются путем комплексной механизации и автоматизации технологических процессов.

Индивидуальный электропривод является основным исполнительным энергетическим элементом электромеханических систем комплексной механизации и автоматизации. Среди проблем, стоящих перед народным хозяйством страны, задачи комплексной механизации и автоматизации технологических процессов, повышения качества, надежности, экономичности и производительности машин занимают важное место.

Первой особенностью развития электропривода на данном этапе является расширение области применения регулировочного электропривода, главным образом, за счет количественного и качественного роста регулируемых электроприводов переменного тока. Достигнутые в последние годы успехи в совершенствовании тиристорных и транзисторных преобразователей частоты дают основание предполагать, что в ближайшей перспективе развитие регулируемых электроприводов переменного тока, использующие двигатели более простой конструкции и с меньшей металлоемкостью, приведет к интенсивному вытеснению управляемых электроприводов постоянного тока, которые на сегодняшний день имеют преимущественное применение.

Второй особенностью развития современного электропривода является интенсивное повышение технологических требований к динамическим и точностным показателям электропривода, расширение и усложнение его функции, связанных с управлением технологическими процессами, и соответствующее возрастание сложности систем управления электроприводами. Их развитие идет по пути создания систем с числового программного управления и расширения использование современной вычислительной техники, создаваемой непосредственно для целей управления на базе микропроцессоров. Необходимость применения аналоговых или микропроцессорных систем управления определяется конкретными технологическими требованиями к электроприводам. На данном этапе развития правильное определение задач, которые наиболее эффективно решаются с помощью микропроцессорного управления, весьма важно.

В качестве третьей особенности данного этапа развития следует указать стремление к унификации элементной базы электропривода, созданию унифицированных комплексных электроприводов путем использования современной микроэлектроники и блочно-модульного принципа. На этой основе уже созданы серии комплексных тиристорных электроприводов постоянного тока, обладающих показателями, удовлетворяющими требованиям широкого круга механизмов. Идет процесс дальнейшего развития и совершенствования таких электроприводов, причем на этих принципах создаются и системы частотного управления электроприводами переменного тока.

Выше уже была отмечена общая тенденция к упрощению кинематических цепей машин и механизмов обусловленная развитием регулируемого индивидуального электропривода. Одним из проявлений этой тенденции является стремление в машиностроении к использованию безредукторного электропривода. Несмотря на повышенные массу и габариты двигателя, применение безредукторных электроприводов по сравнению с редукторными оправдывается их большей надежностью и быстродействием. Интересной реализацией рассмотренной тенденции является развитие электроприводов с линейными двигателями, которые позволяют исключить не только редуктор, но и устройства, преобразующие вращательное движение роторов двигателей в поступательное движение рабочих органов машин. Электропривод с линейным двигателем является органической частью общей конструкции машины, предельно упрощает кинематику и создает максимальные удобства для оптимального конструирования машин с поступательным движением рабочих органов.

Электрический привод является крупнейшим потребителем электрической энергии: из всего огромного объема электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране, более половины преобразуется в механическую энергию, необходимую для работы машин и механизмов во всех отраслях народного хозяйства и в быту.

В связи с этим энергетические показатели как уникальных, так и массовых электроприводов малой и средней мощности имеют важнейшее народнохозяйственное значение и в решении экономических проблем, стоящих перед нашей страной, вопрос рационального, экономичного расходования электроэнергии требует большого внимания. Соответственно в развитии электропривода особенно острой является проблема рационального с точки зрения энергопотребления проектирования электроприводов. Эта проблема требует разработки мероприятий, направленных на повышение коэффициента полезного действия электроприводов, с одной стороны, и на организацию управления работой машин, исключающую или минимизирующую непроизводительное потребления электроэнергии их электроприводами – с другой.