5.4. Проектирование регуляторов на основании разработанных математических моделей и требований к автоматизированному электроприводу.

Обычно в электроприводе турбомеханизма предусматривается ПИ-регулятор давления с передаточной функцией

(5.35)

(5.36)

где

(5.37)

Принимая

(5.38)

получаем

(5.39)

где

(5.40)

Постоянную интегрирования Т_и регулятора давления принимаем равной

(5.41)

тогда

(5.42)

и

(5.43)

Коэффициент усиления регулятора давления находим из условия

(5.44)

откуда

(5.45)

Постоянная интегрирования регулятора давления:

(5.46)

где

(5.47)

Передаточная функция регулятора:

Коэффициент [3]:

Коэффициенты регуляторов напряжения и частоты рассчитываются в соответствии со следующими выражениями:

(5.48)

(5.49)

где U_зч.max=10В - принятое максимальное значение задания напряжения.

Рисунок 5.6 – Преобразованная линеаризованная структура

6 РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

6.1 Разработка компьютерной (имитационной) модели электропривода

Исследование статических и динамических свойств полученной системы автоматизированного электропривода целесообразно производить путем ее компьютерного моделирования на основании ее математической модели.

Состояние современной компьютерной техники и соответствующего программного обеспечения позволяет наиболее быстро, удобно и гибко производить моделирование различных объектов с получением достоверных результатов.

Компьютерные модели позволяют избежать физического моделирования, то есть реального воплощения исследуемой системы и предоставляют легкость варьирования параметров модели.

Для реализации математической модели было выбрано программное обеспечение MATLAB 6,5. Интерактивная система MATLAB 6,5 содержит инструмент визуального моделирования Simulink, с помощью которого и будет производиться компьютерное моделирование полученной математической модели автоматизированного электропривода.

В качестве блоков для моделирования системы будут использоваться непрерывные элементы, поскольку частоты современных контроллеров достаточно высоки, чтобы принять дискретный сигнал непрерывным.

Схема компьютерного моделирования приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1– Имитационная модель системы автоматизированного электропривода насосной установки в MATLAB 6.5

Рисунок 6.2 – Параметры настройки блока «Asynchronous Machine»

Рисунок 6.3 – Блок преобразователя частоты (ШИМ)

Рисунок 6.4 – Блок вычисления момента нагрузки двигателя

6.2 Расчет переходных процессов и определение показателей качества

На основании полученных моделей приведем графики переходных процессов рассматриваемой системы электропривода.

Рисунок 6.5 – График изменения Hz=f(t)

Рисунок 6.6 – График переходного процесса скорости двигателя ω=f(t)

Рисунок 6.7 – График переходного процесса напора воды Н=f(t)

Рисунок 6.8 – График переходного процесса расхода воды Q=f(t)

Рисунок 6.9 – График переходного процесса момента нагрузки двигателя Мc=f(t)

Рисунок 6.10– График переходного процесса действующего значения тока статора I=f(t)

Рисунок 6.11 – График переходного процесса электромагнитного момента двигателя М=f(t)

Пуск двигателя происходит при нулевом расходе, в момент 0,45 с расход увеличиваем с Q=0 до Q=Qном = 50 м³/ч, затем в момент времени t=2c расход меняется с Q=Qном до Q=45 м³/ч. Как видно из рисунков 6.6 – 6.8 при расходе ниже номинального скорость электродвигателя ниже номинальной, что соответствует работе системы на пониженной скорости для стабилизации давления на заданном номинальном уровне..

Из графиков видно, что переходные процессы при пуске протекают без значительных колебаний и отклонений регулируемой величины от заданного значения. Процесс пуска происходит с примерно постоянным ускорением. Стабилизация давления при изменении расхода происходит без резких скачков и колебаний.

По результатам моделирования получили:

1) максимальное значение тока статора не превышает максимально-допустимого значения преобразователя частоты;

2) перерегулирование по скорости при пуске равно:

;

3) перерегулирование по напору при пуске равно:

;

4) статическая ошибка по напору равна нулю.

6.3 Построение статических характеристик

Из структурной схемы СУ (рисунок 5.4) найдем выражение для стати-ческих характеристик электропривода. При запишем:

(6.2)

Тогда:

Система является астатической, так как при введении в контур регули-рования давления ПИ-регулятора напор двигателя при изменении нагрузки остается неизменным. Статические характеристики электропривода, построенные по выражению (6.2), изображены на рисунке 6.14.

Рисунок 6.14 – Статические характеристики электропривода с системой стабилизации напора

7. ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВЫБОРА ДВИГАТЕЛЯ

7.1 Построение точной нагрузочной диаграммы электропривода за цикл работы автоматизированного электропривода

Так как насосная установка работает в длительном режиме (режим S1) с редкими пусками и остановками, то построение точной нагрузочной диаграммы за цикл работы автоматизированного электропривода не требуется.

7.2 Проверка электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности электропривода по точной нагрузочной диаграмме

По условиям технологического процесса выбранный двигатель работает в продолжительном режиме (режим S1), не превышая номинальных параметров. Так как суммарное время переходных процессов за цикл работы насоса (24часа) составляет около 20 секунд, а это равно 0,0017%, то нет необходимости в проверке его по нагреву, тем более что двигатель был проверен по нагреву с учетом нагрузочной диаграммы электропривода в подпункте 3.6 дипломного проекта. Температура двигателя при работе в этом режиме не достигает предельно допустимой. Пуски и торможения двигателя происходят редко и на небольшие отрезки времени. Эти процессы практически не влияют на установившуюся температуру.

Рисунок 7.1 – График переходного процесса электромагнитного момента двигателя М=f(t)