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

Учитывая, что насосная установка работает с постоянной нагрузкой, применим в нашей системе скалярное частотное управление по закону ψ₁ = constсIRкоспенсацией.

При скалярном частотном управлении скорость АД регулируется за счет изменения частоты и амплитуды напряжения. Все законы скалярного управления обеспечивают достижение требуемых статических характеристик и используются в электроприводе со "спокойной" нагрузкой.

Функциональная схема такого частотного управления может быть представлена в следующем виде:

Рисунок 5.6 – Функциональная схема асинхронного электропривод при частотном управлении по закону ψ₁ = constсIRкоспенсацией.

На схеме введены следующие обозначения:

ЗИ – задатчик интенсивности;

РЧ – регулятор частоты;

РН – регулятор напряжения;

ПЧ – преобразователь частоты;

АД – асинхронный двигатель;

ДТ – датчик тока;

ФП – функциональный преобразователь;

U_ЗС– напряжение задания скорости;

U_ЗЧ– напряжение задания частоты;

f – заданная частота;

U– заданное напряжение.

Согласно подпункту 5.2, в электроприводе турбомеханизма будем использовать ПИ-регулятор давления, имеющий следующую передаточную функцию:

(5.61)

где

(5.62)

Постоянная интегрирования регулятора давления:

(5.63)

где

(5.64)

(5.65)

.

Передаточная функция регулятора:

(5.66)

Коэффициент будет рассчитан по следующей формуле:

(5.67)

Функциональный преобразователь представлен коэффициентом k_e и определяется из выражения:

(5.68)

Рассчитав все параметры системы, можно изобразить их, подставляя в структурную схему электропривода со стабилизацией напора на следующем рисунке:

Рисунок 5.7 - Структурная схема электропривода с рассчитанными параметрами системы

6. Расчет и анализ динамических и статических характеристик автоматизированного электропривода

   1. Разработка компьютерной (имитационной) модели автоматизированного электропривода.

На основании выбранной математической модели выполним построение имитационной модели автоматизированного электропривода в среде MATLAB7.8cиспользованием идеализированной модели формирования напряжения на входе блока «Asynchronous Machine SI Units».

Так как, все необходимые расчеты были выполнены в предыдущем разделе, выполним настройку всех блоков имитационной модели. Некоторые элементы реализованы в виде подсистем при помощи блока "Subsystem". Все подсистемы подсвечены графически и имеют каждая своё название.

На основании структурной схемы электропривода при стабилизации напора составим имитационную модель автоматизированного электропривода, представленную на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Имитационная модель автоматизированного электропривода при частотном управлении по закону ψ₁=constсIRкоспенсацией, при стабилизации напора в рабочем диапазоне частот

Так как в имитационной модели присутствуют подсистемы, целесобразно привести структурные схемы данных блоков.

Так подсистема “frequency converter” представляет собой преобразователь частоты, на вход которой подаётся заданное значение частоты fи амплитуда питающего напряженияU_m. Структурная схема представлена на следующем рисунке:

Рисунок 6.2 - Структурная схема модели подсистемы "frequency converter " – Преобразователь частоты

Определение статического момента представлено выражением, определяющим статический момент электропривода, выражение заключено в подсистему с названием “Momentst”. На вход подсистемы подаётся отношение текущей скорости к номинальной. Структурная схема приведена на следующем рисунке:

Рисунок 6.3 - Структурная схема модели подсистемы “Momentst” – Определение статического момента

Действующее значение тока двигателя определяется на основании фазных и координатных преобразований в подсистемах "phase converter" - Преобразователь фаз и "coordinateconverter" - Преобразователь координат. Преобразования выполняются в соответствии со следующими выражениями:

- преобразование из трехфазной системы координат в двухфазную ("phase converter" - Преобразователь фаз):

(6.1)

где

i_1α, i_1β- проекции токов статора в системе координатα-β;

i_1a, i_1b, i_1c- мгновенные значения фазных токов обмотки статора;

- преобразование из неподвижной системы координат во вращающуюся систему координат ("coordinateconverter" - Преобразователь координат):

(6.2)

где

i_1x, i_1y - проекции токов статора во вращающейся системе координатх-у;

φ - угол поворота системы координат.

Действующее значение тока определяется из выражения

(6.3)

Структурные схемы моделей подсистем "phase converter" - Преобразователь фаз и "coordinateconverter" - Преобразователь координат представлены на рисунках 6.4 и 6.5 соответственно.

Рисунок 6.4 - Структурная схема модели подсистемы "phase converter" - Преобразователь фаз

Рисунок 6.5 - Структурная схема модели подсистемы "coordinateconverter" - Преобразователь координат

Для моделирования асинхронного двигателя используется стандартный блок AsynchronousMachineSIUnits, расположенный в разделеMachinesбиблиотекиSimPowerSystems. Так как блок имеет широкий диапазон настроек, приведём для наглядности основное окно настроек с используемыми рассчитанными параметрами:

Рисунок 6.6 – Основное окно настройки параметров блока асинхронной машины AsynchronousMachineSIUnits