11

Введение

На современном этапе развития техники проблема автоматизации производства и совершенствования управлением производственных процессов играет первостепенную роль. Данный курсовой проект выполняется в рамках теории автоматического управления – дисциплины, являющейся базовой при рассмотрении вопросов, связанных с рассмотрением систем автоматического управления и регулирования. В ходе курсового проекта необходимо спроектировать систему автоматического регулирования (САР) частоты вращения двигателя постоянного тока, при этом система должна отвечать параметрам, указанным в техническом задании.

2. Анализ исходных данных

В задании на проектирование указаны следующие параметры звеньев САР:

• Коэффициент передачи дпт по регулирующему

воздействию (К_Я): 10 [об/(мин*В)].

• Электромеханическая постоянная времени ДПТ (Т_М): 0.3 [c].

• Постоянная времени короткозамкнутой цепи ЭМУ (Т_КЗ): 0.09 [c].

• Постоянная времени цепи управления ЭМУ (Т_У): 0.004 [c].

• Коэффициент передачи тахогенератора (К_ТГ): 2 [(B*c)/об].

• Постоянная времени якоря ДПТ (Т_Я): 0.07 [c].

• Коэффициент передачи дпт по возмущающему

воздействию (К_М): 5 [об/(мин*кг)].

• Коэффициент передачи потенциометра в цепи

уставки (К_R1): 0.4.

• Коэффициент передачи первого каскада ЭМУ (K_1ЭМУ): 3.6

• Коэффициент передачи ГПТ (K_Г): 7

• Коэффициент передачи потенциометра в цепи

обратной связи (К_R2): 0.6.

• Постоянная времени ГПТ (Т_Г): 0.2 [c].

Проектируемая САР должна иметь заданную статическую ошибку

u_СТ=0.3 %.

При этом САР должна отвечать заданным показателям качества регулирования:

• время регулирования t_р=0.25 с

• величина максимального перерегулирования =24 %

при законе изменения задающего воздействия u₀(t)=1(t) (единичная ступенчатая функция).

Принципиальная схема

2. Функциональная схема САР.

Где: R₁– потенциометр в цепи уставки

ОУ₁ – первая обмотка управления электромашинного усилителя

ОУ2 – вторая обмотка управления электромашинного усилителя

ЭМУ – электромашинный усилитель

ГПТ – генератор постоянного тока

ДПТ – двигатель постоянного тока

ТГ – тахогенератор

R₂– потенциометр в цепи обратной связи

4. Анализ действующих на систему возмущающих воздействий.

Главным возмущающим воздействием в системе является изменяющийся во времени момент сопротивления на валу двигателя М_С(t). В соответствии с механической характеристикой ДПТ при увеличении М_С(t), частота вращения ДПТ будет снижаться.

Второстепенным возмущением для ДПТ является отклонение напряжения ОВД, поскольку магнитный поток, создаваемый ОВД Ф_ОВДпропорционален напряжению питания ОВД. Частоту вращения ДПТ и магнитный поток возбуждения связывает следующее выражение:

где U_Я– напряжение питания ДПТ,I_Я– ток цепи якоря,R_Я– полное сопротивление цепи якоря, с_еДПТ– постоянная. При увеличении потока возбуждения механическая характеристика ДПТ будет смещаться вниз.

Второстепенным возмущением, действующим на ЭМУ и ГПТ можно считать отклонение частоты вращения n₁иn₂асинхронных двигателей АД₁и АД₂соответственно. ЭДС ГПТ и частоту вращенияn₂асинхронного двигателя связывает следующее выражение:

E_Г=с_еГ^.n₂^.Ф_ОВГ

где с_еГ– постоянная, Ф_ОВГ- магнитный поток, создаваемый ОВГ.

Влияние n₁на ЭДС ЭМУ аналогично.

Второстепенным возмущением для ТГ является отклонение напряжения ОВТГ, поскольку магнитный поток, создаваемый ОВТГ Ф_ТГпропорционален напряжению питания ОВТГ.

Так же в качестве второстепенного возмущения, действующего на САР можно рассматривать изменение температуры. Значительное отклонение температуры от допустимого значения может привести к изменению электрического сопротивления обмоток возбуждения и якорных обмоток электрических машин, что повлечет за собой изменение их статических характеристик.

При дальнейшем анализе системы второстепенными возмущениями будем пренебрегать. То есть будем полагать, что напряжение питания обмоток возбуждения ДПТ и ТГ, а так же частоты вращения асинхронных двигателей постоянны во времени; САР эксплуатируется в нормальном температурном режиме.

5. Принцип работы системы.

Якорь ДПТ получает питание от ГПТ (система Генератор – Двигатель). Возбуждение ГПТ осуществляется от ЭМУ, имеющего 2 обмотки управления ОУ1 и ОУ2. ОУ1 – задающая и имеет постоянное напряжение U₀, выставляемое потенциометромR1. Напряжение обмотки управления ОУ2 пропорционально напряжению на зажимах тахогенератора. Пусть потенциометромR1 выставлено некоторое напряжениеU_ОУ1. Так как ОУ1 и ОУ2 включены встречно, то намагничивающая сила, создаваемая обмотками управления, будет определяться выражением:

F=F1-F2 (5.1)

(где F1,F2 - намагничивающие силы обмоток ОУ1 и ОУ2) . При равенстве числа витковW_ОУ1=W_ОУ2=W,

F=W(I_ОУ1–I _ОУ2) (5.2)

(где I_ОУ1,I _ОУ2- токи в обмотках ОУ1 и ОУ2). Тогда магнитный поток, создаваемый обмотками управления

Ф=f(F)=f(I_ОУ1–I _ОУ2) (5.3).

При номинальной частоте вращения ДПТ Ф=const. Если увеличить нагрузку на валу ДПТ, т.е. увеличить момент сопротивления на валуM_С(t), частота вращенияn(t) снизится в соответствии с механической характеристикой ДПТ. Это повлечет снижение напряжения на зажимах ТГ, так какu_ТГ(t)=c_еТГn(t)Ф_ОВТГ(Ф_ОВТГ=const,c_еТГ– постоянная). При этом напряжение обратной связиu_ОС(t)=K_R2u_ТГ(t) также снизится, а следовательно снизится иI _ОУ2. Т.о. в соответствие с (5.2), (5.3) возрастет рассогласованиеFи увеличится Ф. Выходное напряжение ЭМУ можно определить как

е_ЭМУ(t)=u_ОВГ(t)=с_еЭМУn₁Ф (5.4)

(где u_ОВГ(t) – напряжение ОВГ, с_еЭМУ – постоянная).

Увеличение Ф приведет к увеличению u_ОВГ(t), увеличению напряжения на зажимах ГПТ, а следовательно и тока якоря ДПТi_Я(t). Вращающий момент ДПТ определяется выражением:

М_ВР(t)=с_Мi_ЯФ (5.5)