Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с теоретическим материалом.
2. На основании исходных данных рассчитать передаточную функцию двигателя, которая для виртуального эксперимента будет выражать фактические параметры двигателя.
3. Определить коэффициент усиления двигателя в приращениях.
4. Определить механическую постоянную времени двигателя, используя виртуальные модели с подсистемами, заданными в виде передаточной функции и структурной схемы. Сравнить результаты и сделать выводы.
5. Определить электромагнитную постоянную времени двигателя, используя виртуальные модели для заторможенного и вращающегося двигателя. Сравнить результаты и сделать выводы.
6. Составить отчет по работе.
Пример выполнения задания
Исходные данные. Исследуется ДПТ марки МИ-11 со следующими характеристиками: мощность на валу Рном, 0,12кВт; частота вращения nном, 3000 об/мин; напряжение питания Uном, 60В; ток якоря IЯ, 2,86 А; сопротивление обмотки якоря RЯ, 0,46Ом; момент номинальный Мном, 0,39 Н·м; момент инерции Jд·104, 15,3 кг·м2 .
1. Рассчитаем передаточную функцию двигателя постоянного тока, приняв за выходную величину угловую скорость ω
|
|
(20) |
.С использование выражений (1) и (2) имеем
|
|
|
,
.С использование (3) и (4) определим постоянные времени
|
|
|
,
.Тогда передаточная функция
|
|
|
.Чтобы методика определения коэффициентов двигателя приближалась к эксперименту в производственных условиях, зададим исследуемый объект в виде подсистемы («черного ящика») (рис.1).
Рис.1. Подсистема двигателя с рассчитанной передаточной функцией
Таким образом, будем считать, что исследуемый объект при виртуальном эксперименте задан рассчитанной передаточной функцией.
2. Определим коэффициент усиления двигателя в приращениях, используя схему, представленную на рис.2.
Входным сигналом Step выводим звено на рабочую точку, а затем в установившемся режиме задаем входному сигналу приращение Step1. Согласно осциллограммам рис.3 рассчитаем коэффициент усиления:
.
Рис.2. Схема устройства для определения параметров ДПТ
Рис.3. Осциллограммы входного и выходного сигналов
Для более точного определения искомых значений воспользуемся кнопкой Zoom в окне Scope (рис.4).
|
|
|
|
Рис.4. Увеличенная осциллограмма | |
3. Определим механическую постоянную времени двигателя, используя для этого виртуальную модель (рис.5). То есть эта модель, позволяющая определить коэффициент дифференциального уравнения при первой производной при известном коэффициенте усиления. Для построения модели использована формула (15). С помощью интегратора определяется площадь, а блок Divide осуществляет деление выходного сигнала интегратора на коэффициент усиления. На вход двигателя подается постоянное напряжение 60 В. Коэффициент усиления Gain равен коэффициенту передачи двигателя, а произведение входного напряжения на коэффициент передачи двигателя определяет обороты в установившемся режиме, которое подается на сумматор и в блок Divide.
Рис.5. Виртуальная модель для определения механической постоянной времени с подсистемой в виде передаточной функцией
Определим механическую постоянную времени в случае, когда двигатель задан структурной схемой рис.6.
Рис.6. Структурная схема двигателя постоянного тока
Виртуальное устройство для измерения постоянной времени аналогично рис.5 и задавая Subsystem2 структурной схемой (рис.6) получим результат, представленный на рис.7. Как видно, значения механической постоянной времени практически идентичны.
Рис.7. Виртуальная модель для определения механической постоянной времени с подсистемой в виде структурной схемы
4. Исследуем электромагнитную постоянную времени на вращающемся двигателе с использованием формулы (19). Виртуальная модель при этом имеет вид, представленный на рис.8.
Рис.8. Виртуальная модель для определения электромагнитной постоянной времени на вращающемся двигателе
Подсистемой Subsystem задан двигатель в виде структурной схемой (рис.9), где в качестве выходных сигналов используется текущее значение тока I и ЭДС Е.
Рис.9. Подсистема Subsystem
На рис.8. используются логическое устройство Logical operation из библиотеки Logical and Bit Operation. Переключение логических функций осуществляется в настройке блока (рис.10).
Рис.10. Окно настройки блока Logical operation
Данные логические элементы включают интегратор Integrator1 при достижении текущим током его начального значения (Switch1) и выключает интегратор, когда ток достиг конечного значения (Switch2).Настройка срабатывания переключателей определяется уставкой их порога (Threshold). Окно свойств блока Switch из библиотеки Signal Routing представлен на рис.11.
Рис.11. Окно настройки блока Switch
Настройка интегратора на указанное свойство осуществляется в параметрах блока (рис.12).
Рис.12. Окно настройки блока Integrator
Осциллограф Scope помогает осуществить выбор начального и конечного значения тока. В данном случае интегратор включается при достижении текущим током 20 А, а выключается – при 80 А. Диапазон выбран при нарастании токового сигнала. Разность токов -60 отражена блоком Constant3. Настройка блока Constant4 определяет сопротивление якорной цепи, а выход блока Product определяет знаменатель выражения 19. Полученная с помощью виртуальной модели электромагнитная постоянная времени совпадает с рассчитанной на основании паспортных данных.