Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
Балаковский институт, техники, технологии и управления
Моделирование системы управления электроприводом с подчиненным регулированием координат
Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу
«Электромеханические системы» для студентов специальности 210100 всех форм обучения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Балаковского института техники,
технологии и управления
Балаково 2010
Введение
При проектировании систем управления электроприводом с подчиненным регулированием координат улучшаются динамические свойства системы путем ввода в ее структуру регуляторов каскадно в каждый контур регулирования. При этом увеличивается быстродействие и точность регулирования. Данные методические указания являются продолжением практической работы «Расчет системы управления электроприводом с подчиненным регулированием координат» и позволяют наглядно исследовать влияние регуляторов на переходные процессы системы.
Цель работы - моделирование двухконтурной системы управления электроприводом постоянного тока с подчиненным регулированием координат в Simulink.
Основные теоретические сведения
На рис.1 изображена структурная схема двухконтурной системы подчиненного регулирования, где Wрт(р) и WРС(р) – передаточные функции регуляторов тока и скорости соответственно, параметры которых рассчитываются исходя из настройки контуров (тока и скорости) на технический и симметричный оптимум.
Рис.1. Структурная схема двухконтурной системы подчиненного регулирования
В этом случае переходный процесс в контурах не зависит от постоянной времени объекта, а определяется величиной малой некомпенсируемой постоянной времени Тμ каждого контура. На основании изученного раннее материала и проведенных расчетов были выполнены три настройки, которые можно охарактеризовать данными таблицы 1.
Таблица 1 – Виды настроек и их параметры
|
Наименование контура |
Вид настройки |
Вид регулятора |
Перерегулирование |
Время первого согласования |
|
Контур тока |
Технический оптимум |
ПИ-регулятор |
σ=4,3% |
tС≈4,7Тμ |
|
Контур скорости |
Технический оптимум |
П-регулятор |
σ=4,3% |
tС≈4,7Тμ |
|
Контур скорости |
Симметричный оптимум |
ПИ-регулятор |
σ=43% |
tС≈3,1Тμ |
Приведенные в таблицы величины перерегулирования и первого согласования являются теоретическими. Для исследования влияния организации подчиненного регулирования на свойства системы управления электроприводом осуществляется моделирование в Simulink.
В общем случае модель в Simulink, соответствующая структуре рис.1 представлена на рис.2.
Рис.2. Модель системы подчиненного регулирования в Simulink
Цветом выделены звенья, образующие структуру двигателя постоянного тока:
Transfer Fcn1 – блок, реализующий передаточную функцию:
;
Transfer Fcn2 – блок, реализующий передаточную функцию:
;
Gain2, Gain3 – усилительные звенья с коэффициентами kМ kЕ соответственно.
В блоке Transfer Fcn задается передаточная функция тиристорного преобразователя:
.
Усилительные звенья Gain4, Gain5 соответствуют коэффициентам обратных связей по току якоря kОТ и скорости kОС.
Блок Const предназначен для задания угловой скорости в системе управления электроприводом. Его настройка осуществляется из выбора опорного напряжения системы регулирования UСАР=10 В, что будет соответствовать номинальной угловой скорости двигателя ωН на выходе системы.
В качестве меняющегося во времени входного возмущения в системе предполагается использовать момент сопротивления механизма, который приводится в движение данной системой электропривода. Для его задания используется блок Timer, расположенный в библиотеке SimPowerSystems / Extra Library / Control Blocks. Данный блок предназначен для генерации сигнала, значение которого является функцией времени. На рис.3 представлено окно настройки данного блока. В строке Time задается значения времени, в которые сигнала меняет свою амплитуду, указанную в строке Amplitude.
Рис. 3. Окно настройки блока Timer
Также может быть использован блок Signal Builder (рис. 4) в библиотеке Simulink / Sources. Данный блок аналогичен блоку Timer, окно его настройки представлено на рис.5. Необходимое изменение во времени значение сигнала задается путем перемещения его мышкой.
Рис. 4. Внешний вид блока Signal Builder
Рис.5. Окно настройки блока Signal Builder
Регуляторы тока и скорости реализуются с помощью блоков PID Controller1 и PID Controller соответственно. Данные блоки расположены в библиотеке Simulink Extras / Additional Linear. Окно настройки данного блока представлен на рис.6.
Рис.6. Окно настройки блока PID Controller
Для согласования опорного напряжения системы регулирования с сигналами в системе необходимо предусмотреть два усилительных звена Gain и Gain1. Их настройка осуществляется из следующих соображений.
Для внутреннего контура тока перед регулятором необходимо сформировать сигнал UЗТ:
.
Для внешнего контура тока перед регулятором - сигнал UЗС:
.
Для регистрации выходных сигналов в системе используется блок Sсope. Форматирование графиков в окне Scope осуществляется после выполнения в командной строке Matlab следующих команд:
set(0,'ShowHiddenHandles','On')
set(gcf,'menubar','figure').
Модель рис.2 является общей. Для получения характеристик системы без учета тех или иных блоков они удаляются из системы. Для получения характеристик системы при различных структурах системы наглядно отображать переходные характеристики на одном графике. С этой целью может быть использован блок Mux из библиотеке Simulink / Signal Routing, в окне настройки которого указывается необходимое количество входных сигналов, размещаемых на одном графике Sсope.