Содержание

Реферат……………………………………………………………………………2

1 Построение функциональной схемы САУ ЭП…………………………….3-5

2 Построение структурных схем ДПТ и механической части ЭП………..6-10

3 Выбор ДПТ и расчет параметров звеньев структурных схем………..…11-14

4 Построение структурной схемы тиристорного преобразователя………15-21

5 Построение структурной схемы ЭП и её преобразование…………...…22-25

6 Исследование статических и динамических………………………….…26-31

характеристик ЭП на модели

7 Анализ САУ ЭП с пропорциональным законом управления………..…32-34

8 Исследование САУ ЭП с П-регулятором на модели………………...…35-47

9 Построение статических САУ ЭП……………………………………..…48-49

Список использованной литературы………………………………………….50

Реферат

Курсовой проект

Пояснительная записка: 49 с., 24 рис., 3 источника.

Система автоматического управления, электрический привод, функциональная схема, тиристорный преобразователь, двигатель, структурная схема, П – регулятор,

Спроектировали систему автоматического управления электрическим приводом постоянного тока (САУ ЭП), обеспечивающую выполнение заданных требований к качеству процессов управления.

1. Построение функциональной схемы сау эп.

Объектом управления системы управления, которому требуется разработать в курсовом проекте, является ЭП постоянного тока тиристорным преобразовательным устройством. Функциональная схема системы автоматического управления таким ЭП (САУ ЭП) приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема САУ ЭП

В ЭП использован двигатель постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением. Магнитный поток возбуждения Ф_в создается обмоткой возбуждения, питаемой от независимого источника постоянного напряжения U_в. Цепь якоря ДПТ подключена к выходу управляемого тиристорного преобразователя ТП, преобразующего переменное напряжения сети U_п в постоянное регулируемое напряжение u_я. Путем изменения напряжения u_я можно изменять угловую скорость вращения якоря ДПТ ω_я. Значения u_я регулируется сигналом управления u_у.

Вал якоря ДПТ через редуктор Р связан с механической нагрузкой Н. В зависимости от назначения ЭП регулируемой переменной (у) является угловая скорость вращения (ω_н).

Целью управления является изменение ω_н в соответствии с изменением задающего сигнала (напряжения) u_з. Напряжение u_з пропорционально заданному значению (ω_н.з.) регулируемой переменной:

u_з= K_з ω_н.з., (1.1)

где К_з – постоянный коэффициент.

Напряжение u_з формируется задающим устройством (ЗУ). В простейшем случае таким устройством является потенциометр (рис. 1.5). Напряжение, снимаемое с нижнего плеча потенциометра, пропорционально перемещению его движка.

В рассматриваемой системе управления использован принцип обратной связи (по отклонению). Для получения информации о значении регулируемой переменной служит датчик Д. Напряжение u_д (u_ω) на выходе датчика пропорционально значению регулируемой переменной:

u_ω=К_дω_н, (1.2)

где К_д – постоянный коэффициент.

Для получения сигнала, характеризующего отклонение выходной переменной от заданного значения, служит сравнивающее устройство СУ, на выходе которого формируется напряжение Δu_ω:

Δu_ω=u_з-u_ω (1.3)

С учетом (1.1) и (1.2)

Δu_ω=К_з ω_н.з-К_дω_н, (1.4)

Чтобы напряжение Δu_ω было пропорционально отклонению выходной переменной от заданного значения, следует принять К_д=К_з. Тогда, обозначив эти коэффициенты через К_ω получим:

Δu_ω= К_ω(ω_н.з-ω_н)= К_ω Δω_н, (1.5)

где Δω_н= ω_н.з-ω_н.

Таким образом, на выходе СУ формируется сигнал, равный не самому отклонению регулируемой переменной от заданного значения, а сигнала, пропорциональный этому отклонению. Однако для процесса управления это не имеет значения, так как правильно спроектированная САУ стремиться уменьшить отклонение Δu_ω, а следовательно и отклонение Δω_н.

Напряжение Δω_н подается на вход УУ, которое формирует управляющий сигнал (напряжение) u_у на основании какого-либо закона управления u_у=ƒ(Δu_ω).

Рассмотрим работу ЭП по схеме на рис. 1.1 при использовании наиболее простого закона управления – пропорционального. В этом случае УУ обычно представляет собой усилитель постоянного тока, у которого

u_у= K_у u_ω (1.6)

где К_у – коэффициент усиления усилителя.

Регулируемой переменной является угловая скорость вращения вала нагрузки ω_н. В исходном состоянии система выключена, якорь ДПТ не вращается (u_я=0, ω_я=0, ω_н=0), а на выходе задающего устройства установлено некоторое напряжение u_з>0.Тогда после пуска системы на выходе СУ, согласно выражению (1.3), появится сигнал Δu_ω= u_з (поскольку непосредственно после пуска имеем ω_н=0 и u_ω=0). На выходе усилителя появится управляющее напряжение u_у= K_у u_з, вызывающее появление на выходе ТП напряжения u_я>0. Под действием этого напряжения якорь ДПТ начнет вращаться, приводя во вращение и нагрузку Н (через редуктор Р). Значение переменной ω_н будет постепенно увеличиваться, вызывая увеличение напряжения u_ω и уменьшение значения сигнала Δu_ω=u_з-u_ω. В системе будет наблюдаться переходный процесс, который может иметь колебательный или апериодический характер (в зависимости от параметров системы). Если система устойчива, то этот процесс завершится при некотором достаточно малом значении Δu_ω, когда u_ω≈u_з и ω_н≈ω_н.з. Полностью устранить отклонение ω_н от ω_н.з система с регулятором, реализующим пропорциональный закон управления и называемым П-регулятором, не может, так как при ω_н=ω_н.з на выходе СУ имеем Δu_ω=0, при этом u_у=0, u_я=0, якорь ДПТ не вращается. Для формирования сигнала управления u_у, соответствующего требуемому значению ω_н, обязательно требуется определенное значение сигнала Δu_ω= К_ωω_н. Уменьшить значения Δu_ω и Δω_н можно увеличением коэффициента усилителя К_у, однако при этом качество переходных процессов может существенно ухудшиться (возрастет колебательность), а при достаточно больших значениях К_у система может стать не устойчивой.

Если задающий сигнал ω_н.з изменяется в процессе работы ЭП, то система управления с определенной точностью будет стремиться поддержать значение ω_н на уровне ω_н.з. Например, при увеличении ω_н.з (т.е. u_з) возрастают Δu_ω, u_у, u_я, ω_я и ω_н (до значения ω_н≈ω_н.з).

Если u_з=const, то система обеспечивает стабилизацию регулируемой переменной (например, ω_н). Если в результате каких-либо возмущений произойдет изменение переменной ω_н к прежнему или близкому к нему значению. Возмущениями в рассматриваемой системе являются изменения нагрузки на валу редуктора (а следовательно, и ДПТ) и напряжения питания ТП U_п.

Если, например, нагрузка на вал возрастет, то якорь ДПТ будет вращаться медленнее, значение ω_н уменьшиться. При этом значение напряжения u_ω уменьшится, а значение напряжения Δu_ω увеличится, что приведет к увеличению сигнала управления u_у, напряжения u_я, угловой скорости ω_я и переменной ω_н.Переходный процесс также закончится при ω_н≈ω_н.з, однако фактическое значение ω_н будет уже иным, так как для приведения в действии возросшей нагрузки требуется больше значение напряжения u_я, а следовательно, напряжений u_у и Δu_ω. Большему значению Δu_ωсоответствует и большее значение отклонения Δω_н.