СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет «ЛЭТИ»

Кафедра Вычислительной Техники

КУРСОВАЯ РАБОТА

по учебной дисциплине «ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ»

на тему «СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ»

Вариант 2

Выполнил:

Студент (ка)___Никитина Т.И._____

Группа___________2375__________

Руководитель:

Григорян Ваге Грачевич

(должность, Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2005

СОДЕРЖАНИЕ

1. Техническое задание…………………………………………………………………….3

2. Функциональная схема…………………………………………………………………..4

3. Структурная схема……………………………………………………………………….5

4. Модели элементов САУ…………………………………………………………………6

5. Статический расчет……………………………………………………………………...7

6. Динамический расчет……………………………………………………………………8

7. Проверка………………………………………………………………………………….

8. Заключение……………………………………………………………………………….

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Система управления скоростью двигателя:

1. Скорость вращения двигателя ω=2200 об/мин

2. Номинальное напряжение двигателя Uн=110 В

3. Электромеханическая постоянная времени T _оЭМ=0.1 сек

4. Постоянная времени якорной цепи двигателя и ЭМУ T _оЯ=0.005 сек

5. Коэффициент передачи ЭМУ k_УМ=8

6. Постоянная времени обмотки управления ЭМУ T_{о ЭМУ}=0.004 сек

7. Постоянная времени короткозамкнутой цепи ЭМУ T_{кц ЭМУ}=0.05 сек

8. Постоянная времени фильтра усилителя T_АР=0.2 сек

9. Диапазон регулирования m=200

10. Изменение скорости вращения под нагрузкой (без стабилизации) ∆ω=20%

11. Статическая ошибка регулирования в системе ε=3%

12. Перерегулирование σ=30%

13. Время регулирования t_p=0.6 сек

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА

Упрощенная принципиальная электрическая схема системы автоматического регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока приведена на рисунке 1. Такие системы электропривода широко используются в станках с ЧПУ, приводах вращения радиолокационных антенн и других устройствах. Исполнительный двигатель постоянного тока (мощностью от сотен ватт до нескольких киловатт) питается от управляемого тиристорного преобразователя. Частота вращения измеряется тахогенератором постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов.

Рис. 1. Функциональная схема

На рисунке 1 обозначено:

Д — двигатель с обмоткой возбуждения ОВД и якорем ЯД;

 — частота вращения вала Д;

ТГ — тахогенератор;

 — напряжение тахогенератора;

У — усилитель сигнала ошибки ;

УТП — управляемый тиристорный преобразователь, питающий якорь исполнительного двигателя Д;

АЦП —  аналого-цифровой преобразователь;

 — цифровой сигнал с выхода АЦП;

ЦАП — цифроаналоговый преобразователь;

 — цифровой сигнал ошибки слежения.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА



О

АР

Uз

0..5 В

малосигнальная силовая

Рис. 2. Структурная схема

На рисунке 2 обозначено:

АР – автоматический регулятор;

УМ – усилитель мощности;

О – объект (двигатель);

ИП – импульсный преобразователь;

МОДЕЛИ ЭЛЕМЕНТОВ САУ

Рассчитаем коэффициент передачи двигателя:

Рассчитаем коэффициент передачи импульсного преобразователя:

Двигатель:

Усилитель мощности:

Автоматический регулятор:

Импульсный преобразователь:

Коэффициент передачи автоматического регулятора найдем из статического расчета.

СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Передаточная функция всей системы:

Рис. 3.

ξ= Uз-Uос

Uос = ξ k_П

3666.33

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Передаточные функции звеньев:

Схема замкнутой системы с обратной связью:

Рис. 4.

Распределение нулей и полюсов замкнутой системы.

ПФ:

Нули у ПФ отсутствуют.

Полюсы ПФ:

Cистема неустойчива потому, что есть правые полюса на рис. 5. (лежащие в правой полуплоскости).

Также и по критерию Найквиста система является неустойчивой: ω_ср > ω_π

На рисунке 5 приведено расположение полюсов системы на комплексной плоскости.

Рис. 5. Распределение полюсов замкнутой системы.

Реакция системы на единичное ступенчатое воздействие

На рисунке 6 приведен график переходного процесса на единичное ступенчатое воздействие. Как видно из графика, система является неустойчивой и для её стабилизации необходимо введение корректирующего звена.

Рис. 6. График переходного процесса на единичное ступенчатое воздействие.

Коррекция системы

Как было установлено, исходная система является неустойчивой. Для её стабилизации необходимо введение корректирующего звена. Введем в систему расположенное последовательно корректирующее звено.

Рис. 9.

Для того чтобы система стала устойчивой необходимо добиться, чтобы наклон ЛАЧХ в районе частоты среза был -20дБ/дек, это сместит ω_π вправо.

Кроме того параметры цепи коррекции выбираются таким образом, чтобы перерегулирование σmax и время регулирования t_p соответствовали заданию.

Процесс подбора параметров корректирующего звена носит итерационный характер и выполняется в программе Classic.

Полюса:

Нули:

Как видно из рисунка 10, переходный процесс удовлетворяет всем условиям: σmax=15%, t_p =0,45 сек.:

Рис. 10

11