2. Краткое описание системы управления

Принципиальная электрическая схема системы автоматического регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока приведена на рис. 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. Принципиальная схема

На рисунке 1 обозначено:

ИД — двигатель с обмоткой возбуждения ОВД и якорем;

ТГ — тахогенератор;

У — усилитель сигнала ошибки ;

УТП — управляемый тиристорный преобразователь, питающий якорь исполнительного двигателя;

АЦП —  аналого-цифровой преобразователь;

ЦАП — цифроаналоговый преобразователь;

ОВД – обмотка возбуждения двигателя;

ЦВМ – цифровая управляющая машина (микро-ЭВМ, микроконтроллер и т.п.);

N_П  — задание;

ΔN — цифровой сигнал ошибки слежения;

ΔU — напряжение, выдаваемое с выхода ЦАП на усилитель;

U_Т — напряжение на входе УТП;

U_ДВ — напряжение, подаваемое на двигатель;

U_ТГ — напряжение тахогенератора;

ω — скорость вращения вала двигателя, рад/с;

N_ТГ — цифровой сигнал с выхода АЦП.

3. Математическая модель са регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока.

3.1. Исполнительный двигатель постоянного тока.

Tэм = 0.015 с, Tя = 0.01с, kд = 2.5 рад/(В*с).

3.2. Тахогенератор.

kтг = 0.16 (В*с)/рад.

3.3. Управляемый тиристорный преобразователь.

Tутп = 0.003 с, kутп = 15.

3.4. Усилитель для астатической системы.

k_У = 150

3.5. Расчет передаточных функций блоков структуры системы.

Расчет передаточных функций (ПФ) каждого из блоков системы состоит из нескольких этапов:

1. Определение входного и выходного сигналов блока;

2. Представление ПФ в виде ;

3. Подстановка значений коэффициентов в числитель и знаменатель ПФ;

4. Преобразование выражения справа от знака равенства по правилу Лапласа.

3.5.1. Исполнительный двигатель постоянного тока.

Входной сигнал – Uдв, выходной сигнал – ω;

Передаточная функция:

3.5.2. Тахогенератор.

Входной сигнал – ω, выходной сигнал – Uтг;

Передаточная функция:

3.5.3. Управляемый тиристорный преобразователь.

Входной сигнал – Uт, выходной сигнал – Uдв;

Передаточная функция:

3.5.4. Усилитель для астатической системы.

Входной сигнал – ΔU, выходной сигнал – Uт;

Передаточная функция:

Примечание: для упрощения структурной схемы ПФ интегратора совмещена с ПФ усилителя (т.к. система астатическая).

В итоге расчетов пунктов 3.5.1 – 3.5.4 получили ПФ всех блоков структурной схемы системы, которая приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема

На рисунке 2 обозначено:

ОУ — объект управления (двигатель);

ТГ — тахогенератор;

УМ — усилитель;

УТП — управляемый тиристорный преобразователь;

РЭ – регулирующий элемент.

Также введена отрицательная обратная связь с передаточной функцией -1.