РАЗРАБОТКА

СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

1.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ

Целью курсового проекта является разработка автоматической системы регулирования (АСР), которая обеспечивает плавное регулирование в заданном диапазоне скорости вращения электродвигателя, работающего на нагрузку, которая в данном случае представляет собой компрессор. Требования к качеству регулирования определяются заданием в соответствии с вариантом. Упрощенная принципиальная схема система показана на рис. 1, где Д - двигатель; ТГ - тахогенератор; РС - регулятор скорости; ОВ - обмотка возбуждения; УУ - устройство усиления. Нагрузка (компрессор) присоединена к валу двигателя и на схеме не показана.

Рис. 1.

1.2. Технические требования к разрабатываемой системе

Вариант технических требований для каждого из студентов определяется следующим образом: студенту задается номер варианта, обозначаемый как B и номер подварианта, обозначаемый как N. Зная номер варианта и номер подварианта студент определяет данные своего задания курсового проекта.

Данные

- мощность двигателя, кВт

- ток якоря двигателя, номинальный, А

- скорость вращения двигателя номинальная, об/мин:

вариант 1

вариант 2

вариант 3

- сопротивление якорной цепи двигателя, Ом

- индуктивность якорной цепи, Гн

- момент инерции системы электропривода, приведенный к якорю двигателя, кгм²

- постоянная времени компрессора, с

- диапазон регулирования скоростей

- статическая ошибка регулирования, %

- допускаемое перерегулирование,%

- время регулирования, с

Параметры системы, одинаковые для всех вариантов:

- напряжение якоря двигателя номинальное, В

- коэффициент передачи тахогенератора, Вс/рад

- коэффициент усиления усилительного устройства

- коэффициент передачи компрессора

1.3. Задание

1.В соответствии с вариантом задания необходимо записать исходные данные для расчета и вычертить упрощенную принципиальную схему системы, которая приведена в задании.

2.Дать краткое описание работы автоматической системы регулирования скорости электродвигателя. Пояснить при этом цель и принцип управления, привести функциональную схему системы с указанием функционального назначения каждого элемента в схеме: объект управления ОУ, измерительный элемент ИЭ (датчик), элемент сравнения ЭС, задающее устройство ЗУ, регулятор скорости РС, усилительное устройство УУ. Указать параметры, которые являются в системе входными (управляющими, задающими), выходными (регулируемыми) и возмущения.

3.Разработать структурную схему автоматической системы, при этом необходимо кратко пояснить физические процессы, которые определяют динамику работы элементов автоматической системы и выполнить расчет параметров динамических звеньев.

4.Провести статический расчет автоматической системы.

5.Исследовать на устойчивость автоматическую систему без коррекции её динамических свойств, применяя критерий Гурвица, критерий Рауса, критерий Найквиста в случае четного номера подварианта или применяя критерий Гурвица, критерий Рауса, критерий Михайлова в случае нечетного номера подварианта

6.Построить логарифмические частотные характеристики для исходной разомкнутой автоматической системы.

7.Построить желаемую логарифмическую амплитудно-частотную характеристику.

8.Построить логарифмическую амплитудно-частотную характеристику корректирующего устройства.

9.Выбрать и рассчитать параметры корректирующих звеньев.

10.Смоделировать спроектированную автоматическую систему регулирования скорости вращения двигателя.

11.Представить результаты моделирования и анализа соответствия полученных показателей качества регулирования заданным.

2.Теоретические положения

2.1.Принципы управления, фукциональная и структурная схемы автоматических систем

По принципу формирования управляющего воздействия, которое поступает на управляющий орган объекта управления, автоматические системы делятся на системы разомкнутого типа, системы замкнутого типа и комбинированные системы.

Особенность автоматической системы разомкнутого типа, состоит в том, что для выработки управляющего воздействия используется только информация о цели управления, а действительное значение выходной управляемой переменной не контролируется. В такой автоматической системе реализуется принцип управления "по возмущению", т.е. по внешнему воздействию.

Управление может формироваться по заранее рассчитанной программе или на основании измерения и последующей компенсации управляющим устройством возмущающего воздействия приложенного к объекту управления. В этом случае в автоматической системе также реализуется принцип управления "по возмущению". Тем самым, автоматические системы разомкнутого типа способны удовлетворительно функционировать только при постоянстве характеристик объекта управления и в условиях низкого уровня помех, вызываемых влиянием окружающей среды.

В автоматических системах замкнутого типа реализуются измерение и контроль отклонения управляемой переменной от задающего воздействия Цель управления в таких системах состоит в устранении ошибки управления

В автоматических системах замкнутого типа реализуется принцип управления "по отклонению".

Одновременное использование принципов управления "по возмущению" и "по отклонению" приводит к комбинированной автоматической системе, которая имеет разомкнутый контур компенсации возмущающего воздействия и замкнутый контур с обратной связью для устранения возникающих ошибок управления

Функциональная схема является условным изображением автоматической системы и отражает состав и порядок взаимодействия входящих в нее элементов. Каждый элемент на функциональной схеме изображается прямоугольником с указанием выполняемой им функции, кроме сравнивающего и суммирующего, которые обозначаются окружностями, разделенными на секторы. Элементы на функциональной схеме соединяются в той последовательности, в какой они работают в реальной системе. Взаимодействия между элементами указываются стрелками.

Типичными элементами функциональной схемы являются такие.

Задающий элемент формирует заданное значение управляемой переменной .

Чувствительный элемент измеряет текущее значение управляемой переменной

Датчик - преобразует физическую величину в сигнал удобный для суммирования с выходным сигналом задающего элемента. Достаточно часто в автоматических системах задающий элемент вместе с чувствительным элементом образуют измерительный элемент, а в сложных системах - измерительный блок.

Элемент сравнения - вырабатывает сигнал рассогласования

Преобразующий элемент - выполняет операции преобразования Задающий, сравнивающий и преобразующий элементы составляют вычислительный блок, который выполняет операции по обработке и преобразованию всей поступающей в него информации.

Усилительный блок - суммирует и усиливает сигналы вычислительного блока.

Исполнительный механизм - перемещает регулирующий орган объекта управления.

Объект управления - имеет те выходные переменные (координаты), которые подлежат управлению. Достаточно часто в состав объекта управления включают регулирующий орган.

Корректирующее устройство -предназначено для улучшения динамических свойств автоматических систем.

Структурная схема является условным изображением автоматической системы и отражает математические операции преобразования сигнала. В структурной схеме присутствуют динамические звенья, каждое из которых составляет элемент или саму систему. мы будем рассматривать динамические звенья, которые имеют лишь одну входную и одну выходную величину (переменную). Процессы в рассматриваемых динамических звеньях описываются дифференциальными уравнениями, которым соответствуют передаточные функции (операторы преобразования). Термин "динамическое звено" принят вследствие того, что при этом отображаются лишь динамические свойства, а не физическую природу какого-то устройства. Динамическое звено изображают прямоугольником, в который вписывают передаточную функцию или только ее символ (обозначение).

На структурную схему в виде стрелок наносят также все внешние воздействия и воздействия динамических звеньев одного на другое. Около каждой стрелки указывают, какую физическую величину или координату она изображает. Изменение этой величины и является сигналом, передаваемой информацией.

Иногда выходная величина динамического звена воздействует на несколько звеньев, т.е. сигнал разветвляется. Это обозначают точкой, от которой отходит соответствующее число стрелок.

Суммирование сигналов (суммируются, конечно, только одинаковые по своей природе физические величины) обозначают окружностью с крестом. Если один из сигналов вычитается, то у стрелки, которая изображает этот сигнал, ставят знак "-" или зачерняют сектор, к которому эта стрелка направлена.