Разработка структурной схемы САУ

 

В расчетных системах управления ЭП для повышения диапазона регулирования и качества динамических процессов применяют различные структуры построения регуляторов, используются различные обратные связи.

Для статического и динамического расчета САУ необходимо составить структурную схему, на которой все элементы системы нужно представить их передаточными функциями. Это двигатель, ТП, регуляторы, датчики обратных связей (рисунок 6).

 

Рис. 2 -Структурная схема САУ

 

Передаточная функция ТП вместе с системой импульсно-фазового управления, как правило апроксируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени T_mn в пределах времени 0,006-0,01 с, что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы ТП.

Передаточная функция ТП имеет вид:

 

 (5.1)

 

где K_mn - коэффициент передачи ТП.

Коэффициент передачи ТП изменяется в зависимости от величины управляющего напряжения и рассчитывается с использованием

регулировочных характеристик E_d0 = f(α).

 

, (5.2)

 

где ΔEd — относительное значение ЭДС тиристорного преобразователя, В;

ΔU_y - относительное значение напряжения, В.

Электродвигатель постоянного тока при подключении обмотки возбуждения к постоянному напряжению, работает с постоянной магнитным потоком.

Передаточная функция имеет вид:

 

 (5.3)

 

т.к. 4Т_я>Т_м,

Якорная цепь ДПТ описывается передаточной функцией:

 

 (5.7)

 

где Е_n - ЭДС преобразователя. В;

Е_дв - ЭДС двигателя, В.

Передаточная функция механической цепи ДПТ:

 

 

(5.5)

 

Поведение угловой скорости вращения описывается передаточной функцией электромеханического преобразователя в соответствии с основным уравнением движения ЭП:

 

(5.6)

 

Коэффициент обратных связей рассчитывается по формулам:

Коэффициент обратной связи по скорости К_ос определяется по формуле:

 

(5.7)

 

где = 10 В — максимальное напряжение управления;

- максимальная скорость механизма, рад/с.

 

(5.8)

Коэффициент обратной связи по току К_от:

 

К_от = К_дт ∙ К_ш = 102,04∙0,0006 = 0,061 (5.9)

 

где К_дт - коэффициент датчика тока;

 

 (5.10)

 

где К_ш - коэффициент шунта.

Выбран шунт: тип 75 ШСН-5;

Номинальный ток: I_нш= 75А;

Номинальное падение напряжения: U_нш= 0,045 В.

Коэффициент шунта К_ш определяем по формуле:

 

, (5.11)

 

Коэффициент обратной связи по напряжению К_он:

 

 (5.12)

 

Выходной координатой объекта управления является угловая скорость вращения ω_о, а промежуточными: якорный ток, ЭДС двигателя, напряжение якорной обмотки, электромагнитный момент, магнитный ток.

 

 

Синтез CA У

Для обеспечения требуемых статических и динамических параметров определим структуру системы.

Поскольку необходимо регулировать скорость и требуется динамика, то система должна иметь контур скорости и контур тока. Настройку контура обычно производят так, чтобы получить технически оптимальный переходный процесс, т.е. настройка на технический оптимум.

Расчет контура тока

 

Регулятор тока организован по ПИ-закону управления с настройкой на модульный оптимум. Регулятор для обеспечения требуемых динамических параметров должен компенсировать электромагнитную постоянную Т_я, а также малую постоянную времени контура тока Т₀₁ (рисунок9).

 

Рис. 3- Структурная схема по току

 

Передаточная функция регулятора тока имеет вид:

 

 (6.1)

 

где К_рm - пропорциональная часть регулятора тока;

  - постоянная времени регулятора тока.

 

(6.2)

 (6.3)

 

где - малая постоянная времени токового контура.

Т_от = 2 ∙ Т_тп = 2 ∙ 0,01= 0,02 с, (6.4)

Согласно рисункам 4 и 5 запишем уравнения соответствия

динамических параметров системы и физических параметров схемы реализации:

 

 

Рис. 4 -Структурная схема РТ Рис. 5- Принципиальная схема РТ

 

Зададимся емкостью конденсатора C_ост ⁼ 1 мкФ = 0,000001 Ф, тогда согласно уравнению 2 системы 6.5, сопротивление R_ост составит:

 

 

, (6.6)

 

Представив значение С_ост = 1 мкФ в уравнение 3 системы 6.5, найдем сопротивление R_зт по формуле:

 

 (6.7)

 

Подставив значение R_зт в 1 - е уравнение системы 6.5, получим, что сопротивление R_т составит:

 

 (6.8)

 

По расчетам принимаем тип резисторов. Выбираем резисторы серииМЛТ.

Номинальная мощность: 0,125-2 Вт;

Диапазон сопротивления: 8,2 Ом – 10 МОм;

Рабочая температура: 125С⁰;

Допустимые отклонения: 5, 10, 20.

Датчик тока предназначен для преобразования тока якоря пропорциональное ему напряжение и включает в себя датчик и согласующее устройство. В качестве измерительного преобразователя в датчике использован шунт. В качестве элемента гальванической развязки принимаем микросхему оптоэлектронную полупроводниковую, состоящую из оптопар и транзисторных прерывателей типа К249, КН1Г. Выходное напряжение равно 3,5 В, входной ток равен 20 мА. На выходе датчика должно быть напряжение 10В.

 

Рис. 6 - Принципиальная схема датчика тока

 

Расчет контура скорости

 

Регулятор скорости организован по пропорциональному принципу (П) закону управления с настройкой на модульный оптимум. Регулятор для обеспечения требуемых динамических параметров должен компенсировать электромеханическую постоянную времени системы Т_м, а также малую постоянную времени контура скорости Т_ос (рисунок 6).

 

Рис. 7- Структурная схема контура скорости Передаточная функция регулятора скорости будет иметь вид:

 

 

где Т_ос - малая постоянная времени контура скорости.

Т_ос = 2∙ Т_от = 4∙ Т_тп = 4∙ 0,01 = 0,04 с,

Приведем схему реализации регулятора скорости (рисунок 9).

 

Приведем структурную схему реализации регулятора скорости (рисунок 8).

 

Рис. 8 Структурная схема PC Рис. 9 Схема реализации PC

 

Согласно рисункам 8 и 9 запишем уравнения соответствия динамических параметров системы и физических параметров схемы реализации:

 

 (6.11)

 

где К_дс - коэффициент датчика скорости, которым является тахогенератор.

 

 (6.12)

 

Зададимся сопротивлением R_ooc = 1 00 кОм, тогда:

 

 (6.13)

 

Подставив значение R_зс, найдем R_c:

 

 (6.14)

 

Из справочника выбираем стандартный резистор марки:

Датчик скорости получим путем совмещения тахогенератора

(измерительного преобразователя) и согласующего устройства(преобразователя координат), рисунок 10

 

Рис. 10 Схема датчика скорости

 

Емкость конденсатора принимаем равной 0,1 мкФ. ЭДС тахогенератора определим по формуле:

 

Е_тг = 2 ∙n_н ∙ S = 2 ∙ 1500∙ 0,5 = 1500 В, (6.15)

 

где S - величина скольжения;

n_н - номинальная скорость вращения тахогенератора.

 

 (6.16)

 

где n_н - номинальное число оборотов двигателя;

n_max- максимальное число оборотов тахогенератора.

 

Структурная схема САУ

Рис.11-Структурная схема САУ

 

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: