Составление передаточных функций звеньев СЭП

 

Построенная выше функциональная схема САУ дает возможность выделить отдельные динамические звенья первого и второго порядка. Для каждого динамического звена необходимо составить его передаточную функцию и структурную схему.

Тиристорный преобразователь (ТП), вместе с системой управления и фильтром, для сглаживания пульсаций может быть представлен апериодическим звеном с передаточной функцией:

где: Ттп – постоянная времени ТП;

Тф =(0,003…0,005)=0,005 с – постоянная времени фильтра;

с – время запаздывания силовой части.

Датчик скорости и тока при наличии фильтров на входе следует считать апериодическими звеньями с передаточными функциями:

Датчик скорости –

где: Тдс=0,005…0,02=0,01 с – постоянная времени датчика скорости

Датчик тока якоря –

где: Тдт=0,002…0,003=0,002 с – постоянная времени датчика тока

Передаточная функция ДПТ с учетом упругости механической части ЭП:

где: – постоянная времени, определяющая упругий резонанс на частоте ;

q – коэффициент соотношения инерционных масс;

– постоянная времени, характеризующая «провал» в ЛАХ объекта на частоте

- коэффициенты демпфирования упругих звеньев;

Передаточная функция механической части ЭП приведенной к валу двигателя:

Передаточные функции ПИ – регуляторов скорости и тока, построенных на базе операционных усилителей, могут быть представлены в виде:

 

 

 

3.2 Построение структурной динамической схемы и синтез регуляторов

На основе разработанной функциональной схемы и передаточных функций звеньев СЭП необходимо построить динамическую структурную схему (ДСС) системы, обозначив на ней соответствующие функциональные звенья и переменные (регулируемые) параметры.

В системах подчинённого регулирования оптимизация контуров обычно выполняется в соответствии со стандартными настройками с учётом условии работы СЭП и соотношения параметров объекта управления.

В САР скорости контур тока чаще всего настраивается на оптимум по модулю (ОМ), а контур скорости – на симметричный оптимум (СО).

Параметры ПИ – регулятора тока определяются формулами:

,где:

– суммарная малая постоянная времени контура тока:

с

0,03

Передаточная функция разомкнутого и замкнутого контуров тока соответственно будут:

 

Обратной связью по ЭДС двигателя можно пренебречь, т.к.

В СЭП с упругой связью контур скорости настраивается в зависимости от соотношения механических параметров. Выбираем параметры из условия:

q < 0,5 ()

b1=

b1=

t₁=

 

Данная настройка позволяет достичь:

Частота среза:

Время переходного процесса:

Для подавления упругих колебаний в механической системе следует ввести в САУ дополнительные средства коррекции (вторая ступень оптимизации) введем последовательную коррекцию на активном режекторном фильтре АРФ с передаточной функцией

Где: Kaф =1 и - эквивалентный коэффициент демпфирования колебаний

 

Рис 6. Динамическая структурная схема СЭП с упругостью.

 

Определяем статическую ошибку замкнутой СЭП на верхней и нижней скоростях для двухкратноинтегрирующей системы с ПИ – РС и построим соответствующие механические характеристики:

– значение скорости в рабочей точке

– коэффициент усиления регулятора скорости в статике (Крсо = 10000)

 

Переходной процесс по задающему воздействию – Iя

Переходной процесс по задающему воздействию –

Переходной процесс по задающему воздействию –

Переходной процесс по возмущающему воздействию – Iя

Переходной процесс по возмущающему воздействию -

Переходной процесс по возмущающему воздействию -

 

ЛЧХ разомкнутого контура скорости СЭП

 

 

ВЫВОД

В результате проделанной работы был разработан электропривод главного движения продольно-строгального станка.

Для выполнения технического задания были выбраны следующие силовые элементы:

Электродвигатель 4ПФ180М

Тиристорный преобразователь КТЭ 200/440

Токоограничивающий реактор РТСТ – 100 – 0,505УЗ

Сглаживающий дроссель ДФ – 7

Датчик скорости ТГ – 3

Для получения требуемого качества переходных процессов использовали САУ подчиненного регулирования. Оптимизация САУ производилась с учетом упругости механической системы.

В качестве регулятора скорости использовали ПИ – регулятор, настроенный на симметричный оптимум (СО). В качестве регулятора тока использован ПИ – регулятор, настроенный на оптимум по модулю (ОМ).

Контур управления построен так, что имеет только одну большую постоянную времени (эл. магнитную), следовательно могут быть применены однотипные регуляторы. Применим пропрорционально-интегральные регуляторы (ПИ), это улучшит точность системы (т.е. уменьшит статическую ошибку системы) и повысит быстродействие.

Несомненно ПИД – регуляторы имеют больше преимуществ, но их применение необходимо только при компенсации двух больших постоянных времени, например в контуре с колебательным звеном.

 

 

Достоинства разработанной СЭП:

- ТП двигателя с раздельным управлением группами. Для раздельного управления группами не требуется уравнительные ректоры, что является достоинством системы;

- применяется СЭП структурно подчиненного регулирования, что обеспечивает простоту ограничения регулируемых координат, унификацию настроек

Регулятора;

- в системе применен ПИ – регулятор скорости, что обеспечивает пренебрежительно малую статическую ошибку по скорости; РС настроен на СО, что обеспечивает быстрые процессы по возмущающему воздействию;

- - соответствует заданию, следовательно, система удовлетворяет исходным данным

- время переходного процесса по задающему воздействию

- время переходного процесса по возмущающему воздействию

 

Разработаны так же защиты ЭП:

1. Максимальная токовая защита обеспечивается установкой автоматического выключателя (АВ) на вводе ТП [ток срабатывания Iср = (12…14)*Iн],

Iср = 12*400 =4800 А

Плавкими предохранителями защищены тиристоры ТВ и ТП, а так же схема управления.

2. Минимальная защита (защита от самозапуска ЭП) обеспечивается линейным контактором [напряжение срабатывания Uср=(0.75…0.8)*Uн];

Uср = 0.79*440=347.6 В

3. Защита от обрыва поля организована установкой реле обрыва поля в цепи обмотки возбуждения (РОП).

4. Тепловая защита

 

Список литературы

 

1. В.М. Шестаков, А.Е. Епишкин «Автоматизированный электропривод. Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 2102.» ВТУЗ-ЛМЗ. Санкт-Петербург, 2004г.
2. Конспект лекций по АЭП
3. Конспект лекций по ТАУ
4. В.М. Шестаков, В.И. Репкин «Электронные устройства САУ»,1991г.
5. В.М. Шестаков «Динамика систем ЭП», 1993г.