Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«тюменский индустриальный университет»

ТОБОЛЬСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ (филиал)

Кафедра электроэнергетики

 

 

Контрольная работа

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С (П и ПИ) – РЕГУЛЯТОРАМИ СКОРОСТИ И ИДЕАЛЬНЫМ УСИЛИТЕЛЕМ МОЩНОСТИ.

 

Вариант № 18

 

 

Выполнил студент

группы ЭСбз-13

Низовских Е.А.

Проверил:

Рысев П.В.

доцент, к.т.н.

 

 

Тобольск 2016

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С (П и ПИ) – РЕГУЛЯТОРАМИ СКОРОСТИ И ИДЕАЛЬНЫМ УСИЛИТЕЛЕМ МОЩНОСТИ.

 

Цель работы: изучение принципа действия, статических и динамических свойств регулируемого электропривода при различных настройках регуляторов.

 

ОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

 

Структурная схема электропривода приведена на рис. 1,

 

Рис. 1.

 

здесь – сопротивление и ток якорной цепи;

– угловая скорость вала двигателя;

– момент нагрузки;

– электромагнитная постоянная времени;

– конструктивный коэффициент;

– заданная скорость двигателя;

– передаточная функция регулятора скорости. Это звено совмещает регулятор и идеальный усилитель мощности.

В случае П-регулятора:

 

;

 

Структурная схема ПИ-регулятора приведена на рис. 2.

 

Рис. 2.

 

Передаточная функция ПИ – регулятора имеет вид:

 

;

 

Изображение скорости для привода с П-регулятором:

 

;(1)

 

здесь − электромеханическая постоянная времени двигателя.

По (1) рассчитываются переходные процессы в системе и отсюда же следует выражения механической характеристики электропривода.

 

. (2)

Рис. 3.

 

Система с П – регулятором является статической относительно задающего воздействия и возмущения.

Величина статической ошибки:

 

. (3)

 

Ее можно уменьшить путем увеличения коэффициента усиления регулятора скорости k_pc кроме того, увеличение k_pc вызывает ускорение (до определенных пределов) протекания переходных процессов. Однако вместе с этим меняется и вид переходных процессов. Если у исследуемого двигателя

 

,

 

то апериодический переходный процесс обеспечивается при

 

, (4)

 

а колебательный переходный процесс – при

 

. (5)

 

Недостаток привода с П-регулятором – наличие статической ошибки по скорости, которую можно устранить введением в систему ПИ – регулятора. В этом случае изображение по скорости имеет вид:

 

 

 

 

. (6)

 

 

Из (6) следует, что система обладает астатизмом 1-го порядка относительно задающего воздействия и возмущения.

В отличие от привода с П – регулятором данный привод не сохраняет устойчивость при увеличении коэффициентов усиления ПИ – регулятора k_pc, k_и.

Для устойчивости системы необходимо

 

. (7)

 

Моделирование исследуемых электроприводов на ЭВМ производится с помощью приложения «SIMULINK» из состава пакета «MATLAB».

 

Структурная схема электропривода с П-регулятором и идеальным усилителем мощности приведена на рис. 4.

 

 

Рис. 4.

 

Структурная схема состоит из следующих блоков:

1 и 2 – генераторы ступенчатого сигнала;

3 – сумматор;

4 – усилитель;

5 – модель ДПТ;

6 – терминаторы;

7 – виртуальный осциллограф.

 

Структурная схема электропривода с ПИ – регулятором и идеальным усилителем мощности приведена на рис. 5.

 

Рис. 5.

 

Структурная схема состоит из следующих блоков:

1 и 2 – генераторы ступенчатого сигнала;

3 и 5 – сумматоры;

4 – усилитель;

6 – интегратор;

7 – модель ДПТ;

 

8 – терминаторы;

9 – виртуальный осциллогораф.

 

 

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

 

1. Для привода с П-регулятором (k_рс=10) рассчитать величины ω _уст, Х_уст, результаты расчетов занести в таблицу 1. Исследовать процессы отработки ступенчатого задающего воздействия и наброса нагрузки, контролируя величины U_я(t), i_я(t), ω(t). Постройте графики этих величин. Определите значения максимальной величины скорости ω_max, перерегулирование σ, установившееся значение скорости ω _уст, время регулирования t_p. Результаты занесите в таблицу 1.

2. Для привода с ПИ – регулятором и величин k_рс=10; k_рс=50 рассчитать величину k_и, обеспечивающую устойчивость привода (формула (7)). Повторите исследования по пункту 2. Результаты занесите в таблицу 2.

 

Таблица 1. Исследование привода с П – регулятором.

Огранич. u	Мс, Н∙м	kрс	u max, В	i max, A	ω max, с-1	u уст, B	i уст, A	ω уст, с-1
нет
есть

 

продолжение таблицы 1.

Огранич. u	Перерегулирование σ, %	Х уст расч., с-1	Х уст мод, с-1	t р, с
нет
есть

 

Таблица 2. Исследование привода с ПИ – регулятором.

Огранич. u	Мс, Н∙м	k рс	k и	u max, В	i max, A	ω max, с-1	u уст, B	i уст, A	ω уст, с-1
нет
есть

 

продолжение т аблицы 2.

Огранич. u	Перерегулирование σ, %	Х уст расч., с-1	Х уст мод, с-1	t р, с
нет
есть

 

 

Таблица 2. Исследование привода с ПИ – регулятором.

Огранич. u	Мс, Н∙м	k рс	k и	u max, В	i max, A	ω max, с-1	u уст, B	i уст, A	ω уст, с-1
нет
есть

 

продолжение т аблицы 2.

Огранич. u	Перерегулирование σ, %	Х уст расч., с-1	Х уст мод, с-1	t р, с
нет
есть

 

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

 

Таблица 3

Вариант	Двигатель

 

Примечание: Параметры двигателей приведены в приложении 1.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Цель работы.

2. Исходные данные.

3. Схема модели с П-регулятором.

4. Расчет величин ω_уст , Х_уст для модели с П-регулятором.

5. Графики U_я(t), i_я(t), ω(t) полученные на модели с П-регулятором.

6. Таблица 1.

7. Схема модели с ПИ-регулятором.

8. Расчет величин ω_уст , Х_уст, k_и для модели с ПИ-регулятором.

9. Графики U_я(t), i_я(t), ω(t) полученные на модели с ПИ-регулятором.

10. Таблица 2.

11. Вывод.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

 

1. Объясните принцип действия, достоинства и недостатки привода с П-регулятором.

2. Объясните назначение блоков структурной схемы рис. 4.

3. Объясните принцип действия, достоинства и недостатки привода с ПИ-регулятором.

4. Какое влияние оказывают величины , регуляторов на быстродействие и точность привода?

 

ЛИТЕРАТУРА.

 

1. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. – М.: Машиностроение, 1990.

2. Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. – М.: Высшая школа, 1979.

3. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – Параметры двигателей.

 

№	Тип двигателя	Мном, Н∙м	nном, об/мин	Рном, кВт	Uном, В	Iном, А	J, кг∙м2	Тм, с	Тя, с
	ПБВ-100М	7,16		0,75			0,01	10,3∙10-3	5,3∙10-3
	ПБВ-100L	10,5		1,1			0,013	7,6∙10-3	5,75∙10-3
	ПБВ-112S			1,1		31,5	0,035	13,2∙10-3	6,75∙10-3
	ПБВ-112M	17,5		1,1			0,042	10,1∙10-3	7,3∙10-3
	ПБВ-112L			1,1			0,049	8,6∙10-3	7,65∙10-3
	ПБВ-132М			2,2			0,188	14,2∙10-3	7,35∙10-3
	ПБВ-132L	47,7		3,0			0,238	12,3∙10-3	7,85∙10-3
	ПБВ-160М	76,4		4,0		78,5	0,242	8,5∙10-3	10,6∙10-3
	ПБВ-160L			5,5	78,5		0,242	7,9∙10-3	11,8∙10-3
	ПФВ-160S	143,2		7,5			0,194	9,9∙10-3	2,25∙10-3
	ПФВ-160M						0,242	8,5∙10-3	1,6∙10-3
	ДК1-1,7-100АТ	1,7		0,18			2,1∙10-3	25∙10-3	2,5∙10-3
	ДК1-2,3-100АТ	2,3		0,24		7,5	2,7∙10-3	20∙10-3	3∙10-3
	ДК1-3,5-100АТ	3,5		0,37		7,5	2,85∙10-3	15∙10-3	3,5∙10-3
	ДК1-5,2-100	5,2		0,55		6,5	3,9∙10-3	10∙10-3	5,3∙10-3
	ДПУ87-75-23	0,7		0,075		4,5	0,21∙10-3	9∙10-3	1,5∙10-3
	ДПУ127-220-1-30	2,1		0,22			2,8∙10-3	25∙10-3	3,2∙10-3
	ДПУ127-450-2-57	4,3		0,45			4,9∙10-3	15∙10-3	3,8∙10-3
	4ПБМ112МГ04	6,2				5,7	0,015	96,7∙10-3	5,9∙10-3
	2ПБМ112LГ04	6,11		0,9		10,1	0,018	68,8∙10-3	6,036∙10-3