Курсовая: Расчет САУ скоростью электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Расчет САУ скоростью электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 6581 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

11 7 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РБ БЕЛ О РУС С КАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАД Е МИЯ КАФЕДРА ЭАПУ и ТК КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ “ ТЕ ОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ” НА ТЕМУ: РАСЧЕТ САУ СКОРОСТЬЮ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА МИНСК 2008 СОДЕРЖАНИЕ Введение 1.Функциональная схема объекта управления 2.Математическая модель и определение параметров объекта управления 2.1.Математическая модель двигателя 2.2.Математическая модель преобразователя 3.Синтез САУ методом последовательной оптимизации контуров 3.1.Синтез контура регулирования тока 3.1.Синтез статического контура регулирования скорости 3.3.Синтез астатического контура регулирования скорости 4.Синтез САУ методом модального управления 4.1.Синтез САУ без улучшенных динамических показателей 4.2.Синтез САУ скоростью с улучшенными динамическими показателями 5.Синтез САУ с использованием наблюдателя 6.Синтез цифрового управляющего устройства 7.Проектирование принципиальной схемы управляющего устройства 7.1.Расчет принципиальной схемы управляющего устройства, синтезированного методом последовательной оптимизации 7.2.Проектирование принципиальной схемы методом последовательной оптимизации контуров 7.3.Проектирование принципиальной схемы с использованием наблюдателя Заключение ВВЕДЕНИЕ Основная задача управления электроприводами, работающими в режиме пуска, торможения и реверса, состоит в формировании диаграмм тока, обесп е чивающей заданное время переходных процессов. Основное назначение электроприводов, работающих в режиме автом а тической стабилизации скорости состоит в автоматическом поддержании ск о рости или существовании заданного закона изменения скорости с помощью определяемой требованиями технологического процесса. Техническими пар а метрами подобных систем являются электроприводы механизмов подач м е таллорежущих станков, обеспечивающих широкий диапазон регулирования и поддержания заданной скорости каждого механизма в отдельности и подде р жание з а данных соотношений скоростей этих механизмов. Большинство производственных электроприводов выполняется с наиболее простыми статическими системами регулирования. Для этих систем большое зн а чение имеет получение статических характеристик, обеспечивающих требуемую мощность в установившихся режимах. В современных системах широко прим е няются астатические системы регулирования, использующие принцип инвариан т н о сти. Для систем стабилизации скорости большое значение имеют показатели к а чества переходного процесса при возмущающем воздействии. Режим пуска и торможения являются не основными и к ним в отнош е нии быстродействия не предъявляются повышенные требования. В особую группу электроприводов следует выделить электрические пр и вода механизмов, для которых в одинаковой степени важны как режим авт о матической стабилизации скорости, так и режим пуска и торможения. К этой группе относятся механизмы, в которых время пуска, торможения и реверса соизмеримо со вр е менем установившегося режима движения. Как правило, структура современного электропривода, работающего в режиме автоматической стабилизации скорости, представляет собой замкн у тую контурную систему автоматического регулирования, содержащую главную регул и руемую обратную связь и дополнительные обратные связи. 1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ В качестве объекта управления используется управляемый полупрово д никовый выпрямитель, двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа 2ПН-132МУХЛ4. Вал двигателя соединен с тахогенератором. Выписываем из справочника параметры двигателя: P н=2,5кВт N н=1000 об мин; N м=4000 об мин; R я=0,27 Ом; R дп=0,2; L я.ц=5,7мГн; J д. =0,038 кг*м^2. Вентильный преобразователь представлен апериодическим звеном: ; T о=0,005с; п=25. Статические характеристики: Функциональная схема объекта управления представлена на рис.1.1. Здесь введены следующие обозначения: - управляемый преобразователь электроэнергии; - двигатель постоянного тока; - напряжение управления преобразователем; - выходное напряжение преобразователя (зависит от ); - угловая скорость электродвигателя. 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И определение ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 2.1 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ Схема замещения электродвигателя представлена на рис.2.1. На основании второго закона Кирхгофа для схем замещения можно з а писать уравнение: (2.1) где . На основании уравнения динамики: (2.2) где – полный момент - статический момент - суммарный момент инерции двигателя - угловая скорость электродвигателя При постоянном магнитном потоке ( ) справедливо: , ; где - конструктивные постоянные электродвигателя, которые в системе СИ отличаются на 2% т.е. их можно считать равными. Подставив в уравнение 2.1 и 2.2 имеющиеся значения получим: (2.3) (2.4) где - статический ток Уравнение 2.4 разделим на и умножим на : (2.5) Выведем: электрическую постоянную времени: (2.6) электромеханическую постоянную времени: (2.7) Подставим значения постоянных величин времени в уравнение 2.3 и в 2.5: ; Запишем уравнения в дифференциальном виде: ; откуда ; На основании двух последних уравнений составим структурную схему эле к тродвигателя (рис.2.2). 2.2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Полупроводниковый преобразователь представлен интегрирующим зв е ном с передаточной функцией: ; Такое представление отражает инерционные свойства выпрямителя, об у словленные дискретным характером его работы, управляемостью вентилей. Т.о. вычертим структурную схему объекта управления (рис.2.3). Выпишем передаточную функцию по заданию: Передаточная функция по возмущению: ; Рассчитаем номинальный ток и номинальную угловую скорость двигат е ля по следующим уравнениям: I н= P н/( н U н)=2500/(0.72*110)=31,6 A н= * n н/30=3.14*1000/30=104.7 рад/ c Сопротивление якорной цепи определяется: R яц= U щ/ I д.н= U щ/ I н=2/31.57=0.063 Ом R я.ц=1,26(0,27+0,2)+0,063=0,66 Ом L о=(1,2-1,4)* L я.ц=1,2*0,0057=0,00684 Ом R о=(1,2-1,4)* R я.ц=1,2*0,66=0,8 Ом Суммарный момент инерции системы: J =(1.2-2)* J о=1,4*0,048=0,07 кг/м^2 Определяем конструктивную постоя н ную: Се=( U н- I н* R я.ц)/ н=(110-31,57*0,66)/104.7=0.85 Определяем электромеханическую постоянную времени и электромагнитную постоянную двигателя: T м =JRo/ С e^2=0.07*0.8/0.85^2=0.078 c T=Lo/Ro=0.00684/0.8=0.0098 c 3 СИНТЕЗ САУ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ КО Н ТУРОВ Синтез – это определение структуры и параметров управляющего ус т ройс т ва, обеспечивающие заданные статические и динамические показатели. Существуют следующие методы синтеза систем автоматического упра в ления: - метод параметрической оптимизации контуров, - метод последовательной оптимизации контуров, - метод модального управления, - метод, основанный на теории оптимального управления. В данной работе рассматриваются метод последовательной оптимизации контуров и метод модального управления. Метод последовательной оптимизации контуров является более грубым (менее точным), т.к. он основан на радио допущениях. Причем синтез каждого контура рассматривается в отдельности без учета влияния их друг на друга. В настоящее время практически все электропривода рассчитываются данным методом. Структурная схема системы представлена на рис.3.1. Система автоматического управления скоростью двигателя включает в себя три контура: контур регулирования тока, здесь: - передаточная функция регулятора тока, - коэффициент обратной связи по току. km=10/(Im*Ro)=10/(2*31.57*0.8)=0.2 где · статический контур регулирования скорости - передаточная функция статического регулятора скорости. - сигнал задания для статического контура скорости · астатический контур регулирования скорости - передаточная функция астатического регулятора скорости. 3.1 СИНТЕЗ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА При синтезе контура тока принимаем допущение, что не учитывается внутренняя обратная связь по ЭДС двигателя. Структурная схема контура тока без учета обратной связи по скорости показана на рис. 3.2. На основании структурной схемы можно записать: Как видно из уравнения, регулятор тока компенсирует электромагни т ную постоянную двигателя, но вносит инерционность, вызванную постоянной вр е мени . Передаточная функция будет иметь вид: Характеристическое уравнение: Принимаем корни управления согласно техническому оптимуму: В соответствии с этим получим: прировняв коэффициенты при одинаковых степенях p получим: (3.1) (3.2) Подставив (3.1) в (3.2) получим: m =2 To п km =2*0.005*25*0.2=0.05 c m =1/(2*0.005)=100 tp . m 3/ m =0.03 c 3.2 СИНТЕЗ СТАТИЧЕСКОГО КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ Структурная схема контура показана на рис. 3.3. Передаточная функция контура регулирования тока имеет вид: , но , поэтому: (3.3) На основании структурной схемы и выражения 3.3 запишем передато ч ную функцию для статического контура регулирования скорости: При синтезе контура скорости опять делается допущение, заключающе е ся в том, что не учитывается коэффициент при старшей степени p, т.е. таким образом, передаточная функция будет иметь вид: . Характеристическое уравнение имеет вид: Приравняв коэффициенты при одинаковых степенях p получим: 1/2To=2 cc cc=1/2To=1/(2*0.005)=50 tpcc=3/ cc=3/50=0.06 =10/ U н=10/110=0,091 c = kmTm /4 To =(0.2*0.078)/(4*0.005*0.091)=8.6 c 3.3 СИНТЕЗ АСТАТИЧЕСКОГО КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СК О РОСТИ Структурная схема астатического контура регулирования скорости пок а зана на рис.3.4. Передаточная функция статического контура регулирования скорости имела вид: (3.4) На основании структурной схемы (рис. 3.4) и выражения 3.4 запишем: Передаточная функция: Делаем допущение, что коэффициент при старшей степени p равен нулю. p^2+(1/4To)p+1/(4To )=p^2+2 capp+2 ca^2 1/4To=2 ca ca=1/8To tpca=24To=0.12 1/(4 To )=2 ca ^2=1/(32 To ^2) =8 To =8*0.005=0.04 c Полная структурная схема системы автоматического регулирования ск о рости, синтезированной методом последовательной оптимизации контуров, п о казана на рис. 3.5. 4 СИНТЕЗ САУ МЕТОДОМ МОДАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ Термин «модальное управление» происходит от слова moda – свободное движение. Метод модального управления, как правило, используется для синтеза а с татических САУ. В статических системах существует зависимость между стат и ческими и динамическими свойствами системы, т.е. получив нужные динам и ческие свойства, статические могут оказаться неудовлетворительными. Аст а тические системы такой проблемы не знают, т.е. получив нужные динамич е ские свойства, статические получаются автоматически. Структурная схема представлена на рис. 4.1. Здесь - передаточная функция задатчика интенсивности, который преобразует ступенчатый сигнал в линейный и служит для формирования свойств системы по возмущению. 4.1 СИНТЕЗ САУ БЕЗ УЛУЧШЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗ А ТЕЛЕЙ Структурная схема данной САУ показана на рис. 4.2. На основании структурной схемы можно записать следующее: Передаточная функция данной системы будет иметь вид: Прировняв коэффициенты при одинаковых степенях p можно записать: Согласно теореме Виета характеристическое уравнение будет иметь вид: Зададимся распределением характеристических корней по Баттерворду: где Н – модуль (чем больше модуль, тем выше быстродействие системы); n – порядок уравнения; i – порядковый номер характеристического уравнения. Т.о. получим: Таким образом из вышеуказанного можно записать: Прировняв коэффициенты при одинаковых степенях p, получим: (4.1) (4.2) (4.3) (4.4) Из 4.1 получим: To =0.005 c T =0.009 c H =(1/0.005+1/0.009)/2.6=119.6 Из 4.2 получим: T м=0.078с п=25 k 2=(3.4*119.6^2*0.078*0.005*0.009-0.078-0.005)/(25*0.078)=0.045 Из 4.3 получим: k 1=(2.6* H ^3* T м* To * T -1)/ п=(2.6*119.6^3*0.078*0.005*0.009-1)/25=0.6 Из 4.4 получим: =0.091 ko =(119.6^4*0.078*0.005*0.009)/(25*0.091)=315.7 4.2 СИНТЕЗ САУ СКОРОСТЬЮ С УЛУЧШЕННЫМИ ДИНАМИЧ Е СКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ Структурная схема данной САУ показана на рис.4.2. Отличие данной схемы от предыдущей заключается в том, что в УУ д о полнительно вводится сигнал пропорциональной производной от выходного сигнала от задатчика интенсивности с коэффициентами и . На первый взгляд такая система является физически нереализуемой из-за наличия идеал ь ных дифференцирующих звеньев ( и ). Однако на практике дело обстоит иначе. Для получения информации о первой производной выходного сигнала ЗИ нет необходимости прибегать к операции искусственного дифференциров а ния. Эта информация может быть получена из самого ЗИ. Из структурной схемы можно записать: Знаменатель передаточной функции точно такой же, как и для предыд у щей системы, поэтому коэффициенты рассчитываются точно также. И они равны: Ro =0.8 Ом k 1=0.6 k 2=0.045 Здесь дополнительно необходимо рассчитать коэффициенты из у с ловия увеличения быстродействия системы, т.е. (4.6) Согласно теореме Виетта получим: (4.7) Быстродействие системы можно увеличить за счет компенсации одной пары комплексно-сопряженных корней. В данном случае корней р 1 и р 4 , т.к. они расп о ложены близко к мнимой оси. Условие компенсации корней р 1 и р 4 имеет вид: Отсюда можно получить: H =119.6 ko =315.7 ko 1/ 2=0.76 H 1=(0.76 H 2)/ ko =(0.76*119.6*0.022)/315.7=0.0063 В итоге получим: 5 СИНТЕЗ САУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАБЛЮДАТЕЛЯ Пусть объект управления описывается уравнением состояния, записанным в матричном виде: (5.1) , (5.2) где Х и U - это соответственно вектор состояния объекта управления и вектор управления; А и В - матрицы; Y - вектор измеренных координат объекта управления. В теории управления существует понятие управляемости и наблюдаемости САУ. Причем, если объект является управляемым и наблюдаемым, то он является и индетифицируемым. То есть по входному сигналу U и измеряемому значению У можно восстановить вектор состояния объекта управления Х. Условие управляемости и наблюдаемости имеет вид: ; (5.3) ; (5.4) То есть, ранг матрицы управляемости N y наблюдаемости N н должен быть равен порядку дифференциального уравнения (п), описывающего поведение объекта. Наблюдатели или идентификаторы могут быть разомкнутыми или замкнутыми. Алгоритм работы разомкнутого наблюдателя имеет вид: (5.5) ; (5.6) Здесь и - соответственно оценочное значение вектора состояния объекта управления и вектор выходных координат наблюдателя, то есть , а так же изменений коэффициентов матрицы А или неточного определения на этапе проектирования, такой наблюдатель обладает невысокой точностью измерения и на практике широкого распространения не получил. На практике распространение получили замкнутые наблюдатели, алгоритм функционирования которых имеет вид: ; (5.7) Уравнение (5.2) примет вид: ;(5.8) Соответственные значения матрицы ;(5.9) будут определять быстродействие наблюдателя. Обычно быстродействие наблюдателя принимают в несколько раз выше быстродействия САУ , которая замыкается через наблюдатель. Целью синтеза наблюдателя является определение коэффициентов матрицы L исходя из его быстродействия. Указанные коэффициенты можно определить методом теории модального управления. ; ; ; ; ; ; ; ; 12= /( 2 T м)=0,091/(0,022*0,078)=53; 2/ T =0.022/(0.091*0.009)=26.9; 22=1/T=111.1; 23= 2/ 1T=0.022/(0.0063*0.009)=388; 33=1/To=1/0.005=200; ; ; ; t рна =(0,2-0,4)*tpc=0.012; H на =6/t рна =1/0,012=500; 1=688.9; 2=(2 H ^2- 1 22- 33( 1+ 22)- 12 21/ 12=3950.1; 3=( H ^3- 1 22 33- 12 23( 21+ 2))/( 12 33)=95379608.5; Составим структурную схему наблюдателя. ; ; ; Согласно данным уравнениям строим структурную схему наблюдателя. 6 . СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Структурная схема САУ скоростью: Нам необходимо принять время обработки информации цифровым управляющим устройством. Примем мс. За это время информация на вх о де ЦУУ не изменится. Структурная схема цифрового управляющего устройства показ а на на рисунке 5.1. На основании структурной схемы можно записать: ; ; Так как система астатическая, то дополнительно вводится координата x o , с о гласно выражению где - задающее напряжение; - коэффициент главной отрицательной о б ратной связи по выходной к о ординате. Примем . Для свободного движения уравнения состояния объекта управления и п е р е ходя от изображения к оригиналам можно записать: Составим матрицы: Эталонная матрица отличается от матрицы А только строкой коэфф и ц и ентов Согласно nnbo =( п* / T )(1- /2 T )=(25*0.004/0.005)(1-0.004/2*0.005)=12 (5.1) ; ; ; откуда имеем: В процессе расчетов получим: . Коэффициенты матрицы можно определить, задавшись распр е делением собственных корней по Батерворту: . Согласно теореме Виетта можно записать: это также можно записать в матричной форме: Т.о. получим: . Подставив полученные значения в выражения 5.1 можно определить значения коэффициентов : 7 . ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА 7.1 Расчет принципиальной схемы управляющего устройства, синтезир о ванного методом последовательной оптимизации: СУПР – система управления преобразователем; ПР – силовая схема преобразователя; Задатчик интенсивности регулирования на операционных усилителях DA1 DA2 и DA 3 (релейные элементы и интегратор). УТ – усилитель тока, выполняет функцию потенциальной развязки в ы ходного сигнала с силовой схемой, так же выполняет функцию усилителя. Регулятор скорости реализован на усилителе DA2. Регулировка тока ре а лизована на усилителе DA5. Зададимся R 4 =R 3 =8 кОм. R 10 =R 11 =33 кОм. Для получения полного диапазона регулирования, т.е. максимальной скорости, сигнал на выходе DA 6 при насыщении DA 4 должен быть не менее 10В. Это условие можно записать в статическом режиме: ; ; ; ; ; ; ; ; Зададимся С 2 =0,13 мкФ. ; ; ; Инерционное звено R 6 - C 3 служит для фильтрации сигнала, для помехозащищенности Т ф = R 6 C 3 . 7.2 Проектирование принципиальной схемы методом послед овательной оптимизации контуров Регулятор тока реализован на DA 6, статический регулятор скорости - на DA 4, DA 2 и DA 7 - служат для инвертирования сигнала. Регулятор тока называется пи-регулятором. ; ; ; ; ; ; зададимся ; ; ; Регулятор скорости. Потенциометры с диодами служат для ограничения вых. напряжения статического регулятора скорости, т.е. ограничения напряжение задания тока. Для получения полного диапазона регулирования скорости, выходное напряжение на DA 6 должно превышать выходной сигнал датчика тока, поступающий на R 16 ; ; ; Условие выполняется: p ; ; ; ; Зададимся С 2 =2 10 -6 ф. 7.3. Проектирование принципиальной схемы с использованием наблюдателя. Усилитель DA 5 выполняет функции только инвертора: ; ; Сопротивление R 1 , согласно с требованием схемы, будет определяться коэффициентом l 3, т.е. ; Зададимся . Тогда ; ; ; Зададимся ; ; ; ; Зададимся ; Тогда . ЗАКЛЮЧЕНИЕ Оценим быстродействие системы, синтезированной методом модального управления и методом оптимизации контуров. Время регулирования астатического контура скорости t рса =24 T 0 . Время регулирования системы синтезированной методом модального управления t р му =6,8/ H . ; если ; ; ; Т.е. качество обработки линейного закона скорости выше в системе, синтезированной методом модального управления. САУ синтезированная методом модального управления является наиболее качественной.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Отслужил в армии, женился, построил дом, посадил сад, родил сына, а водку так купить и не может – 21 года нет!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по радиоэлектронике "Расчет САУ скоростью электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru