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 _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), (t). Постройте графики этих величин. Определите значения максимальной величины скорости _max, перерегулирование , установившееся значение скорости _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	М_с, Нм	k_рс	u _max, В	i _max, A	_max, с^-1	u _уст, B	i _уст, A	_уст, с^-1
нет
есть

продолжение таблицы 1.

Огранич. u	Перерегулирование , %	Х _уст расч., с^-1	Х _уст мод, с^-1	t _р, с
нет
есть

Таблица 2. Исследование привода с ПИ – регулятором.

Огранич. u	М_с, Нм	k _рс	k_и	u _max, В	i _max, A	_max, с^-1	u _уст, B	i _уст, A	_уст, с^-1
нет
есть

продолжение таблицы 2.

Огранич. u	Перерегулирование , %	Х _уст расч., с^-1	Х _уст мод, с^-1	t _р, с
нет
есть

Таблица 2. Исследование привода с ПИ – регулятором.

Огранич. u	М_с, Нм	k _рс	k_и	u _max, В	i _max, A	_max, с^-1	u _уст, B	i _уст, A	_уст, с^-1
нет
есть

продолжение таблицы 2.

Огранич. u	Перерегулирование , %	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 _уст, Х_уст для модели с П-регулятором.

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

6. Таблица 1.

7. Схема модели с ПИ-регулятором.

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

9. Графики U_я(t), i_я(t), (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	М_ном, Нм	n_ном, об/мин	Р_ном, кВт	U_ном, В	I_ном, А	J, кгм²	Т_м, с	Т_я, с
	ПБВ-100М	7,16		0,75			0,01	10,310^-3	5,310^-3
	ПБВ-100L	10,5		1,1			0,013	7,610^-3	5,7510^-3
	ПБВ-112S			1,1		31,5	0,035	13,210^-3	6,7510^-3
	ПБВ-112M	17,5		1,1			0,042	10,110^-3	7,310^-3
	ПБВ-112L			1,1			0,049	8,610^-3	7,6510^-3
	ПБВ-132М			2,2			0,188	14,210^-3	7,3510^-3
	ПБВ-132L	47,7		3,0			0,238	12,310^-3	7,8510^-3
	ПБВ-160М	76,4		4,0		78,5	0,242	8,510^-3	10,610^-3
	ПБВ-160L			5,5	78,5		0,242	7,910^-3	11,810^-3
	ПФВ-160S	143,2		7,5			0,194	9,910^-3	2,2510^-3
	ПФВ-160M						0,242	8,510^-3	1,610^-3
	ДК1-1,7-100АТ	1,7		0,18			2,110^-3	2510^-3	2,510^-3
	ДК1-2,3-100АТ	2,3		0,24		7,5	2,710^-3	2010^-3	310^-3
	ДК1-3,5-100АТ	3,5		0,37		7,5	2,8510^-3	1510^-3	3,510^-3
	ДК1-5,2-100	5,2		0,55		6,5	3,910^-3	1010^-3	5,310^-3
	ДПУ87-75-23	0,7		0,075		4,5	0,2110^-3	910^-3	1,510^-3
	ДПУ127-220-1-30	2,1		0,22			2,810^-3	2510^-3	3,210^-3
	ДПУ127-450-2-57	4,3		0,45			4,910^-3	1510^-3	3,810^-3
	4ПБМ112МГ04	6,2				5,7	0,015	96,710^-3	5,910^-3
	2ПБМ112LГ04	6,11		0,9		10,1	0,018	68,810^-3	6,03610^-3