Курсовая работа (т): Анализ и синтез системы автоматического управления электропривода блюминга

Анализ и синтез системы автоматического управления электропривода блюминга

"Теория автоматического управления"

Анализ и синтез системы автоматического управления электропривода блюминга

Исходные данные

1.      Параметры элеткродвигателя

Р_н= 7100 кВт

U_н = 930 В

I_н = 8130 А

n_н = 30 мин^-1

R_я = 0.0036 Ом

J₁ =22850 кгм²

р_п = 8

γ = 1.1

Ω₁₂ = 31.4 с^-1

2.      Параметры системы автоматического регулирования

Элементная база системы УБСР-А

Т_m=0.005 с

Т_ф=0.0012-0.0015 с

U_пит=24 В

U_уmax=20 В

Реферат

Курсовая работа по дисциплине "Теория автоматического управления " на тему "Расчет и анализ систем автоматического управления".

Объектом разработки данной курсовой работы является система автоматизированного управления главного привода блюминга, выполненная по схеме подчинённого регулирования. Цель работы - разработка и исследование САУ по заданным критериям качества её работы.

Расчетно-пояснительная записка содержит 55 страниц, 22 рисунка,

литературных источников.

В процессе исследования САУ были определенны структурные схемы, коэффициенты передаточных функций элементов системы и их взаимосвязь.

Проведен анализ работы системы САУ на устойчивость. Выведены передаточные функции по управляющему и возмущающему сигналам. Даны рекомендации по коррекции САУ.

ПЕРЕХОДНОЙ ПРОЦЕСС, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ САУ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМИ, КОРРЕКЦИЯ.

Содержание

Введение

1. Описание схемы электрической принципиальной

2. Составление дифференциальных уравнений, определение передаточных функций и составление структурных схем элементов САУ

3. Определение параметров и передаточных функций регуляторов

.1 Регулятор тока якоря

.2 Регулятор скорости

. Составление структурной схемы САУ

. Определение передаточных функций САУ по управляющему и возмущающему воздействиям

. Исследование САУ на устойчивость

.1 Критерий устойчивости Гурвица

.2 Критерий устойчивости Михайлова

. Определение показателей качества САУ

. Моделирование САУ и оптимизация

Выводы

Список литературы

Введение

Эффективность средств производства, которыми располагает человечество в значительной степени определяется совершенством способов получения энергии, необходимой для выполнения механической работы в производственных процессах.

Электрический привод рождался в недрах века пара и прошел большой путь от первого электропривода, предназначенного для перемещения небольшого катера, осуществленного в 1838 г. Б. С. Якоби, до современного автоматизированного электропривода, приводящего в движение бесчисленное множество рабочих машин и механизмов в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в бытовой технике и автоматически управляющего их технологическими процессами. Благодаря возможности изготовления в широком диапазоне мощностей - от долей ватта до десятков тысяч киловатт - современный электропривод применяется в виде одиночного (индивидуального) электропривода каждого механизма, что упрощает кинематические цепи машин и облегчает задачу автоматического управления их рабочим процессом. В автоматизированном электроприводе нашли применение и получили дальнейшее развитие основные достижения современной техники управления - от новейших аппаратов до полупроводниковых приборов и управляющих вычислительных машин.

Электрический привод представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций, динамические нагрузки механического оборудования и ряд других факторов. С другой стороны, нагрузка механической части привода, условия движения ее связанных масс, точность передач и т. п. оказывают влияние на условия работы двигателя и системы управления, поэтому электрические и механические элементы электропривода образуют единую электромеханическую систему, составные части которой находятся в тесном взаимодействии.

В данной расчетно-графической работе нужно выполнить расчет САР главного электропривода блюминга.

Блюминг, блуминг (англ. blooming), высокопроизводительный прокатный стан для обжатия стального слитка большого поперечного сечения массой до 12 т и более в блюм. В некоторых случаях Б. используют для прокатки слябов, а также фасонных заготовок (для крупных двутавровых балок, швеллеров и др.). На металлургических заводах Б. - промежуточное звено между сталеплавильными и прокатными цехами, выпускающими готовую продукцию. На современных заводах Б. работают совместно с непрерывными заготовочными станами, которые выпускают заготовку для сортовых станов. Б. характеризуются диаметром прокатных валков и бывают: одноклетьевые - а) реверсивные двухвалковые (табл.) - дуо (большие 1300-1150 мм, средние 900-950 мм и малые 800-750 мм) и б) нереверсивные трёхвалковые - трио 800-750 мм; сдвоенные - из двух последовательно расположенных дуо-клетей с валками 1150 мм в первой клети и 1000-900 мм во второй; непрерывные - несколько последовательно расположенных нереверсивных дуо-клетей с валками 1000-800 мм; специализированные (одноклетьевые реверсивные дуо) 1400-1350 мм, выпускающие заготовку для широкополочных балок.

Рисунок 1 - Макет блюминга: 1 - рабочая клеть; 2 - верхний валок; 3 - манипулятор; 4 - универсальные шпиндели; 5 - главные электродвигатели.

В состав собственно Б. (рис. 1) входят: рабочая клеть, главные электродвигатели и механизмы, приводящие во вращение валки прокатные. В состав цеха Б. входит вспомогательное оборудование (мостовые краны, слитковоз, манипуляторы, рольганги) и ножницы для резки выходящей из Б. полосы на заданные размеры. Рабочая клеть состоит из двух литых стальных станин массой 60-105 т, которые установлены на фундаментных плитах (плитовинах); прокатных стальных валков и их подшипников; механизма для установки (подъёма и опускания) верхнего валка и механизма для смены валков. Общая высота рабочей клети достигает 7-9 м. Вращение валков осуществляется от электродвигателей постоянного тока. У Б. с одним электродвигателем механизм, передающий вращение валкам, состоит из двух универсальных шпинделей, шестерённой клети с двумя зубчатыми шестернями, расположенными одна над другой, и коренной муфты, сцепляющей ведущий вал шестерни с валом электродвигателя. В Б. новейшей конструкции каждый рабочий валок снабжен индивидуальным электродвигателем; в этом случае вращение передаётся через приводные валы и универсальные шпиндели.

Технологический процесс прокатки в цехе Б. включает: доставку горячих слитков на ж.-д.(железнодорожный) платформах из сталеплавильного цеха к нагревательным колодцам; подогрев слитков в вертикальном положении в колодцах до 1100-1300°С (в зависимости от марки стали); подачу каждого слитка на слитковозе к приёмному рольгангу Б.; взвешивание слитка и подачу его по рольгангу к валкам Б.; прокатку в 11-19 проходов с обжатием 40-120 мм за проход и промежуточными кантовками на 90° (кантовка и перемещение полосы вдоль валков осуществляются манипулятором). У полосы, поступившей к ножницам, отрезают передний и задний концы, после чего она передаётся на заготовочные станы. Часто полосу разрезают на отдельные блюмы или слябы, которые передаются рольгангами на холодильник и затем на склад. Выход блюмов и слябов составляет 85-90% массы слитков. Применение Б. позволяет разливать сталь в крупные слитки, повышает качество готового проката.

Система автоматического управления Б. состоит из отдельных автономных систем, каждая из которых управляет одним или группой механизмов и связана с вычислительной машиной. Последняя получает информацию о работе механизмов в процессе продвижения слитка вдоль линии Б. и корректирует параметры технологического процесса и режимы работы оборудования. Это позволяет увеличить производительность Б. за счёт более рационального ведения прокатки и обеспечивает лучшее качество металла; полнее используется оборудование Б.

1. Описание схемы электрической принципиальной

Рисунок 1.1 - Схема САУ подчинённого регулирования

Любая электромеханическая система состоит из электрической и механической части. К механической части относится ротор двигателя, приводной вал и рабочий орган (РО), непосредственно выполняющий работу в технологическом процессе. К электрической части относят якорную цепь, ТП, регуляторы координат, датчики координат и т. п.

2. Составление дифференциальных уравнений отдельных элементов системы управления и определение их передаточных функций

Дифференциальные уравнения элементов

Механическая часть электропривода как объект управления (двухмассовая расчетная схема):

Рисунок 2.1 - Двухмассовая кинематическая модель

Запишем систему интегро-дифференциальных уравнений для данной модели:

где, М - момент, развиваемый двигателем;

М_у - момент упругих сил;

М_с - момент сил статического сопротивления;

w₁ - угловая скорость двигателя;

С₁₂ - коэффициент жесткости вала;

J₁ - момент инерции вала двигателя;

J₂ - момент инерции рабочего механизма.

Запишем эту систему уравнений в форме Лапласа:

Электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения:

Рисунок 2.2 - Схемы двигателя постоянного тока независимого возбуждения: а) Электрическая принципиальная; б) Схема замещения.

Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением описывается сложными зависимостями.

При неизменном потоке возбуждения (Ф = Ф_н) регулирование скорости двигателя осуществляется напряжением на зажимах обмотки якоря. Основной движущей координатой привода является ток якоря двигателя.

По второму закону Кирхгофа, запишем дифференциальное уравнение для якорной цепи двигателя, исходя из схемы замещения:

где, I_я - ток якоря ДПТ;

U_я - напряжение на зажимах обмотки якоря;

R_я - сопротивление якоря;

L_я - индуктивность цепи якоря.

где, к = 0.25 - для компенсированных двигателей;

U_н - номинальное напряжение двигателя;

I_н - номинальный ток якоря ДПТ;

р - число пар полюсов;

ω_н- номинальная угловая скорость вращения якоря двигателя:

Непосредственно электромеханическое преобразование энергии осуществляется ротором (якорем) двигателя. Уравнение движения которого имеет вид:

где  - номинальный момент, развиваемый двигателем:

М_с - момент сил статического сопротивления:

- фиктивное значение тока, пропорциональное моменту сопротивления.

Тогда уравнение механического равновесия будет иметь вид:

Отсюда выразим уравнение для тока якоря:

Подставив последнее выражение в уравнение электрического равновесия, получим:

т. к.  и , то уравнение будет иметь вид:

где Т_М - электромеханическая постоянная времени;

Т_Э - электрическая постоянная времени.

Тиристорный преобразователь как объект управления:

Тиристорный преобразователь (ТП), работающий на нагрузку, можно представить как три основные части: СИФУ, собственно самого ТП и нагрузки. СИФУ предназначена для формирования фазового сдвига отпирающего импульса a (формируемого генератором импульсов ГИ), отсчитываемый от момента естественного отпирания тиристора в зависимости от управляющего напряжения U_У.

Расчет параметров тиристорного преобразователя при известных номинальных значения тока Iн и напряжения Uн приводного двигателя производится в следующем порядке.

Типовая мощность трансформатора:

Предварительно находим параметры трансформатора:

Расcчитаем значения фазного напряжения вторичной обмотки:

По величине мощности выбираем трансформатор согласно каталожным данным: тип ТРДТП - 25000/10Р-У2, S = 17980 кВА; U_1Л = 10 кВ; U_2Л = 0,95 кВ; 19000 Вт;  = 140000 Вт;  = 7 %, =0,7%.

Определяем номинальное значения напряжения и тока вторичной обмотки:

Тиристорный преобразователь представляет собой некоторый генератор, на выходе которого среднее значение выпрямленной ЭДС можно определить следующей зависимостью:

Е_do - максимальное значение выпрямленной ЭДС преобразователя (при угле регулирования равном нулю).

Для построения участка внешней характеристики ТП, не учитывающей режим прерывистого тока и с пренебрежением активного сопротивления якорной цепи воспользуемся выражением:

где Е_2ф - амплитудное значение фазной ЭДС преобразователя;