Курсовая работа (т): Модернизация электропривода грузового лифта грузоподъемностью 2 тонны

Рисунок 10. Принципиальная схема датчика ЭДС и звена компенсации

На рис. 11 представлена структурная схема для абсолютных величин токов и напряжений, которая соответствует принципиальной схеме, показанной на рис. 10. При ее составлении было принято, что сопротивления R12 и R13 одинаковы.

Рис. 11. Структурная схема датчика ЭДС и звена компенсации для абсолютных величин

От структурной схемы для абсолютных величин перейдем к структурной схеме для относительных величин (рис. 12). На данной схеме показаны относительные коэффициенты датчиков напряжения и тока. При переходе от абсолютных величин к относительным величинам в передаточных функциях входных цепей операционных усилителей появляется сопротивление Rбр В передаточных функциях         цепей обратной связи операционных усилителей появляются обратные величины 1/Rбp

Рисунок 12. Структурная схема датчика ЭДС компенсации для относительных величин

Сопоставляя структурные схемы, показанные на рис. 9 и 12, получим соотношения между параметрами математической модели датчика ЭДС и звена компенсации в относительных единицах и параметрами элементов принципиальной схемы.

Необходимые коэффициенты передачи обеспечиваются при выполнении условий:

Требуемые значения постоянных времени обеспечиваются при выполнении условий:

Из записанных соотношений выразим и рассчитаем параметры элементов принципиальной схемы (сопротивления и емкости).

.2.2 Конструктивный расчет регулятора тока

На рис.13 показана принципиальная схема регулятора тока и его входных цепей. Регулятор тока выполнен на операционном усилителе DA1.Прдварительное включение в цепь обратной связи DA 1 сопротивления R1 и емкости С1 обеспечивает пропорционально-интегральный тип регулятора.

На входе усилителя DA 1 суммируются три сигнала приходящие по каналам задания на ток, обратной связи по току и по каналу компенсации ЭДС, путем суммирования токов I1 I2 и 13. В цепи задания на ток и в цепи Обратной связи по току установлены фильтры на элементах R2.R3.C2 и R4.R5 и С3 соответственно. Нелинейный элемент НЭ1 реализуется на стабилизаторах VD1 и VD 2.

Рисунок 13. Принципиальная схема регулятора тока и его входных цепей.

На рис. 14. представлена структурная схема для абсолютных величин токов и напряжений, которая соответствует принципиальной схеме, показанной на рис.13. При составлении структурной схемы предполагалось, что сопротивления R2 и R3 а также R4 и R5 одинаковы. От структурной схемы для абсолютных величин перейдем к структурной схеме для относительных величин (рис. 15)

Рисунок 14. Структурная схема регулятора тока и его входных цепей для абсолютных величин

Рис. 15. Структурная схема регулятора тока и его входных цепей для относительных величин

Составляя структурные схемы (см. рис. 8 и 15), получим, между параметрами математической модели регулирующей части контура тока в относительных единицах и параметрами принципиальной схемы.

Для обеспечения единичных коэффициентов передачи в каналах задания тока обратной связи по току и компенсации ЭДС должны выполняться условия:

Требуемые значения постоянных времени обеспечиваются при выполнении условий:

Из записанных соотношений выразим и рассчитаем параметры элементов принципиальной схемы (сопротивления и емкости).

.3 Расчет регулирующей части контура скорости

.3.1 Расчет параметров математической модели контура скорости

Однократная система автоматического регулирования скорости: анализ его свойств, методика синтеза регулятора скорости подробно рассмотрено в учебном пособии(5).

Рассмотрим структуру и выполним расчет параметров модели контура скорости, используя систему относительных едениц. Структурная схема контура регулирования скорости представлена на рис.26. Контур регулирования тока якоря при его настройке на модульный оптимум рассматриваем как одно звено с передаточной функцией (5). Контур скорости включает в себя звено регулятора скорости (РС), звено контура тока якоря (КТ), звено умножения на поток и звено механической части привода. Обратная связь по скорость при рассмотрении оптимальных величин принимаем единичной. На объект управления действует возмущающие воздействие - момент статического сопротивления, создаваемый нагрузкой на валу двигателя.

Рисунок. 16 Структурная схема контура регулирования скорости

При синтезе регулятора скорости считаем, что момент статического сопротивления равен нулю (режим идеального холостого хода двигателя). При условии mc=0 объект управления в контуре скорости

Передаточная функция регулятора скорости находится по условию настройки контура на модульный оптимум:

Получаем передаточную функцию П-регулятора. Коэффициент передачи регулятора скорости согласно (14)-(15) находится по формуле:

Однократная САР скорости является статической по возмущающему воздействию, поэтому в результате появления нагрузки на валу двигателя появляется статическая ошибка по скорости. Определим величину максимальной статической ошибки по скорости:

где mc - максимальный по модулю статический момент на валу двигателя в относительных единицах (см. нагрузочную диаграмму двигателя).

.3.2 Конструктивный расчет регулирующей части контура скорости

Принципиальная схема регулирующей части контура скорости представлена на рис.17. Регулятор скорости выполнен на операционном усилителе DA 4. Суммирование сигнала задания на скорость и сигнала обратной связи по скорости осуществляется путем суммирования токов I1 и I2. Включение в цепь обратной связи усилителя DA 4 сопротивления R16 обеспечивает пропорциональный тип регулятора. Стабилитроны VD 3, VD 4 регулируют нелинейный элемент НЭ2.

Рисунок 17. Принципиальная схема регулирующей части контура скорости

На рис. 18 показана структурная схема для абсолютных величин токов и напряжений, соответствующая принципиальная схема на рис. 21.

Рисунок 18. Структурная схема регулирующей части контура скорости для абсолютных величин

От структурной схемы для абсолютных величин перейдем к структурной схеме для относительных величин (рис. 19).

Рисунок 19. Структурная схема регулирующей части контура скорости для относительных единиц

Сопоставляя структурные схемы (16 и 19), получим соотношения между параметрами математической модели регулирующей части контура скорости в относительных единицах и параметрами элементов принципиальной схемы.

Для обеспечения единичных коэффициентов передачи в каналах задания скорости и обратной связи по скорости должны выполняться условия:

Для обеспечения требуемого коэффициента передачи регулятора скорости должно выполняться условие:

Из записанных соотношений выразим и рассчитаем сопротивления R14, R15 и R16.

.4 Расчет задатчика интенсивности

.4.1 Расчет параметров математической модели задатчика интенсивности

Задатчик интенсивности предназначен для формирования линейно изменяющегося во времени сигнала задания на скорость с определенным темпом. Структурная схема задатчика представлена на рис.20. Темп изменения выходного сигнала задатчика определяется уровнем ограничения Q нелинейного элемента (НЭ) и постоянной времени и интегратора (И).

Рис. 20. Структурная схема задатчика интенсивности

Определим параметры математической модели задатчика интенсивности в относительных единицах.

Темп задатчика:

Уровень ограничения нелинейного элемента (принимается): Q=0,9

Постоянная времени интегрирующего звена ЗИ:

Коэффициент передачи в линейного зоне нелинейного элемента (принимается): Кл=100

.4.2 Конструктивный расчет задатчика интенсивности

Принципиальная схема задатчика интенсивности представлена на рис. 21. Нелинейный элемент реализуется на операционном усилителе DA 7. Ограничение выходного сигнала обеспечивается за счет включения в цепь обратной связи усилителя DA 7, стабилитронов VD 5 и VD 6. Интегратор базируется на операционном усилителе DA 6. Емкость C7 в цепи в обратной связи операционного усилителя DA 6 определяет постоянную времени интегратора. Усилитель DA 5 предназначен для инвертирования сигнала, чтобы обеспечить отрицательную обратную связь, охватывающую нелинейный момент и интегратор (рис.24).

Рис21. Принципиальная схема задатчика интенсивности

На рис. 21 показана структурная схема для абсолютных величин токов опережений, соответствующая принципиальной схеме на рис. 20.

Рисунок 22.Структурная схема задатчика интенсивности для абсолютных величин

От структурной схемы задатчика интенсивности для абсолютных величин перейдем к структурной схеме для относительных величин (рис. 23).

Рисунок 23.Структурная схема задатчика интенсивности для относительных величин

Из сравнения структурных схем задатчика интенсивности (см.рис.20 и 23): получим соотношения между параметрами математической модели и параметрами элементов принципиальной схемы задатчика.

Для обеспечения требуемого коэффициента передачи в линейной зоне нелинейного элемента должно выполняться условие:

Остальные сопротивления в схеме задатчика должны быть таковы, чтобы обеспечить единичные коэффициенты передачи. Для этого должно выполняться следующие условие:

7. Основы теории систем подчиненного регулирования

Современные системы управления электроприводами строятся в большинстве случаев в виде многоконтурных систем подчиненного регулирования.

Рассмотрим теоретические положения, лежащие в основе синтеза структур, методов расчета и анализа свойств таких систем.

Обобщенная схема многоконтурной системы подчиненного регулирования

Регулирующая часть    | Силовая часть

Рис. 24. Обобщенная структурная схема многоконтурной системы подчиненного регулирования

В основе построения систем подчиненного регулирования (СПР) лежит определенное структурное представление объекта регулирования, т.е. силовой части электропривода. Обобщенная структурная схема многоконтурной СПР представлена на рис. 24

Объект регулирования представлен в виде цепи последовательно соединенных звеньев направленного действия, передаточные функции которых обозначены как

 i=1,……n

где n - количество звеньев модели объекта.

Разбиение модели объекта на звенья производится с таким расчетом, чтобы выходными величинами звеньев X1,... Хn оказались физические величины, представляющие интерес с точки зрения регулирования и контроля (ток якоря, скорость вращения двигателя, угол поворота вала и т.д.).

Регулирующая часть системы починенного регулирования строится следующим образом.

На входе объекта регулирования (или же на выходе регулирующей части) устанавливается фильтр, ограничивающий полосу пропускания системы и обеспечивающий ее помехозащищенность. Передаточная функция этого фильтра обычно представляется в виде:

где    - называется базовой или некомпенсируемой постоянной времени системы подчиненного регулирования.

.. Для каждой из регулируемых величин X1,...Xn

предусматривается замкнутая САР с регулированием по отклонению. Каждая САР снабжена индивидуальным регулятором, передаточная функция которого обозначается как

Таким образом, количество регуляторов СПР равно количеству регулируемых величин объекта.

Для формирования сигнала обратной связи в каждой из САР предусматривается датчик соответствующей регулируемой величины, передаточную функцию которого обозначим как

В первом рассмотрении примем =1

г.е. будем рассматривать систему с идеализированными датчиками, обеспечивающими безынерционные единичные обратные связи. Вопросы учета не идеальности датчиков будут служить предметом отдельного анализа, развивающего исходные принципиальные положения теории построения СПР.

Подобно звеньям объекта регуляторы соединяются между собой последовательно, но в обратном порядке по отношению к порядку связи звеньев объекта. Сигналы задания для каждой из регулируемых величин Х1...,Xn обозначены соответственно X1*……Xn*. Каждый последующий (по мере возрастания номера) регулятор вырабатывает задание для предыдущего регулятора. Так как в структуре САР можно выделить ряд последовательно вложенных друг в друга контуров, то общее название этих систем - многоконтурныс системы подчиненного регулирования.