- •4. Практические расчеты и моделирование автоматических систем
- •4.1. Исходные данные и задание для расчета
- •Задание для исследования и моделирования системы
- •Принцип действия, элементы, функциональная и структурная схемы системы.
- •2. Исследование и моделирование линейной автоматической системы.
- •3. Исследование и моделирование нелинейной автоматической системы.
- •4. Программное обеспечение имитационного моделирования автоматической системы.
- •5. Анализ результатов исследования и моделирования.
- •4.2. Автоматическая система регулирования уровня жидкости в резервуаре
- •Данные для расчетов автоматической системы регулирования уровня жидкости в резервуаре
- •4.3. Автоматическая система регулирования давления в резервуаре
- •Данные для расчета и моделирования автоматической системы регулирования давления в резервуаре
- •4.4. Автоматическая система регулирования температуры
- •Данные для расчетов автоматической системы регулирования температуры
- •4.5. Автоматическая система стабилизации постоянного напряжения
- •Данные для расчетов автоматической системы стабилизации постоянного напряжения
- •4.6. Автоматическая система стабилизации тока
- •Данные для расчетов автоматической системы стабилизации тока
- •4.7. Автоматизированный электропривод постоянного тока
- •Данные для расчетов автоматизированного электропривода постоянного тока
- •4.8. Автоматическая система регулирования скорости
- •Данные для расчетов автоматической системы регулирования скорости
- •Автоматическая система регулирования скорости с нелинейной обратной связью по току
- •Данные для расчетов автоматической системы регулирования скорости
- •4.10. Следящий электропривод
- •Данные для расчетов следящего электропривода
- •4.11. Электромагнитный следящий привод
- •- Нелинейная индуктивность;
- •Данные для расчетов электромагнитного следящего привода
4.7. Автоматизированный электропривод постоянного тока
Функциональная схема системы показана на рис. 4.11. Система содержит: ЗН – задатчик напряжения; РН – регулятор напряжения; РТ – регулятор тока; УМ – усилитель мощности; М – двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ОВ – обмотка возбуждения; – напряжение питания обмотки возбуждения); ДТ – датчик тока; ДН – датчик напряжения; Ф – сглаживающий фильтр; ОР – объект регулирования.
Рис. 4.11. Функциональная схема автоматизированного
электропривода постоянного тока
Структурная схема системы приведена на рис. 4.12. На схеме обозначено:
– сигнал задания;
ε – ошибка регулирования;
– статическая характеристика пропорционального регулятора напряжения;
- коэффициент передачи регулятора напряжения;
- максимальное значение выходного напряжения пропорционального регулятора напряжения;
Рис. 4.12. Структурная схема автоматизированного электропривода
постоянного тока
- передаточная функция сглаживающего фильтра;
- постоянная времени фильтра;
– передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора тока;
, – коэффициент передачи и постоянная времени пропорционально-интегрального регулятора тока;
– выходной сигнал регулятора тока без учета ограничения выходного напряжения;
– нелинейная характеристика, отражающая ограничение выходного сигнала регулятора тока;
– выходной сигнал регулятора тока с учетом ограничения;
– коэффициент передачи усилителя мощности;
– выходное напряжение усилителя мощности;
r, L – активное сопротивление и индуктивность якорной обмотки двигателя;
i – ток двигателя;
c – конструктивная постоянная двигателя;
J – момент инерции механической нагрузки, приведенный к валу двигателя;
– угловая скорость вращения вала двигателя;
M() – зависимость момента нагрузки от скорости;
– начальное значение момента нагрузки;
– коэффициент пропорциональности;
– коэффициент обратной связи по току;
– коэффициент обратной связи по напряжению.
Исходные данные для расчета системы приведены в табл. 4.6.
Таблица 4.6
Данные для расчетов автоматизированного электропривода постоянного тока
Параметр |
Вариант |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
, B |
5 |
5 |
7,7 |
6 |
6 |
8 |
5 |
4 |
|
1,5 |
1,8 |
2 |
2 |
1,5 |
1,5 |
1.5 |
1,5 |
|
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
|
0,5 |
0,5 |
0,4 |
0,25 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,4 |
, с |
0,01 |
0,025 |
0,05 |
0,05 |
0,02 |
0,05 |
0,02 |
0,02 |
Окончание табл. 4.6
|
40 |
40 |
45 |
50 |
50 |
50 |
40 |
40 |
r, Ом |
0,08 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,05 |
0,1 |
L, мГн |
2 |
5 |
10 |
5 |
4 |
5 |
4 |
3 |
с, Вс/рад |
3 |
2 |
3 |
2 |
2,5 |
3 |
2 |
2 |
J, кгм2 |
2 |
1 |
1,5 |
1,5 |
2 |
2 |
0,8 |
1 |
, В/А |
0,075 |
0,05 |
0,05 |
0,025 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
0,06 |
|
0,025 |
0,025 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,04 |
0,04 |
, Нм |
10 |
5 |
5 |
25 |
5 |
5 |
5 |
3 |
, Нм/(радс)2 |
0,1 |
0,05 |
0,05 |
0,025 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
0,06 |
Примечания:
В табл. 4.6 приведены значения и , соответствующие рабочей точке.
Область устойчивости системы постройте в плоскости параметров , .
При оптимизации линеаризованной системы определите наилучшие по критерию минимума интегральной квадратичной оценки значения параметров ПИ-регулятора тока и .
При расчетах и моделировании линеаризованной системы определите динамические характеристики для скорости , тока i и напряжения u в зависимости от напряжения задания и момента нагрузки .
Для нелинейной системы определите статические характеристики:
зависимости скорости и тока i от напряжения задания при различных значениях ;
зависимости напряжения u, тока i и скорости от момента нагрузки при различных значениях .
Контрольные вопросы
Какую роль в системе играют нелинейности типа «ограничение» на выходах регуляторов напряжения и тока?
От чего зависит установившееся значение тока в системе?
Проанализируйте процессы в нелинейной системе при больших изменениях сигнала задания и момента нагрузки.
Как изменятся свойства системы, если в качестве регулятора напряжения использовать ПИ-регулирующее устройство?
Какое влияние оказывает коэффициент на статические и динамические характеристики системы?