Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Южно-Уральский государственный университет

Факультет «Энергетический»

Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок»

Синтез контура регулирования тока якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Теория нелинейных и импульсных систем регулирования»

Проверил, (преподаватель)
 _________ /Н.А. Горожанкин /
«__» _______ 2016г.

Автор работы
студент группы Э-376
 _________ /Е. . Максимов/
«__» _______ 2016г.

Курсовая работа защищена
с оценкой
 _________
«__» ______  2016г.

Аннотация

Е._. Максимов. Синтез контура регулирования тока якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения. – Челябинск: ЮУрГУ, Э-376, 27 с., 22 ил., 6 табл, библиогр. список – 3 наим., 1 прил.

Цель курсовой работы – выбор параметров регуляторов в контуре регулирования тока ДПТНВ, а также изучить влияние противо ЭДС двигателя на переходные процессы.

Для П и И регуляторов определены граничные значения коэффициента усиления и постоянной времени. Для ПИ регулятора определены из условий устойчивости область допустимых значений K и T. Также определены значения параметров различных видов регуляторов и сравнения их эффективности по полученным переходным процессам в программе MATLAB.

С помощью блока ограничения осуществлен разгон двигателя с заданным ускорением. Построены статические характеристики контура регулирования тока с пропорциональным и пропорционально-интегральным регуляторами.

Оглавление

Введение. 4

1   Исходные данные. 5

2   Расчёт параметров цепи якоря.. 7

3   Линеаризация статической характеристики преобразователя.. 8

4   Расчёт граничных параметров регуляторов тока.. 9

4.1    Передаточная функция схемы контура регулирования тока якоря (для П регулятора тока): 9

4.2    Передаточная функция схемы контура регулирования тока якоря (для И регулятора тока): 10

4.3    Передаточная функция схемы контура регулирования тока якоря (для ПИ регулятора тока): 11

5   Определение параметров регуляторов, обеспечивающих заданный показатель качества (по варианту – перерегулирование 5…10% при отработке задающего воздействия) 13

5.1    Параметры П регулятора. 13

5.1.1            С учётом противо ЭДС двигателя. 14

5.2    Параметры И регулятора. 15

5.2.1            С учётом противо ЭДС двигателя. 17

5.3    Параметры ПИ регулятора. 18

5.3.1            С учётом противо ЭДС двигателя. 20

6   Разгон двигателя с заданным ускорением.. 24

7   Статические характеристики контура регулирования тока с П и ПИ регуляторами.. 26

Библиографический список.. 27

Введение

Контур регулирования тока как самостоятельная подчинённая система регулирования очень часто используется в электроприводе и в источника вторичного электропитания. Основная его задача – ограничение тока на допустимом уровне для защиты силовых элементов от перегрузки по току и полное использование их по току в переходных режимах для повышения быстродействия системы.

В данной курсовой работе мы подберём параметры регуляторов тока и оценим показатели качества переходных процессов с разными контурами регулирования.

1          Исходные данные

Таблица 1

Исходные данные

№ варианта	Тип двигателя											Желаемый показатель качества переходного процесса
7	Д32	9,5	0,425	220	0,28	57	800	2	0,5	0,02	0,006	Перерегулирование 5…10% при отработке задающего воздействия

Рисунок 1. Функциональная схема контура регулирования тока якоря

Где UZ – тиристорный преобразователь, AQ – блок ограничения, AJ – регулятор тока, UA – датчик тока, RS – шунт, LM – обмотка возбуждения.

Рисунок 2. Структурная схема контура регулирования тока якоря

2          Расчёт параметров цепи якоря

Суммарная индуктивность якорной цепи:

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи:

Кратность тока короткого замыкания:

Номинальный момент двигателя:

Скорость холостого хода двигателя:

Механическая постоянная времени:

Так как  отбрасываем обратную связь якорной цепи.

3          Линеаризация статической характеристики преобразователя

Таблица 2

Статическая характеристика преобразователя

	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,2
	0	0,02	0,035	0,085	0,17	0,28	0,42	0,55	0,69	0,8	0,89	0,94	0,98	1

Рисунок 3. Линеаризация статической характеристики преобразователя

Линеаризуем, т.е. приведём к виду

Также заменяем , так как выполняется , где  – постоянная времени запаздывания.

4          Расчёт граничных параметров регуляторов тока

Произведя подстановку рассчитанных звеньев получим следующую структурную схему контура регулирования тока якоря

4.1       Передаточная функция схемы контура регулирования тока якоря (для П регулятора тока):

Для П регулятора делаем замену

Для П регулятора определим граничное значение коэффициента усиления K, для этого воспользуемся критерием устойчивости Гурвица:

Характеристический полином замкнутой системы:

Так как система имеет третий порядок, то она будет находиться на границе устойчивости при следующем условии:

Откуда

Проверяем:

Рисунок 4. Переходный процесс с граничным K

4.2       Передаточная функция схемы контура регулирования тока якоря (для И регулятора тока):

Для И регулятора делаем замену

Для И регулятора определим граничное значение постоянной времени T, для этого воспользуемся критерием устойчивости Гурвица:

Характеристический полином замкнутой системы:

Так как система имеет четвертый порядок, то она будет находиться на границе устойчивости при следующем условии:

Откуда

Проверяем:

Рисунок 5. Переходный процесс с граничным T

4.3       Передаточная функция схемы контура регулирования тока якоря (для ПИ регулятора тока):

Для ПИ регулятора делаем замену

Характеристический полином замкнутой САУ:

Для ПИ регулятора определим граничное значение постоянной времени T и коэффициента усиления K , для этого воспользуемся критерием устойчивости Гурвица:

границы области устойчивости будут при следующих уравнениях:

Коэффициенты получившегося характеристического полинома:

Откуда:

Рисунок 6. Область допустимых значений K и Т

5          Определение параметров регуляторов, обеспечивающих заданный показатель качества (по варианту – перерегулирование 5…10% при отработке задающего воздействия)

5.1       Параметры П регулятора

Рисунок 7. ЛАЧХ и ФЧХ с П регулятором

Рисунок 8. Переходный процесс относительно задающего воздействия

Рисунок 9. Переходный процесс относительно возмущающего воздействия

5.1.1    С учётом противо ЭДС двигателя

Рисунок 10. Переходный процесс относительно задающего воздействия с учётом противо-ЭДС двигателя

Рисунок 11. Переходный процесс относительно возмущающего воздействия с учётом противо ЭДС двигателя

5.2       Параметры И регулятора

Рисунок 12. ЛАЧХ и ФЧХ И регулятора

Рисунок 13. Переходный процесс относительно задающего воздействия

Рисунок 14. Переходный процесс относительно возмущающего воздействия

5.2.1    С учётом противо ЭДС двигателя

Рисунок 15. Переходный процесс относительно задающего воздействия с учётом противо ЭДС двигателя

Рисунок 16.  Переходный процесс относительно возмущающего воздействия с учётом противоЭДС двигателя

5.3       Параметры ПИ регулятора

Рисунок 17. ЛАЧХ и ФЧХ ПИ регулятора

Рисунок 18. Переходный процесс относительно задающего воздействия

Рисунок 19. Переходный процесс относительно возмущающего воздействия

5.3.1    С учётом противо ЭДС двигателя

Рисунок 20. Переходный процесс относительно задающего воздействия с учётом противо ЭДС двигателя

Рисунок 21. Переходный процесс относительно возмущающего воздействия с учётом противо ЭДС двигателя

Сравним эффективность некоторых корректирующих устройств последовательного типа по следующим параметрам δ – перерегулирование , h_max  - максимальное значение выходной величины,t_р – время регулирования, t_max  - время достижения максимального значения,для наглядности данные сведем в таблицу.

Таблица  3

Показатели качества при задающем воздействии

Таблица 4

Показатели качества при задающем воздействии с учётом противо ЭДС двигателя

Таблица 5

Показатели качества при возмущающем воздействии

Таблица 6

Показатели качества при возмущающем воздействии с учётом противо ЭДС двигателя

Проведя анализ таблиц мы выяснили, что наименьшую ошибку регулирования при задающем воздействии без учёта противо ЭДС – изодромное, с учётом – интегрирующее. Время регулирования наименьшее у пропорционального звена без учёта противо ЭДС, т.е. он обеспечивает наибольшее быстродействие системы.

6          Разгон двигателя с заданным ускорением

Выполним разгон двигателя с помощью блока ограничения, для этого рассчитаем параметры блока ограничения

Откуда , из расчётов ранее , следовательно, условие выполняется.

Рассчитаем электромеханическую постоянную времени

Рассчитаем ток якорной цепи

Рассчитаем напряжение на якоре max

Итоговая схема контура регулирования тока якоря

Рисунок 22. Переходный процесс разгона двигателя с БО

Из графика переходного процесса мы видим, что с заданным ускорением двигатель разгоняется за 1,2 секунды.

7          Статические характеристики контура регулирования тока с П и ПИ регуляторами

Библиографический список

1)    Мацин В.П., Теория автоматического управления: учебное пособие к семестровому и курсовому проектированию. – Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2010 -25 с.

2)    Гафиятуллин Р.Х., Маурер В.Г., Мацин В.П., Теория автоматического управления: учебное пособие. – Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2000 – 46 с.

3)    Усынин Ю.С., Теория автоматического управления: учебное пособие для вузов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010 – 176 с.