Меню

Контур скорости электродвигателя и его настройка

9. Настройка контура скорости

Рис.9.1. Структурная схема контура скорости

При большом коэффициенте передачи разомкнутой системы, который необходим для обеспечения заданной точности, САР становится не устойчивой. Для обеспечения устойчивости необходимо введение корректирующего устройства.

Определение параметров корректирующего устройства можно провести аналитическим методом, исходя из условия, что постоянные времени регулятора должны компенсировать постоянные времени двигателя постоянного тока.

Введением интегро-дифференцирующего звена осуществляется подавление средних частот, чем достигается получение требуемой частотной характеристики ПУ.

Безразмерный параметр определяет степень подавления средних частот; изменяя его можно добиться устойчивости скорректированной системы.

Примем =0,001ТВ=T1, TC=T2

10. Оценка качества регулирования по кривым переходного процесса

Исследуем качество переходного процесса при ступенчатом изменении управляющего воздействия заданием скорости от 0 до 0,1 от номинального (рис. 10.1.).

По переходной характеристике определим величину перерегулирования и длительность переходного процесса

Для оценки качества регулирования в переходных режимах воспользуемся графиком переходного процесса при ступенчатом управляющем воздействии и скачкообразном набросе нагрузки от Mc=0.25Mcmax до Mc=Mcmax.(рис.10.2.) Время переходного процесса составляет 0,19 с.

Список литературы

1. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А.В.Шинянского.-М.:Энергоатомиздат, 1983.

2. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоиздат. Ленингр.отд-ние, 1982.

3. Зориктуев В.Ц. Автоматизированный электропривод металлорежущих станков: Учебное пособие. Уфа: УАИ, 1981.

4. Автоматизированный электропривод. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Автоматизированный электропривод», составители: Г.Н.Коуров, В.Ц. Зориктуев, УАИ, 1989 г.

5. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов.-6-е изд. Доп. и перераб. – М.:Энергоиздат, 1981.

Источник

6.2 Расчет параметров структурной схемы контура скорости.

В контур скорости рассматриваемой системы входят регулятор скорости, тиристорный преобразователь, якорная цепь двигателя и датчик скорости. Максимальное задание, подаваемое на регулятор, примем равным .

Рис.16 Структурная схема контура скорости.

Wрс(p)-передаточная функция регулятора скорости.

Wрт(p)-передаточная функция регулятора тока.

Wтп(p)-передаточная функция тиристорного преобразователя.

Wяц(p)-передаточная функция якорной цепи двигателя.

Wмех(p)-передаточная функция механической части.

Wдт(p)-передаточная функция датчика тока.

Wдс(p)-передаточная функция датчика скорости.

КЕ и КМ— конструктивные постоянные двигателя.

Uзад – задание напряжение на контур скорости.

ω – скорость механизма.

Читайте также:  Централизованные настройки яндекс такси

Для вычисления параметров регулятора скорости нужно преобразовать контур тока.

Приведём контур тока к виду , получим передаточную функцию упрощённого контура тока.

Убедимся, что переходная характеристика свёрнутого контура тока имеет незначительные отличия от переходной характеристики реального контура.

Рис.17 Структурная схема реального и свёрнутого контура тока.

Рис.18 Переходный процесс упрощённого и реального контура тока.

Как видно из рисунка, разницей между реальным и свёрнутым контуром можно пренебречь.

Если электромеханическая постоянная времени , много больше Тяц, что мы и видим из расчетов, то без заметного ущерба для точности расчетов обратной связью по ЭДС двигателя можно пренебречь.

Пренебрегая обратной связью по ЭДС и заменив реальную передаточную функцию замкнутого контура тока упрощенной, получим упрощенную схему контура скорости.

Рис.19 Упрощенная труктурная схема контура скорости

Wрс(p)-передаточная функция регулятора скорости.

Wкт(p)-передаточная функция замкнутого контура тока.

Wмех(p)-передаточная функция механической части.

Wдс(p)-передаточная функция датчика скорости.

Км-конструктивная постоянная двигателя.

а) Датчик скорости представляем апериодическим звеном с передаточной функцией:

;

где

(с).

Тогда получаем предполагаемую передаточную функцию датчика скорости в виде:

б) В структурной схеме механическую часть электропривода представляем интегрирующим звеном с передаточной функцией:

;

где =1790 Нм;

Тогда получаем предполагаемую передаточную функцию механической части в виде:

В) Для настройки контура скорости на симметричный оптимум используем пи-регулятор, который имеет передаточную функцию.

;

При настройке внешнего контура в системе подчиненного регулирования, регулятором компенсируем большую постоянную времени, которой является постоянная времени Тмех = Jпр = 1790 (c). А остальные постоянные времени, если они хотя бы на порядок меньше для упрощения настройки принимают как сумму малых постоянных времени. И звенья, содержащие данные малые постоянные времени заменяют одним передаточным звеном.

При таких соотношениях постоянных контура скорости расчет параметров ПИ-регулятора скорости можно осуществить по формулам:

;

Рис.20 Структурная схема упрощённого контура скорости

При подаче задающего импульса получаем переходной процесс, соответствующий настройке на симметричный оптимум (43 % перерегулирования).

Рис.22 Переходная характеристика контура скорости.

Рис.22-ЛАФЧХ контура скорости

а) Амплитудно-частотная характеристика.

б) Фазо-частотная характеристика

Из рисунков видно, что перерегулирование переходного процесса контура тока составляет 46%, запас устойчивости контура тока составляет 36 градусов. Следовательно, контур тока настроен на симметричный оптимум.

Для того, чтобы убедится в том, что настройка контура без учёта обратной связи по ЭДС и со свёрнутым контуром тока не сильно скажется на полном контуре, сравним контура.

Читайте также:  Настройка таймера механического суточного

Рис.24 Сравнение полного и упрощённого контуров скорости

Рис.25 Сравнение переходных процессов полного и упрощённого контуров скорости.

Как видно из рисунка, допущения сказались не сильно, соответственно настройка подходит и для полного контура скорости.

Источник

Делаем контур управления электродвигателем с заданием тока

Постановка задачи

Это вторая, итоговая статья. Напоминаю цель: есть двигатель постоянного тока. Задача — разработать, собрать и протестировать устройство, позволяющиее реализовать контур управления с заданием тока применительно к этому двигателю. Желаемое время переходного процесса на застопоренном двигателе (без противо-ЭДС) — не более 10мс.

Текст разбит на две статьи:

Желаемый результат

Вся система как чёрный ящик

Итак, вся затея состоит в том, что я хочу напрямую задавать силу тока, протекающего через мой двигатель. Если объединить контроллер и двигатель воедино, то я бы хотел получить примерно следующее:

Вот реакция подобного звена на единичное ступенчатое воздействие:

Это красивая экспоненциальная сходимость без разнообразных колебаний, поэтому такая форма и была выбрана. Постоянная тау в формуле τ I'(t) + I(t) = J(t) называется постоянной времени, это то время, за которое процесс достигнет 63% своего конечного значения при реакции на единичный скачок. Если определить время переходного процесса как время достижения 98% конечного значения, то это примерно 5 тау. В постановке задачи у нас время переходного процесса не должно превосходить 10мс, поэтому возьмём τ = 0,002.

Приоткроем чёрный ящик

На вход чёрного ящика подаём сигнал J(t), на выход получаем протекающий ток I(t). Внутри чёрного ящика два подъящика: двигатель со своим диффуром, связывающим напряжение на клеммах U(t) с протекающим через него током I(t), и непосредственно регулятор, который должен подавать напряжение U(t) в зависимости от задания тока J(t) и реально протекающего тока I(t).

Давайте скажем, что регулятор берёт на вход ошибку E(t) — это разница между желаемой силой тока и реальной, и на выход даёт напряжение U(t). Наша задача найти диффур, который связывает E(t) и U(t), тогда будет понятно, как программировать ардуину контроллера.

Итак, мы хотим, чтобы задание тока и реальный ток были бы связаны по выбранному нами закону:

Читайте также:  Sony xperia z3 compact настройка экрана

Применим к нему преобразование Лапласа (с нулевыми начальными значениями):

И составим следующую пропорцию:

На всякий случай, в теории управления эта пропорция называется передаточной функцией.

Определим ошибку E(t) как разницу между желаемой и реальной силой тока:

Для настройки контура тока зафиксируем вал двигателя, таким образом угловая скорость уходит из диффура двигателя:

В предыдущей статье мы вывели связь между напряжением на клеммах мотора и силой протекающего тока (при зафиксированном роторе):

Давайте поделим эту пропорцию на пропорцию из уравнения (1):

Почти закончили, осталось перейти от координат Лапласа к обычным временным. Для начала раскроем пропорцию:

Вооружившись таблицами преобразования Лапласа, можно увидеть следующее:

А это значит, что напряжение U(t) и ошибка задания E(t) должны быть связаны по следующему закону:

Таким образом, выбрав поведение всей системы как апериодическое звено первого порядка, мы получаем, что необходимый регулятор есть не что иное, как обычный ПИ-регулятор.

Воплощение в жизнь

Сишный код регулятора можно посмотреть тут. Программа вполне стандартная, единственное, что следует отметить, так это то, что у атмеги не хватает здоровья работать с плавающими точками. Поэтому вся работа ведётся с фиксированной точкой и целочисленными переменными.

Проверка работы регулятора

Для проверки работы регулятора зададим ему на вход меандр и синусоидальный сигнал.

Меандр

Вот тут можно взять данные эксперимента: из нулевого начального состояния зададим желаемую силу тока в I0=4А и измерим реально протекающий ток.

Затем давайте посчитаем на бумаге, по какому закону должен изменяться протекающий ток в таких условиях. Это один-в-один совпадает с тем, что мы делали в предыдущей статье:

Попробуем подобрать значение параметра, чтобы теоретическая кривая наилучшем образом аппроксимировала реальные данные и сравним с выбранной нами ранее постоянной времени. Код подбора параметра можно взять здесь.

Вот результат работы управляющего контура на полупериоде меандра:

Синусоидальный сигнал

На всякий случай вторая проверка, опять же, вычисления все взяты из предыдущей статьи. При синусоидальном задании силы тока I(t) должна меняться по следующему закону:

Вот результат работы управляющего контура на синусоидальном входном сигнале:

Источник