Приводящим электродвигатель постоянного тока, запитанного от тиристорного

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

Дисциплина: Теория управления

Тема: Расчет системы электропривода постоянного тока с полупроводниковыми преобразователями

Вариант №15

 

Выполнил студент гр. В4297/1:                                                  Батанин А.О.

                           (подпись)

 

                   Проверил проф.:                                                   Серов А.Е.

                                                                                   (подпись)

 

«»                                    2015 г.

 

Сосновый Бор

2015

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ЗАДАНИЕ.. 4

2. ТРЕБУЕТСЯ.. 5

3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 6

3.1. Функциональная схема управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по U, по I, по . 6

3.2. Структурная схема и расчет параметров ее отдельных элементов. 6

3.2.1. Передаточная функция регулятора. Расчет передаточной функции регулятора. 6

3.2.2. Передаточная функция двигателя. Расчет передаточной функции регулятора. 7

3.3 Расчет полной структурной схемы.. 9

3.3.1Преобразование полной структурной схемы. 9

3.3.1.1  Охват ТП отрицательной обратной связью (по напряжению): 9

3.3.1.2  Последовательное соединение звеньев  и : 10

3.3.1.3  Охват  обратной связью по току : 10

3.3.1.4  Сложение двух параллельных обратных связей: 10

3.3.1.5  Перенос сумматора и нахождение управляющей функции замкнутой системы по управлению: 11

3.3.2 Операторная передаточная функция замкнутой и разомкнутой системы по управлению: 11

3.3.3 Операторная передаточная функция замкнутой системы по возмущению: 12

3.4 Перерегулирование по управлению.. 13

3.5 Быстродействие системы (Время переходного процесса). 14

3.6Статическое падение скорости в разомкнутой и замкнутой системе. 15

3.6.1 Статические характеристики. 15

3.7 Проверка быстродействия системы. График. 16

3.8 Расчеты с использованием «MatLab». 18

3.8.1.    Задание полученных значений коэффициентов b0,a0-a3, d0- d3;с0-с2. Определение передаточной функции разомкнутой и замкнутой (по управлению и возмущению) 18

3.8.2.определение нулей и полюса замкнутой (по управлению и  возмущению) системы {команда: “zpk(Wzam)”} 20

3.8.3.найти поле нулей и полюсов замкнутой системы по управлению и возмущению.. 21

{команда: “[p,z]= pzmap(Wzam)”}; 21

3.8.4. построить годограф Найквиста и сделать вывод об устойчивости исходной системы {команда: “ nyquist(Wraz)”}. 22

3.8.5 определить характеристики Боде, частоты среза и автоколебаний { команда: “ margin(Wraz)”}; 22

3.8.6. График переходных процессов Ω=f(t),команды: t=[0: 0.001: 1]; [Ω,t]=step(Wzam*Uzad,t); plot(t,Ω),gridи t=[0: 0.001: 1]; [Ω,t]=step(Wraz*Ia,t); plot(t,Ω),grid. 24

3.9. Моделирование системы в SIMULINK.. 25

3.9.1. Моделирование по схеме и по передаточной функции. Сравнение графиков переходных процессов 25

3.9.2.Частотные характеристики с использованием линейного анализа в SIMULINK.. 27

3.9.2.1Годограф Найквиста. 27

3.9.2.2 Характеристика Боде. 28

3.9.3 График переходного процесса: Ω=f(t) при управлении и возмущении. 29

3.9.4. Проанализировать максимальные значения напряжения, тока и скорости и ввести соответствующие ограничения. Построить соответствующие графики. 30

 

 

 

ЗАДАНИЕ

   Задана система автоматического управления (САУ) с исполнительным механизмом приводимым электродвигателем постоянного тока, который питается от тиристорного преобразователя.

 

Рисунок 1 – система автоматического управления с исполнительным механизмом,

Преобразователя

 

Таблица 1- исходные данные для РГР по дисциплине «Электротехника и электроника» и Теория Управления:

№ варианта	Тип двиг.	РН	UH.	nN	Ia	Ra	rf	Jд	Режимы работы
-	-	кВт	В	об/мин	А	Ом	Ом	кгм2	-
15	П-61	6	220	945	33	0,34	153	0,13	Д-Н-Тп

 

 

ТРЕБУЕТСЯ

1) Составить функциональную схему управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по ,по , по .

2) В соответствии с функциональной схемой составить структурную схему и рассчитать параметры ее отдельных элементов (тиристорного преобразователя, двигателя постоянного тока, значения коэффициентов обратных связей).

3) Определить передаточные функции:

3.1) Разомкнутой системы.

3.2) Замкнутой системы по управляющему воздействию.

3.3) Замкнутой системы по возмущающему воздействию.

4) Рассчитать и построить статические характеристики системы по управлению и возмущению.

5) Используя MATHLAB, получить графики переходных процессов не скорректированной системы и качественные показатели переходного процесса.

6)Рассчитать параметры регулятора: “И” – регулятора, “ПИ” – регулятора, “ПД” – регулятора, обеспечивающих заданные показатели качества системы.

7) Используя Simulinkполучить графики переходных процессов скорректированной системы и качественные показатели переходного процесса.

1.1 Примечание:

1) Данные для расчета системы взять из задания на РГР по дисциплине “Электротехника и электроника”.

2) а) перерегулирование по управлению принять: ;

б)перерегулирование по возмущению: ;

в) время переходного процесса (быстродействие): .

3) Рекомендуемые значения коэффициентов обратной связи:

 - коэффициент обратной связи по напряжению;

 - коэффициент обратной связи по времени;

 - коэффициент обратной связи по скорости;

4) Требования по точности:

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Функциональная схема управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по U, по I, по .

Статические характеристики

Рис. Статистическая характеристика по управлению замкнутой системы

Рис. Статистическая характеристика скорректированной системы

Задание полученных значений коэффициентов b0,a0-a3, d0-         d3;с0-с2. Определение передаточной функции разомкнутой и                           замкнутой (по управлению и возмущению)

%Расчет САУ%

%Ввод данных%

a_0=0.000001785;

a_1=0.000831;

a_2=0.0334;

a_3=9.42;

b_0=17.53;

d_0=0.000001785;

d_1=0.000831;

d_2=0.0334;

d_3=8.11;

c_0=0.000056;

c_1=0.026;

c_2=0.84;

Ia=33;

Uzad=220.8;

 

%Передаточная функция разомкнутой САУ по управлению%

n=[b_0];d=[a_0 a_1 a_2 a_3];Wraz=tf(n,d)

% Передаточная функция замкнутой системы САУ по управлению%

n=[b_0];d=[d_0 d_1 d_2 d_3];Wzam=tf(n,d)

%Переходный процесс по управлению%

t=[0:0.001:1];[y_1,t]=step(Wzam*Uzad,t);plot(t,y_1),grid;

%Передаточная функция замкнутой САУ по возмущению%

n=[c_0 c_1 c_2];d=[d_0 d_1 d_2 d_3];Wvoz=tf(n,d)

%Переходный процесс по возмущению%

t=[0:0.001:1];[y_2,t]=step(Wvoz*Ia,t);plot(t,y_2),grid;

 

figure(3);

SUBPLOT(2,1,1),plot(t,y_1),grid;

SUBPLOT(2,1,2),plot(t,y_2),grid;

 

Transfer function:

                17.53

-----------------------------------------------

1.785e-006 s^3 + 0.000831 s^2 + 0.0334 s + 9.42

 

Transfer function:

                17.53

-----------------------------------------------

1.785e-006 s^3 + 0.000831 s^2 + 0.0334 s + 8.11

 

Transfer function:

    5.6e-005 s^2 + 0.026 s + 0.84

-----------------------------------------------

1.785e-006 s^3 + 0.000831 s^2 + 0.0334 s + 8.11

 

 

 

3.8.2.определение нулей и полюса замкнутой (по управлению и        возмущению) системы {команда: “zpk(Wzam)”}

%Нули и полюса замкнутой системы по управлению%

zpk(Wzam)

%Поле нулей и полюсов замкнутой системы по управлению%

[p,z]=pzmap(Wzam)

%Нули и полюса замкнутой системы по возмущению%

zpk(Wvoz)

%Поле нулей и полюсов замкнутой системы по возмущению%

[p,z]=pzmap(Wvoz)

 

Zero/pole/gain:

       9820728.2913

-------------------------------------

(s+446.4) (s^2 + 19.12s + 1.018e004)

 

p = 1.0e+002 *

-4.4643         

-0.0956 + 1.0043i

-0.0956 - 1.0043i

z = Empty matrix: 0-by-1

 

 Zero/pole/gain:

31.3725 (s+429.3) (s+34.94)

-------------------------------------

(s+446.4) (s^2 + 19.12s + 1.018e004)

 

p = 1.0e+002 *

-4.4643         

-0.0956 + 1.0043i

-0.0956 - 1.0043i

z =

 -429.3491

-34.9366

 

Вывод: Об устойчивости можно судить по тому что все корни меньше нуля и находятся в отрицательной полуплоскости,а это значит что система устойчивая.

Годограф Найквиста

Моделирование системы ТП-Д при помощи программы Simulink.

для исходной системы

.

Моделирование системы ТП-Д при помощи программы Simulink.

для режима автоколебаний когда характеристика проходит через -1

 

 

Характеристика Боде

Моделирование системы ТП-Д при помощи программы Simulink.

для исходной системы

Моделирование системы ТП-Д при помощи программы Simulink.

для режима автоколебаний

 

3.9.3 График переходного процесса: Ω=f(t) при управлении и возмущении.

при управлении

при возмущении

 

 

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

Дисциплина: Теория управления

Тема: Расчет системы электропривода постоянного тока с полупроводниковыми преобразователями

Вариант №15

 

Выполнил студент гр. В4297/1:                                                  Батанин А.О.

                           (подпись)

 

                   Проверил проф.:                                                   Серов А.Е.

                                                                                   (подпись)

 

«»                                    2015 г.

 

Сосновый Бор

2015

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ЗАДАНИЕ.. 4

2. ТРЕБУЕТСЯ.. 5

3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 6

3.1. Функциональная схема управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по U, по I, по . 6

3.2. Структурная схема и расчет параметров ее отдельных элементов. 6

3.2.1. Передаточная функция регулятора. Расчет передаточной функции регулятора. 6

3.2.2. Передаточная функция двигателя. Расчет передаточной функции регулятора. 7

3.3 Расчет полной структурной схемы.. 9

3.3.1Преобразование полной структурной схемы. 9

3.3.1.1  Охват ТП отрицательной обратной связью (по напряжению): 9

3.3.1.2  Последовательное соединение звеньев  и : 10

3.3.1.3  Охват  обратной связью по току : 10

3.3.1.4  Сложение двух параллельных обратных связей: 10

3.3.1.5  Перенос сумматора и нахождение управляющей функции замкнутой системы по управлению: 11

3.3.2 Операторная передаточная функция замкнутой и разомкнутой системы по управлению: 11

3.3.3 Операторная передаточная функция замкнутой системы по возмущению: 12

3.4 Перерегулирование по управлению.. 13

3.5 Быстродействие системы (Время переходного процесса). 14

3.6Статическое падение скорости в разомкнутой и замкнутой системе. 15

3.6.1 Статические характеристики. 15

3.7 Проверка быстродействия системы. График. 16

3.8 Расчеты с использованием «MatLab». 18

3.8.1.    Задание полученных значений коэффициентов b0,a0-a3, d0- d3;с0-с2. Определение передаточной функции разомкнутой и замкнутой (по управлению и возмущению) 18

3.8.2.определение нулей и полюса замкнутой (по управлению и  возмущению) системы {команда: “zpk(Wzam)”} 20

3.8.3.найти поле нулей и полюсов замкнутой системы по управлению и возмущению.. 21

{команда: “[p,z]= pzmap(Wzam)”}; 21

3.8.4. построить годограф Найквиста и сделать вывод об устойчивости исходной системы {команда: “ nyquist(Wraz)”}. 22

3.8.5 определить характеристики Боде, частоты среза и автоколебаний { команда: “ margin(Wraz)”}; 22

3.8.6. График переходных процессов Ω=f(t),команды: t=[0: 0.001: 1]; [Ω,t]=step(Wzam*Uzad,t); plot(t,Ω),gridи t=[0: 0.001: 1]; [Ω,t]=step(Wraz*Ia,t); plot(t,Ω),grid. 24

3.9. Моделирование системы в SIMULINK.. 25

3.9.1. Моделирование по схеме и по передаточной функции. Сравнение графиков переходных процессов 25

3.9.2.Частотные характеристики с использованием линейного анализа в SIMULINK.. 27

3.9.2.1Годограф Найквиста. 27

3.9.2.2 Характеристика Боде. 28

3.9.3 График переходного процесса: Ω=f(t) при управлении и возмущении. 29

3.9.4. Проанализировать максимальные значения напряжения, тока и скорости и ввести соответствующие ограничения. Построить соответствующие графики. 30

 

 

 

ЗАДАНИЕ

   Задана система автоматического управления (САУ) с исполнительным механизмом приводимым электродвигателем постоянного тока, который питается от тиристорного преобразователя.

 

Рисунок 1 – система автоматического управления с исполнительным механизмом,

приводящим электродвигатель постоянного тока, запитанного от тиристорного

Преобразователя

 

Таблица 1- исходные данные для РГР по дисциплине «Электротехника и электроника» и Теория Управления:

№ варианта	Тип двиг.	РН	UH.	nN	Ia	Ra	rf	Jд	Режимы работы
-	-	кВт	В	об/мин	А	Ом	Ом	кгм2	-
15	П-61	6	220	945	33	0,34	153	0,13	Д-Н-Тп

 

 

ТРЕБУЕТСЯ

1) Составить функциональную схему управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по ,по , по .

2) В соответствии с функциональной схемой составить структурную схему и рассчитать параметры ее отдельных элементов (тиристорного преобразователя, двигателя постоянного тока, значения коэффициентов обратных связей).

3) Определить передаточные функции:

3.1) Разомкнутой системы.

3.2) Замкнутой системы по управляющему воздействию.

3.3) Замкнутой системы по возмущающему воздействию.

4) Рассчитать и построить статические характеристики системы по управлению и возмущению.

5) Используя MATHLAB, получить графики переходных процессов не скорректированной системы и качественные показатели переходного процесса.

6)Рассчитать параметры регулятора: “И” – регулятора, “ПИ” – регулятора, “ПД” – регулятора, обеспечивающих заданные показатели качества системы.

7) Используя Simulinkполучить графики переходных процессов скорректированной системы и качественные показатели переходного процесса.

1.1 Примечание:

1) Данные для расчета системы взять из задания на РГР по дисциплине “Электротехника и электроника”.

2) а) перерегулирование по управлению принять: ;

б)перерегулирование по возмущению: ;

в) время переходного процесса (быстродействие): .

3) Рекомендуемые значения коэффициентов обратной связи:

 - коэффициент обратной связи по напряжению;

 - коэффициент обратной связи по времени;

 - коэффициент обратной связи по скорости;

4) Требования по точности:

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Функциональная схема управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по U, по I, по .