Автоматизированный электропривод - курсовой проект

NEW.CDW

Расчёт параметров регуляторов.doc

Расчёт параметров регуляторов
Примем L=10 Гн тогда R2=10 Ом
Примем С1=100 мкФ тогда R2=50 кОм
Примем L=1 Гн тогда R2=100 Ом

Спецификация.SPW

Расчёт параметров регуляторов.doc

Расчёт параметров регуляторов
Примем L=10 Гн тогда R2=10 Ом
Примем С1=100 мкФ тогда R2=50 кОм
Примем L=1 Гн тогда R2=100 Ом

Специфя.SPW

Zulja.cdw

1.FRW

zulja.doc

Министерство образования Российской Федерации
Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет
Кафедра Автоматизированных Технологических Систем
«Электромеханические системы»
Функциональная схема САР положения5
Выбор мощности электродвигателя6
Выбор и проверка электропривода7
Определение передаточной функции электродвигателя9
Определение передаточной функции датчика тока13
Определение передаточной функции датчика положения13
Определение передаточной функции тиристорного преобразователя14
Определения коэффициента разомкнутой системы15
Расчёт регулятора тока16
Расчёт регулятора скорости17
Расчёт регулятора положения20
Структурная схема САР 22
Исследование и анализ переходных процессов 23
Схема электрическая принципиальная 26
Список литературы ..27
По исходным данным необходимо:
Выбрать тип и рассчитать требуемую мощность электродвигателя с учётом переходных процессов при пуске торможении и изменении режимов работы двигателя;
В соответствии с исходными данными (мощностью диапазоном регулирования скорости и другими параметрами) выбрать тип преобразователя;
Разработать принципиальную схему силовой части электропривода;
По паспортным данным принципиальной схеме и характеристикам приведённым в приложении к данной методике рассчитать передаточные функции всех элементов электропривода (электродвигателя преобразователя и т.д.) и составить его структурную схему;
Исследовать устойчивость и качество переходных процессов.
Основные требования к оформлению работы
Пояснительная записка должна быть выполнена на бумаге формата А4 по ГОСТ 2.301-68 (графики и схемы можно выполнить на формате А3) в которой отражаются:
все проведённые расчёты;
принципиальные и структурные схемы электропривода выполненные в соответствии с ЕСКД;
графики переходных процессов;
список использованных источников.
Выбор того или иного типа преобразователя электродвигателя и т.д. должен быть обоснован.
Максимальный момент сопротивления механизма
Момент инерции механизма
Максимальное число позиционирования механизма
Максимальный коэффициент относительной продолжительности цикла
Максимальная погрешность позиционирования
Максимальная скорость перемещения механизма
Разработать электропривод следящей системы обеспечивающей заданную точность слежения механизма при максимальной скорости задающего сигнала и максимальном моменте сопротивления.
В современных условиях нельзя представить себе ни одного производственного механизма в любой области техники который не приводился бы в действие автоматизированным электроприводом.
Электроприводом называется электромеханическое устройство предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного либо поступательного движения и включающее электромеханический преобразователь (двигатель) и устройство управления двигателем.
Современные электроприводы металлорежущих станков являются основным звеном автоматизированных систем управления технологическим процессом. Механическая энергия необходимая для создания относительного перемещения инструмента и заготовки в основном поступает от электрического двигателя – силовой части электропривода. Задающие и информационные системы в технологическом процессе проходят через информационную часть системы управления электроприводом.
Свойства автоматизированного электропривода определяют важнейшие показатели металлорежущих станков а также качество и эффективность технологического процесса.
Приобретение навыков проектирования расчёта и анализа подобных систем имеет большое значение при подготовке специалистов в области автоматизации современного производства.
Цель данного проекта – разработать автоматизированный электропривод следящей системы обеспечивающей заданную точность слежения механизма при максимальной скорости задающего сигнала и максимальном моменте сопротивления.
Функциональная схема САР положения
Упрощённая функциональная схема САР положения приведена на рисунке:
Рис. Функциональная схема САР
РП – регулятор положения
ДП – датчик положения
РС – регулятор скорости
М – двигатель (механизм)
ТП – тиристорный преобразователь
ОВ – обмотка возбуждения
Выбор мощности электродвигателя
Выбор мощности электродвигателя произведём по методу эквивалентных величин.
По заданию максимальное число позиционирований механизма 100 в час а максимальный коэффициент продолжительности цикла равен 08. Тогда:
- минимальное время цикла.
Режим работы механизма повторно-кратковременный нагрузочная диаграмма выглядит следующим образом:
Рис. Нагрузочная диаграмма механизма
Относительный коэффициент продолжительности цикла:
где tp=tp1+tp2=2tp1 tp+to=Tц
Откуда tp=28.8 с tp1=tp2=14.4 c to=36-28.8=7.2 c.
Mcmax=100 Hm Mcmin примем равным 10% Mcmax тогда эквивалентное значение мощности момента для стандартного значения относительной продолжительности цикла 0.6 вычисляются по следующим формулам:
Мощность на валу механизма вычислим как произведение момента на скорость вращения: Pмехmax=100*2=200 Вт Pмехmin=10*2=20 Вт тогда:
Рэмех=164 ВтМэмех=82 Нм
Далее учитывая КПД редуктора 20% получим Рэдв=820 Вт. Выбираемый электродвигатель должен удовлетворять следующим условиям:
Рном дв >= Рэ двМном дв >= Мэ дв
Выбор и проверка электропривода
В качестве привода подачи выберем электропривод в состав которого входят следующие элементы:
-тахогенератор встроенный ПТ –I;
-трансформатор ТТ 6;
-тиристорный преобразователь рода тока ПТТР-230-100.
Технические данные двигателя ПБСТ 23 приведены в таблице 1
Таблица 1-Технические данные двигателя ПБСТ-23
Наименование параметра
Частота вращения n обмин
Мощность номинальная Рн Вт
Ток номинальный Iн А
Момент номинальный Мн Н м
Частота вращения мах nmax обмин
Кратность пускового тока InIp
Число пар полюсов 2p
Сопротивление якоря Rя Ом
Сопротивление дополнительной обмотки Rд Ом
Технические данные тахогенератора ПТ-1 представлены в таблице 3
Таблица3- Технические данные тахогенератора ПТ-1
Напряжение номинальное UнВ
Частота номинальная nн обмин
Мощность номинальная Pн Вт
Сопротивление обмотки возбуждения Rв Ом
Напряжение обмотки возбужденияUв В
Таблица 2-Технические данные трансформатора ТТ6
Мощность номинальная Рн кВА
Напряжение первичной обмотки Uв.н В
Напряжение вторичной обмотки Uн.н.В
Мощность холостого хода DPх.х. Вт
Мощность короткого замыкания DPк.з. Вт
Напряжение короткого замыкания Uк %
Ток холостого хода Iх.х. А
Технические данные тиристорного преобразователя ПТТР представлены в таблице 4
Таблица 4-Технические данные тиристорного преобразователя ПТТР 230-100
Напряжение номинальное Uн В
Ток длительный допустимый I длит.доп А
Ток максимальный допустимый I max.доп А
Мощность длительная Рдлит кВт
Рном дв >= Рэ дв 850 Вт >= 820 Вт
Передаточное число редуктора тогда момент сопротивления механизма приведённый к валу двигателя равен Мэдв=iред*Мэмех=1.274 Нм
Мном дв >= Мэ дв5.52 Нм >= 1.274 Нм
Выбранный электропривод подходит.
Определение передаточной функции электродвигателя
Двигатель постоянного тока при управлении изменением напряжения якоря представляют в виде следующей системы:
Рис. Структурная схема двигателя
Постоянную времени якорной цепи Тя определяют по следующей формуле:
где Lя.ц – индуктивность якорной цепи;
Rя.ц – сопротивление якорной цепи.
Индуктивность якорной цепи вычисляют по формуле:
где Lтр – приведенная индуктивность трансформатора:
Lя.д.- индуктивность якоря двигателя
Приведенную индуктивность обмотки трансформатора определяют по формуле:
где Zтр – полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора;
Rтр – приведенное активное сопротивление трансформатора.
Полное приведенное сопротивление обмоток трансформатора вычисляют по формуле:
где Uк – напряжение короткого замыкания;
Pн – номинальная мощность трансформатора;
Uн – номинальное напряжение вторичной обмотки.
Подставив численные значения получим:
Приведенное активное сопротивление трансформатора определяют по формуле:
где DPк.з.- потери при коротком замыкании.
Подставив значения в данную формулу получим следующее значение:
Подставив полученные значения в формулу (3) получим значение приведенной индуктивности обмотки трансформатора
Приведенную индуктивность трансформатора определяют по формуле:
Индуктивность якоря двигателя определяют по формуле:
Полное сопротивление якорной цепи вычисляют по формуле:
Сопротивление якоря двигателя:
где Rяц– сопротивление якорной обмотки;
Rд – сопротивление дополнительной обмотки;
Rк. – сопротивление компенсационной обмотки;
Rщ – сопротивление щеточного контакта.
Сопротивление щеточного контакта определяют по формуле:
Подставив значения в формулу (10) получим значение сопротивления якоря двигателя:
Динамическое сопротивление тиристора
где Uт=1В – классифицикационное падение напряжения на тиристоре;
Iт.н – среднее значение тока через тиристор при номинальном моменте сопротивления на двигателе.
Среднее значение тока через тиристор определяется по формуле:
Подставив полученное значение в формулу (13) получим:
Коммутационное сопротивление тиристора определяют по формуле
где m- число фаз преобразователя (для мостовой 3-фазной схемы m=6)
Подставив полученные значения в формулы (9) (1)(2) получим следующие результаты
Момент инерции двигателя (кг*м^2)
Расчёт момента инерции редуктора производится по следующей формуле:
Суммарный момент инерции приведённый к валу двигателя:
Тогда структурная схема двигателя:
Определение передаточной функции датчика тока
Передаточная функция определяется следующим образом:
где - падение напряжения на шунтовом сопротивлении
- номинальный ток двигателя.
Сигнал с датчика тока нужно подать на сумматор выполненный на базе операционного усилителя. Так как в обратную связь принято подавать 10 В то необходимо согласующее устройство:
Передаточная функция датчика тока с согласующим устройством:
Определение передаточной функции тахогенератора
Передаточная функция тахогенератора имеет вид
Так как в обратную связь принято подавать напряжение 10 В то необходим согласующий усилитель коэффициент усиления рассчитан ниже.
Определение передаточной функции датчика положения
Примем диапазон регулирования 180 градусов. Тогда учитывая что в обратную связь подаётся 10 В передаточная функция будет иметь вид:
Определение передаточной функции тиристорного преобразователя
Передаточная функция тиристорного моста вместе с системой импульсно-фазового управления СИФУ как правило апроксимируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Тт.п. от 0.006 с. до 001 с. что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы управляемого тиристорного выпрямителя.
где Uт.п – выходное напряжение тиристорного преобразователя;
Uу – напряжение подаваемое на вход СИФУ тиристорного преобразователя;
Кт.п – коэффициент передачи тиристорного преобразователя.
Следует отметить что коэффициент тиристорного преобразователя не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от величины управляющего напряжения.
Техническая реализация:
Определение коэффициента разомкнутой системы
В современных тиристорных приводах постоянного тока для улучшения статических и динамических характеристик системы в промежуточные усилители вводятся различные корректирующие цепи чем обеспечивается регулирование необходимых динамических свойств системы.
В системах позиционирования статическая ошибка определяется из выражения:
где К – коэффициент усиления разомкнутой системы;
Мс – приведённый момент сопротивления на валу двигателя
– жёсткость механической характеристики системы
Ошибка слежения при установившемся вращательном движении механизма с максимальной скоростью:
где мех max – максимальная скорость вращения механизма.
Суммарная ошибка не должна превышать заданной ошибки:
откуда подставив числовые значения:
необходимый коэффициент разомкнутой системы примем.
Расчёт регулятора тока
Рассмотрим контур тока:
Передаточная функция разомкнутого некорректированного контура тока имеет вид:
Соответствующие логарифмические характеристики:
Для уменьшения колебательности и времени переходного процесса в контуре применим интегро-дифференцирующий регулятор вида:
В результате характеристики полученной системы:
Реализация такого регулятора:
Расчёт регулятора скорости
Рассмотрим контур скорости:
Для нахождения передаточной функции разомкнутого контура преобразуем схему к виду:
Частотные характеристики такого контура имеют вид:
Как видно системе неустойчива т.к. на запас устойчивости по фазе порядка 6 градусов.
Для достижения нужных свойств в контуре скорости необходимо приподнять ЛАХ. Применим ПИ-регулятор передаточная функция которого:
Техническая реализация такого регулятора на базе операционного усилителя приведена на рисунке.
Применив такой регулятор получаем следующие логарифмические характеристики:
Как видно из графиков запас устойчивости по модулю порядка 25 дб по фазе порядка 70 градусов.
Расчёт регулятора положения
Логарифмическая амплитудная характеристика некорректированного контура положения приведена на рисунке:
Крс=0.873 но для обеспечения требуемой точности коэффициент разомкнутой системы должен быть равен 250. Тогда коэффициент усиления промежуточного усилителя будет равен Кпу=2500.873=285.
Тогда логарифмические характеристики:
Система стала неустойчивой т.к. ЛАХ пересекает 0 позже чем ЛФЧХ пересекает -180 градусов. Для достижения необходимых свойств САР нужно применить регулятор который изменил бы наклон ЛАХ не изменяя при этом Крс (коэффициент разомкнутой системы) и опустил кривую ЛЧХ. Таким регулятором может быть ИД-регулятор с передаточной функцией:
Применив такой регулятор в контуре положения получим следующие ЛАХ и ЛФХ:
Запасы устойчивости по модулю 12 дб по фазе 50 градусов.
Структурная схема САР положения
Структурная схема САР положения будет выглядеть следующим образом:
Исследование и анализ переходных процессов
При отсутствии момента сопротивления и подаче задающего напряжения 10 В соответствующего 180 градусам переходный процесс имеет следующий вид:
Время переходного процесса 4.5 секунды перерегулирование составляет 20%.
Пусковой ток порядка 10 А.
При появлении максимального момента сопротивления на 5 секунде график переходного процесса примет вид:
Как видно из графиков выходная координата отклоняется на 0.2 градуса что соответствует заданным параметрам качества (=0.5 градуса).
Современные автоматизированные электроприводы представляют собой сложные динамические системы включающие в себя линейные и нелинейные элементы обеспечивающие в своём взаимодействии разнообразные статические и динамические характеристики. При выполнении данного курсового проекта была освоена методика проектирования автоматизированного электропривода.
В результате проектирования был разработан автоматизированный электропривод следящей системы обеспечивающей заданную точность слежения механизма при максимальной скорости задающего сигнала и максимальном моменте сопротивления. Исследованы и проанализированы переходные процессы при различных режимах работы системы.
Спроектированная система удовлетворяет всем поставленным требованиям.
Справочник по автоматизированному электроприводу Под ред. В.А. Елисеева и А.В.Шинянского.-М.:Энергоатомиздат 1983.
Башарин А.В. Новиков В.А. Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоиздат. Ленингр.отд-ние 1982.
Зориктуев В.Ц. Автоматизированный электропривод металлорежущих станков: Учебное пособие. Уфа: УАИ 1981.
Автоматизированный электропривод. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Автоматизированный электропривод» составители: Г.Н.Коуров В.Ц. Зориктуев УАИ 1989 г.

Спецификация.SPW