Министерство  Образования Российской Федерации

Уфимский  Государственный Авиационный Технический  Университет 
 
 
 
 
 

Кафедра АТС 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка

 к  курсовому проекту по дисциплине 

«Электропривод в АСУ ТП» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент гр. АТП-517

Новопольцев М.Ю.

Проверил:        доцент каф. АТС,

к.т.н. Коуров Г.Н. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Уфа 2005

Задание на курсовое проектирование

По дисциплине «Промышленный электропривод» 

      Задание.

      Разработать самонастраивающуюся систему автоматизированного  электропривода с неизменными динамическими характеристиками во всём диапазоне изменения управляющих и возмущающих воздействий. 

      Исходные  данные.

      В электроприводе использовать двигатель  постоянного тока с независимым  возбуждением. Скорость двигателя может  меняться в процессе управления от нуля до двух номинальных значений. В первой зоне скорость изменяется за счёт регулирования напряжения якоря, во второй зоне скорость меняется за счёт регулирования напряжения обмотки возбуждения.

      Возможные отклонения напряжения промышленной сети могут составлять +10…-15 % номинального значения.

      Момент  нагрузки машины может изменяться в  пределах от М_хх до М_н, где М_хх – момент холостого хода, М_н – номинальный момент.

      Момент  инерции перемещающихся механических частей может изменяться в 2 раза. 

      Порядок выполнения работы. 

      Произвести  предпроектный анализ.

      Разработать техническое задание на СНС автоматизированного  электропривода. Утвердить его у  преподавателя.

      Составить функциональную схему СНС АЭП.

      Выбрать устройство для регулирования напряжения обмотки возбуждения.

      Разработать схему электрическую принципиальную СНС АЭП.

      Произвести  анализ и синтез САР СНС АЭП.

      Построить переходные процессы выходной координаты на скоростях 0.1; 0.9; 1.1; 1.9 номинального значения.

      Произвести  анализ переходных процессов и сделать выводы. 

      Требуемые результаты.

      Максимальное отклонение графика кривой переходного процесса выходной координаты системы электропривода от заданной на любой скорости двигателя не должно составлять более 5% текущего значения. 
 
 

Содержание. 

     Введение           4

1. Предпроектный анализ .................................................................................6

      1.1 ДПТ как объект управления....................................................................6

      1.2 Техническое здание ................................................................................11

      1.3 Моделирование объекта управления....................................................11

2. Разработка функциональной схемы САР...................................................18

3. Разработка структурной схемы САР..........................................................20

4. Анализ переходных функций......................................................................23

5. Разработка схемы электрической принципиальной.................................28

      Заключение...................................................................................................38

      Список  использованной литературы..........................................................39  

Введение. 

     В современном автоматизированном производстве электропривод играет очень важную роль. Его значение не ограничивается преобразованием электрической  энергии в механическую, хотя это  одна из основных функций, выполняемых  электроприводом в производстве. Электропривод – это основной конструктивный элемент металлорежущего станка.

      В машиностроительном производстве существуют противоречия между электронными системами  управления и механическими исполнительными  устройствами. Непосредственное управление механизмами станка от системы ЧПУ невозможно, поэтому электропривод выполняет дополнительные функции согласования системы управления со станком. Повышение технического уровня металлорежущих станков, в первую очередь, связано с совершенствованием характеристик и расширением функциональных возможностей электропривода.

      Электропривод позволяет эффективно решать сложные  и ответственные задачи, связанные  с повышением производительности, точности и автоматизации оборудования. В  приводе главного движения значительную роль играют двигатели постоянного тока с электромагнитным возбуждением с двухзонным регулированием.

      Существующие  системы автоматического управления характеризуются преимущественным использованием принципов подчинённого регулирования и расширением  практического применения адаптивного управления.

      Проблема  управления электроприводом в том, что на объект управления действуют  значительные возмущения, которые существенно  изменяют его свойства. Задача системы  управления автоматизированным электроприводом  заключается в компенсации возмущений и стабилизации свойств объекта управления.

      В данном курсовом проекте требуется  приблизить передаточную функцию объекта  управления при действии на него возмущений к передаточной функции при номинальных значениях путём применения самонастраивающейся системы автоматического управления.

1. Предпроектный анализ 

1.1 ДПТ как объект  управления при  двухзонном регулировании 

      Чтобы определить все внешние воздействия  и выходные координаты объекта управления представим его в виде модели:

 

Рис. 1 Модель электродвигателя 

  Для определения входных воздействий и выходных координат необходимо выполнить математическое описание объекта управления.

      Управляющие воздействия на электродвигатель можно  определить из уравнения механической характеристики:

где  U – напряжения питания якорной обмотки двигателя, В;

      Се  – электрическая постоянная двигателя;

      См  – механическая постоянная двигателя;

      Ф – электромагнитный поток возбуждения, Вб;

       - угловая скорость вращения  вала двигателя, рад/с;

      М – вращающий момент двигателя, Нм;

      R – сопротивление якорной цепи, Ом. 

      Так как требуется синтезировать систему автоматической регулировки (САР) скорости, то в качестве выходной координаты примем угловую скорость ω.

      По  уравнению механической характеристики видно, что управлять скоростью  вращения вала двигателя можно, изменяя  напряжение якоря и поток возбуждения (изменяя напряжение обмотки возбуждения). В первой зоне (от 0 до ) управление осуществляется по цепи якоря. Во второй зоне (от до ) – по цепи обмотки возбуждения. Теперь схему представленную на рис. 1 можно конкретизировать:

             

      Уравнения, связывающие поток возбуждения  с напряжением обмотки возбуждения:

      Уравнение электрического равновесия для обмотки  возбуждения:

где  U_в – напряжение питания обмотки возбуждения, В;

      I_в – ток обмотки возбуждения, А;

      R_в – сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

      L_в – индуктивность обмотки возбуждения, Гн.

где   - магнитная проницаемость железа;

       - магнитная постоянная, Гн/м;

      S – площадь полюса, м²;

      W_в – число витков обмотки возбуждения;

      L_в – длина магнитной силовой линии, м. 

      После того как определены управляющие  воздействия и выходные координаты, необходимо выделить все возмущения и построить с их учётом структурную схему двигателя постоянного тока. Для этого запишем уравнения электрического и механического равновесия для якоря двигателя. 

      Уравнение электрического равновесия для якорной  цепи:

где  Е – ЭДС самоиндукции якоря, В;

      

      I – ток якоря двигателя, А;

      L – индуктивность якорной цепи, Гн. 

     Уравнение механического равновесия якоря  двигателя:

где  

      Мс  – момент сопротивления, Нм;

      J – момент инерции механической части двигателя, кгм². 

      В качестве возмущающих воздействий  принимаем изменение момента  сопротивления, момента инерции движущихся частей механизма и напряжения промышленной сети..

     В качестве допущения принимается, что  двигатель работает в номинальном  режиме, следовательно, его температура устанавливается на уровне номинального значения. А значит, что сопротивление обмоток и магнитная проницаемость железа не изменяются.  

      По  приведённым уравнениям строится структурная  схема электродвигателя: 

Рис. 2 Структурная  схема электропривода 

      Для изменения управляющих координат  необходимо применить силовые преобразователи. Такими преобразователями могут  быть тиристорные преобразователи (ТП). При моделировании ТП, как  правило, описываются апериодическим звеном первого порядка. На его вход действует задающее напряжение цепи управления, а на выходе – напряжение питания силовой цепи. Возмущающее воздействие на ТП оказывает отклонение напряжения промышленной сети.

      Структурная схема объекта управления, которым выступает двигатель постоянного тока с силовыми преобразователями, имеет вид:

Рис. 3 Структурная  схема ОУ

 

1.2 Техническое задание на СНС АЭП

 
 

1. Наименование  устройства:

   Адаптивная система электропривода  с двухзонным регулированием скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.