Разработка структурной схемы САР

     Передаточная  функция регулятора ЭДС:

     

     Передаточная  функция РАК:

     

      Промоделируем полученную систему с помощью  Matlab:

Рис. 8 Переходные функции модели и системы 

4. Анализ переходных функций.

     Проанализируем  поведение системы при включеной  САР и системе самонастройки:

Рис. 9 Графики переходных функций при скорости Wн 

Рис. 10 Графики переходных функций при скорости 0.1Wн

 

Рис. 11 Графики переходных функций при скорости 2Wн 

Рис. 12 Графики переходных функций при скачкообразном изменении параметров на 5 секунде при скорости Wн 

     На  графиках хорошо видно, что во всём диапазоне регулирования динамические характеристики различаются не более чем на 5%. Поставленная цель достигнута. 
 
 
 
 

        

Рис. 17 Структурная схема СНС АЭП

5. Разработка схемы электрической принципиальной. 

      Для реализации электрической схемы  нам необходимо линеаризовать эталонную  модель объекта управления:

Рис. 18 Схема эталонной модели (ЭМ) 

      Вместо  блоков умножения поставим усилители с соответствующими коэффициентами усиления, получим:

Рис. 19 Определение передаточной функции усилителя 

      Передаточная  функция такой системы имеет  вид (на ОУ К140УД6):

      ,

     где, X1 – общее сопротивление первой цепи

     X2 – общее сопротивление второй цепи

     Разобьём  W_МОУ на 2 звена – апериодическое второго порядка и апериодическое звено первого порядка. Звено второго порядка представим в виде звена первого порядка охваченного обратной связью в которой стоит интегратор.

                  

Рис. 20 Линеаризованная схема эталонной модели 

     K₁=13.57

     K₂=1.1

     K₃=1

     T₁=0.015 c

     T₃=0.006 c

     В реализации на операционных усилителях:

Рис. 21 Реализация эталонной модели на усилителях К140УД6 

где

     R1=300 Ом

     R2=500 Ом

     R3=R4=R5=200 Ом

     C2=C3=30 мкФ

     С1=100 мкФ

     R10=10 кОм 

     После ЭМ сигнал идёт на растностный усилитель, где усиливается разница между  сигналом, подающимся на инвертирующий  вход и сигналом на неинвертирующем входе.

     

Рис. 22 Реализация сумматора на усилителях К140УД6 

     Усиление  здесь нам не нужно, поэтому выберем  номиналы сопротивлений одинаковыми:

     R6=R7=R8=R9=1 кОм

     Всего в схеме используется 7 разностных усилителей (сумматоров), которые расчитываются аналогично.

     R13=R14=R15=R16=1 кОм

     R19=R20=R21=R22=1 кОм

     R42=R43=R44=R45=1 кОм

     R52=R53=R54=R55=1 кОм

     R60=R61=R62=R63=1 кОм

     R68= R73=R74=R75=1 кОм 

      После сумматора сигнал поступает на регулятор  адаптивного контура (РАК), представляющий собой ПИ-регулятор с передаточной функцией

      

Рис. 23 Реализация ПИ-регулятора на усилителях К140УД6 

      R10/R11=100

      C4*R10/R11=0.1

     Отсюда

     C4=100 мкФ

     R10=1 кОм

     R11=10 Ом

      Сигналы с  РАК и регулятора скорости складываются, из них вычитается сигнал с датчика тока:

     

Рис. 24 РАК и регулятор скорости

     Как было сказано выше, резисторы R13-R16 и R19-R22 примем равными 1 кОм.

     Регулятор скорости на усилителе DA7 (ПИ-регулятор) имеет токоограничитель в виде симметричного стабилитрона VD1 и рассчитывается аналогично РАК (аналогично рассчитываются все ПИ-регуляторы).

     C5=6,3 мкФ

     R17=1 кОм

     R18=50 кОм

     Регулятор тока

     

Рис. 25 Регулятор тока 

     R23= 50 кОм

     R24= 1 кОм

     C6= 20 мкФ 

     С выхода регулятора тока сигнал попадает на тиристорный преобразователь, а  затем и  на двигатель. В качестве датчика тока якорной цепи используем сопротивление, подключенное (для обеспечения гальванической развязки) через оптрон.

       

Рис. 26 Схема гальванической развязки 

     DA10 – повторитель напряжения, R27 – резистор, задающий ток, протекающий через светодиод. VD3-VD6 – стабилитроны КС147А. I_ст=10 мА, значит:

     R27=10/0,01 = 1 кОм.

     R32=5/0.01=500 Ом

     R25=R26=1 кОм

      =>

     R28=(U_{оптрона}-U_{фоторезистора})/I_R28=100 кОм

      В гальванической развязке цепи обмотки  возбуждения применим аналогичные резисторы

     R37=R38=1 кОм

     R39=1 кОм

     R40=100 кОм

     R41=500 Ом

     Информацию  о скорости снимаем со встроенного  тахогенератора ТС-1М.

     Частота вращения номинальная (n_Н)  – 3000 об/мин

     Удельное  напряжение S      – 0,005 В/(об/мин)

     Сопротивление якоря номинальное (R_Н)  –  200 Ом

Рис. 27 Датчик скорости 

     Ёмкость фильтрующего конденсатора принимаем  С7=10 нФ.

     ЭДС тахогенератора при максимальной скорости вращения двигателя равно:

     

     R37=10 кОм

      Так как сигнал на выходе при номинальной  частоте вращения равен 10 В, то специального согласующего устройства не требуется. 

     Датчики тока якоря и тока обмотки возбуждения представляют собой резисторы, включенные последовательно в цепь питания. Учитывая, что в цепь ОС должно подаваться 10 В:

     RS1=10/3.58=2.8 Ом

     RS2=10/5,4=1.85 Ом

Шунты RS1 и RS2 типа ШСМ 75-10-0.5. 

      Сигнал  о величине тока обмотки возбуждения  снимается с шунта RS1 и после гальванической развязки попадает на сумматор (DA13), а затем на регулятор тока обмотки возбуждения (DA14).

Рис. 28 Сумматор и регулятор тока ОВ 

     По  аналогии с написанным выше:

      R46 = 100 Ом

      R47= 7 кОм

      C8 = 20 мкФ 

      Датчик  ЭДС представляет собой устройство для согласования и умножения  сигналов, получаемых с ДТ_ов и датчика скорости ( ). Операцию умножения можно заменить сложением если сигналы предварительно прологарифмировать, а после сложения проэскспонировать. Сделать это можно применив транзистор в цепи обратной связи усилителя. Выберем транзистор n-p-n типа КТ315Б  

Рис. 29 Схема логарифмирования скорости. 

     Ток эмиттера составляет 20 мА.

      

Рис. 30 Схема логарифмирования потока возбуждения. 

R50/R49=C_e=0.5

R49 = 500 Ом

R50 = 1 кОм

 

      После логарифмирования сигналы складываются (DA18) и потенцируются на ОУ DA19 и VT3.

Рис. 31 Схема датчика ЭДС.

       

      После умножения абсолютное значение сигнала вычитается из U_ОВ и результат рассогласования поступает на вход регулятора ЭДС.

Рис. 32 Схема регулятора ЭДС. 

      Резисторы R57-R63 по 1 кОм

      R64 = 1 кОм 

      R65 = 20 кОм

      С9 = 50 мкФ 
 

     Заключение 

     В результате выполнения курсового проекта  была разработана САР скорости вращения вала двигателя с неизменными динамическими характеристиками, обеспечивающая повышение точности регулирования. Полученная САР была промоделирована с использовнием пакета Simulink программного продукта Matlab 6.1, были получены графики переходных процессов, происходящих в системе, проанализированы точность и качество управления. Максимальная ошибка составила 4,5%, что меньше максимально допустимых 5%. На основе математической модели системы была спроектирована схема электрическая принципиальная данной системы автоматического регулирования скорости с перечнем элементов, входящих в неё. Цель, поставленная техническим заданием выполнена.

     Список  использованной литературы 

     1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учебное пособие для ВУЗов. – 2-е изд., доп. – М.:Высшая школа, 2000. 

     2.Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для ВУЗов. – Л.: Энергоиздат, 1982. 

     4. Елисеев В.А. Справочник по автоматизированному электроприводу.: Учебник для ВУЗов. – М.:Энергоатомиздат, 1983. 

     5. Лавриенко Ю.В. Справочник по полупроводниковым приборам. Изд. 8-е, перераб. Киев, Техника, 1977 

     6. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов: Учебник для ВУЗов. – М.:Машиностроение, 1990.