Міністерство освіти І науки України Національний технічний університет України
Скачати 1.31 Mb.
|
| ^ Мета роботи: навчитись моделювати електричні машини – двигуни постійного струму як типові динамічні ланки лінійних автоматичних систем. 3.1. Завдання на роботу
^ В системах автоматичного керування та регулювання енергетичними системами, системами електроприводу, тощо широко використовуються електричні машини у якості об’єктів керування, проміжних підсилювачів-перетворювачів, інформаційно-вимірювальних елементів (датчиків). Двигуни постійного струму (ДПС). Контактні та безконтактні двигуни постійного струму завдяки зручності та гнучкості регулювання швидкості обертання та великим пусковим моментам знаходять найбільш широке застосування саме у системах автоматичного регулювання та керування поряд з транпортно-тяговими системами. Окрім того самі засоби керування (регульовані джерела постійного струму – генератори, електромеханічні підсилювачі, керовані випрямлячі-підсилювачі) набагато дешевші (у декілька разів) порівняно з універсальними перетворювачами частоти та характеру вихідної напруги. Тому розгляд процесів у таких двигунах, які можуть бути і об’єктами керування окремих систем та підсистем керування, і проміжними серводвигунами у окремих підсистемах, і підсилювачами-перетворювачами електричної енергії у механічну має практичний інтерес. Розглянемо базову систему рівнянь рівноваги таких двигунів по всім силовим колам: В системах безперервного (аналогового) керування найбільш поширені два методи регулювання: якірне, у якому керуючим вхідним сигналом є напруга на якорі (перше рівняння системи) та полюсне, у якому керуючим сигналом є напруга на обмотці збудження (четверте рівняння системи). Розглянемо побудову моделей для обох варіантів. ДПС при якірному керуванні. У цьому випадку найпростіша математична модель може бути одержана за умови припущення незмінності магнітного потоку, тобто виродження рівнянь 2 та 4, та умови припущення (близько до неробочого ходу), або , тобто постійного статичного навантаження. За цих умов, розглядаючи струм якірного кола як суму статичної та динамічної складової струму ія, а також потокозчеплення якірної обмотки як , можемо згорнути вироджену систему рівнянь: та одержати математичну модель у канонічній формі: де – коефіцієнт передачі (підсилення); та – електромеханічна та електромагнітна постійні часу. Подібний вузол, як відомо, має потенційно-коливальний характер перехідного процесу і відповідає типовій коливальній елементарній ланці, але ланці з типовою нелінійністю типу зони нечуттєвості (Dead Zone) і тільки за умови нехтування впливом напруги зрушення можна одержати лінійну найпростішу S-модель двигуна використовуючи блок передавальної функції (Transfer Fcn). При цьому сама передавальна функція буде мати наступний вигляд: . ДПС при полюсному керуванні. Загалом полюсне керування у системах автоматичного керування застосовують рідше з урахуванням обмеженого діапазону керування, суттєвій нелінійності, більшій залежності від зовнішніх факторів. Головна позитивна якість цього методу це зменшена потужність системи керування і відповідні техніко-економічні переваги. Загальна система рівнянь рівноваги у цьому разі структурно-нелінійна, оскільки окрім змінних коефіцієнтів, у першу чергу магнітного опору , у рівняння входять співмножники невідомих змінних типу та . Тому лінеаризація системи за умов максимального спрощення можлива тільки при розгляді малих прирощень, що дозволяє згорнути систему до передавальної функції: де у якості вхідних та вихідних сигналів розглядаються малі прирощення напруги збудження та частоти обертання відносно заданого усталеного режиму. ^ 1. Погодити з викладачем завдання щодо типу досліджуваних електромеханічних (або електротехнічних) об’єктів. Кожен студент має розглянути об’єкт згідно варіанту завдання. Варіанти завдань наведені в таблиці 2.1. 2. Для заданого об’єкту визначити систему рівнянь, що характеризує роботу даного об’єкту. Це зазвичай рівняння електромагнітної та механічної рівноваги. З одержаної системи рівнянь вивести математичні вирази для передавальної функції та її параметрів а саме: коефіцієнту підсилення і відповідних постійних часу. При виведенні виразу для передавальної функції необхідно чітко розуміти, яка величина для даного об’єкту є вхідною, а яка вихідною. Оскільки, як відомо . Так, наприклад, для ГПС, що працює в режимі неробочого ходу, вхідною є напруга збудження , а вихідною – ЕРС обмотки якоря . Обов’язково потрібно визначити тип передавальної функції згідно з табл.1.1. Таблиця 3.1 № варіантуДПС при якірному керуванніДПС при полюсному керуванні12345678910111213141516171819203. На основі експериментальних даних або, за їх відсутності, довільним чином визначити параметри (коефіцієнт підсилення і постійні часу) передавальної функції досліджуваного об’єкту. Потім, за допомогою пакету Simulink побудувати реакцію передавальної функції досліджуваного об’єкту на ступінчасту вхідну дію згідно алгоритму наведеного у попередній роботі. 4. Відповідно до алгоритму в системі MATLAB розрахувати та побудувати АФЧХ досліджуваних об’єктів. Зміст протоколу 1. Титульний лист. 2. Мета роботи. 3. Математичні моделі електромеханічних об’єкту який був досліджений у роботі згідно варіанту завдання. 4. Результати визначення рівнянь та параметрів (коефіцієнт підсилення і постійні часу) передавальної функції досліджуваного об’єкту. Обов’язково потрібно ідентифікувати тип знайдених передавальних функцій. 5. Зображення S-моделей та результати розрахунку в системі Simulink перехідних характеристик досліджуваного об’єкту у вигляді графіків, одержаних за допомогою блоку Scope. 6. Результати роботи у вигляді графіків та роздруків лістингів програми розрахунку АФЧХ для досліджуваних об’єктів. 7. Висновки по роботі. Контрольні запитання
|
