Современная промышленность и характеризуется непрерывным увеличением производительности машин и агрегатов, повышением качества выпускаемой продукции и снижением ее себестоимости. Большие скорости протекания производственных процессов и повышение требований к точности их выдерживания привели к широкому применению систем автоматического регулирования. Система автоматического регулирования должна обеспечивать поддержание на определенном уровне или изменение по заданному закону некоторых переменных характеристик в машинах и агрегатах без участия человека с помощью различного рода технических средств.
Проектирование систем автоматического регулирования можно вести двумя путями: методом анализа, когда при заранее выбранной структуре системы определяют ее параметры; методом синтеза, когда по требованиям к системе сразу же выбирают ее структуру и параметры. Оба эти способа получили широкое практическое применение.
В рассматриваются задачи анализа и синтеза линейных непрерывных систем, а также отдельные приложения теории линейных импульсных систем. В качестве основного метода исследования используется метод логарифмических частотных характеристик.
Проектирование системы автоматического регулирования на основе метода синтеза при регулярных воздействиях осуществляется в следующем порядке:
на основании технических условий определяется неизменяемая часть системы, т. е. совокупность объекта управления, исполнительных органов, измерительных устройств и регуляторов внутренних контуров регулирования и строится логарифмическая частотная характеристика неизменяемой части; по заданным показателям качества строится желаемая логарифмическая частотная характеристика разомкнутой системы; определяется тип и параметры корректирующих и усилительных устройств системы методом синтеза; выполняется анализ качества полученной системы; находят конструктивное решение корректирующих устройств и устанавливают окончательную структурную схему системы автоматического регулирования.
В курсовой работе все элементы неизменяемой части задаются.
Требуется провести исследование автоматизированного электропривода постоянного тока, функциональная схема которого представлена на рис. 1.
Схема включает два контура регулирования: внутренний – контур регулирования тока и внешний – контур регулирования скорости. В контур регулирования тока входят регулятор тока (РТ), преобразователь (ТП), звено, учитывающее электромагнитную инерцию двигателя постоянного тока (Д1), и датчик тока (ДТ).
Способы регулирования систем разработки нефтяных месторождений
... 6. 4 Способы регулирования систем разработки нефтяных залежей На основе контроля и анализа за разработкой и выявления расхождения проектных и фактических показателей разработки осуществляются мероприятия по приведению в ... сут и увеличивается по мере удаления фронта вытеснения до 75-80 сут. Полученный от применения метода эффект состоит в замедлении темпов снижения уровней добычи нефти, сокращении ...
Регулирование тока в контуре осуществляется регулятором тока РТ, который получает информацию о задачах управления iЗ от регулятора скорости РС (внешний контур регулирования) и информацию о результатах управления от датчика тока ДТ. Регулирование тока осуществляется в соответствии с пропорционально-интегральным законом управления регулятора тока. В контур регулирования скорости входят регулятор скорости РС, замкнутый контур регулирования тока, звено, учитывающее механическую инерцию двигателя постоянного тока (Д2), и датчик скорости ДС. Сигнал задания для системы в целом формируется задатчиком интенсивности (ЗИ), обеспечивающим необходимый темп изменения скорости. В остальном принцип функционирования контура скорости аналогичен контуру тока. При необходимости ограничение значений координат электропривода i и щ может осуществляться нелинейными обратными связями в соответствующих регуляторах.
На основании функциональной схемы электропривода составляется структурная схема системы (рис. 2), которая является основной исходной расчетной схемой. Структура и параметры регулятора скорости являются искомыми и определяются в процессе синтеза исходя из заданных показателей качества системы. К системе приложены воздействия: входной сигнал, определяющий значение скорости электропривода щЗ(t) (далее – управляющее воздействие); момент нагрузки, действующий на валу электродвигателя и представленного в виде статического тока iС(t) (далее – возмущающее воздействие); сигнал помехи N(t) на входе регулятора скорости (далее — помеха).
Проектируемая система должна обеспечить следующие показатели качества переходного процесса при щЗ(t) = 1(t):
- астатизм второго порядка;
- перерегулирование у ≤ (30-50) %;
- время достижения максимума tМ = (0,12-0,2) с;
- время переходного процесса tП = (0,25-0,4) с.
Данные для расчета:
- электромагнитная постоянная времени электропривода Тя = 0,02;
- электромеханическая постоянная времени электропривода Тм = 0,09;
- коэффициент датчика тока КДТ = 0,405;
- коэффициент преобразователя КП = 5,2;
- коэффициент датчика скорости КДС = 1;
- сопротивление якорной цепи с = 0,14;
- постоянная времени преобразователя ТП = 0,01;
- Все величины выражены в относительных единицах, в качестве базовой системы единиц выбраны номинальные данные электрооборудования и элементов системы управления.
Синтез системы автоматического управления является основной стадией проектирования, сущность которой заключается в таком выборе структуры системы, ее параметров и технической реализации, при котором обеспечиваются требуемые показатели качества регулирования. На этапе синтеза возмущающее воздействие полагается равным нулю.
Учитывая то обстоятельство, что структура системы задана рисунком 2, структурная схема при синтезе в общем виде может быть представлена следующим образом:
Статические и динамические характеристики электроприводов
... двигателя и системы , (1.8) где k – коэффициент для некомпенсированных двигателей – 0,6 Т я Т я Тя =0 (пуск, реверс, торможение, работа на пониженной скорости) Переходных ... 1. Электропривод с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения. 1.1. Исходные данные. Требуемая мощность двигателя: 1.2. Выбор электродвигателя. Согласно исходных данных электродвигатель постоянного тока параллельного ...
Рис.3. Структурная схема электропривода в общем виде
Для построения характеристик неизменяемой части, приводим эту часть системы к схеме, состоящей из последовательно соединенных типовых звеньев, путем структурных преобразований.
Рис.3. Исходная структурная схема неизменяемой части
Избавляемся от пересечения связей:
Рис. 4. Схема неизменяемой части без пересечения связей.
Заменяем встречно-параллельное соединение звеном, имеющим аналогичные характеристики:
,
и выносим звено датчика тока ДТ из обратной связи контура тока:
Рис.5. Упрощенная схема неизменяемой части.
Контур тока включает в себя следующие звенья:
- Форсирующее первого порядка: К = 1;
- T = 0,02;
- щ = 50;
- ц = arctg(T*щ);
- Интегрирующее: T = 0,3;
- щ = 3,3;
- ц = — р/2;
- Апериодическое: K = 5,2;
- T = 0,01;
- щ = 100;
- ц = arctg(T*щ);
- Колебательное: K = 1;
- T = 0,0424;
- г = 1;
- щ = 24;
- ц = — arctg(2*г*T*щ/(1-T2*щ2));
- Дифференцирующее: T = 0,643;
- щ = 1,56;
- ц = р/2;
- Пропорциональное: K = 0,405;
- ц = 0.
По данным коэффициентам звеньев строим логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики разомкнутого контура тока (АЧХ и ЛФЧХ).
После построения и суммирования ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого контура тока строятся характеристики замкнутого контура тока с использованием номограммы замыкания.
Окончательно характеристики неизменяемой части системы включают совокупность характеристик замкнутого контура тока Wзкт(р) и интегрирующего звена с параметрами: T = 0,26; щ = 3,85.
2.2. Построение желаемой частотной характеристики разомкнутой системы.
Важнейшим этапом синтеза является построение желаемой ЛЧХ системы, которая определяет показатели качества и точности процессов регулирования. Поскольку исследуемая система – минимально-фазовая, связь между показателями качества переходной функции и видом желаемой ЛАЧХ однозначна.
Низкочастотная часть желаемой характеристики обуславливает точность воспроизведения управляющего воздействия. Форма характеристики в низкочастотной части (0 < щ < щ1Н) соответствует астатизму второго порядка, то есть имеет наклон –40 дБ/дек.
Частоту щ1Н находим через время переходного процесса tПП и время максимума tМ:
рад/с.
Среднечастотная часть желаемой ЛАЧХ определяет показатели качества замкнутой системы. Среднечастотная часть характеристики с наклоном –20 дБ/дек имеет частотный диапазон в пределах щн < щ < щв. Этот диапазон включает частоту среза системы, которая рассчитывается через время максимума tМ:
Организационная характеристика кооператива
... Тип засоления – сульфатный. Сельскохозяйственный производственный кооператив «Докучаевский» расположен в Первомайском районе, ... характеристика предприятия Экономическая характеристика любого предприятия включает в себя различные системы ... доход(выручка) от реализации продукции, работ, услуг, тыс. грн 419,6 ... иногда пресным, но большей частью слабоминерализованными и среднеминерализованными. Для ...
рад/с.
Высокочастотная часть находится в пределах щв < щ < ∞ и не оказывает существенного влияния на показатели качества системы, поэтому для более простой реализации корректирующего устройства форму желаемой характеристики принимаем такой же, как и ЛАЧХ неизменяемой части в этой же области.
2.3. Синтез корректирующего устройства.
В соответствии с методом логарифмических частотных характеристик по ЛАЧХ неизменяемой части системы и желаемой ЛАЧХ определяется ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства (регулятора) и передаточная функция регулятора Wрс(р).
Проанализировав получившуюся характеристику получаем, что регулятор состоит из двух звеньев:
- Интегрирующее: T = 0,0167;
- щ = 60;
- ц = — р/2;
- Форсирующее первого порядка: К = 1;
- T = 0,1;
- щ = 10;
- ц = arctg(T*щ).
3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЁЖНОСТИ И КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ
В данном и следующем разделах производится анализ синтезированной системы управления, то есть рассматриваются вопросы устойчивости, качества и точности регулирования.
3.1. Определение запасов устойчивости.
Метод логарифмических характеристик даёт возможность сравнительно просто исследовать устойчивость линейной системы. По частотным характеристикам можно судить не только об устойчивости, но и о степени близости системы к границам устойчивости. Для этого обычно оценивают запасы по фазе и амплитуде.
Запасом устойчивости по фазе замкнутой системы называется максимально допустимое увеличение запаздывания по фазе на частоте среза, при котором система доходит до границы устойчивости.
Запасом устойчивости по амплитуде называется максимальное увеличение коэффициента усиления разомкнутой системы, при котором система доходит до границы устойчивости.
При проектировании автоматической системы рекомендуется выбирать запас устойчивости по фазе не менее 30°, а запас устойчивости по амплитуду – не менее 6 децибел.
Запас по фазе ∆ц = 43,5°, а запас по амплитуде ∆h = 12 дБ.
