Курсовая работа "Анализ и оптимизация САР частоты вращения вала двигателя постоянного тока"

Название:
Анализ и оптимизация САР частоты вращения вала двигателя постоянного тока
Тип работы:
курсовая работа
Размер:
3,3 M
39
Скачать
Построение модели структурной схемы САР, оценка устойчивости разомкнутого контура. Стабилизация контура изменением параметров усилителя. Анализ частотных характеристик и предварительная коррекция САР, введение ПИ-регулятора в контур управления.

Краткое сожержание материала:

Анализ и оптимизация САР частоты вращения вала двигателя постоянного тока

Содержание

  • 1.1 Исходные данные
    • 1.2 Описание принципа действия САР
    • 1.3 Определение передаточных функций элементов САР
    • 1.4 Построение модели структурной схемы САР Используя среду VisSim'а и полученные выше данные, строим структурную схему и получаем передаточную характеристику (рис. 1.2).
    • 1.5 Оценка устойчивости разомкнутого контура
  • 2. Стабилизация САР
    • 2.1 Стабилизация контура уменьшением коэффициента усиления усилителя.
    • 2.2 Стабилизация контура изменением параметров усилителя и звена ОСН.
  • 3. Структурно-параметрическая оптимизация САР
    • 3.1 Анализ ЛАЧХ и ЛФЧХ стабилизированной в разомкнутом состоянии САР.
    • 3.2 Анализ частотных характеристик и предварительная коррекция САР
    • 3.3 Определение настроенных параметров ПИ-регулятора
    • 3.4 Введение ПИ - регулятора в контур управления
    • 3.5 Уточнение настроечных параметров ПИ-регулятора
  • 4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА САР
    • 4.1 Показатели качества переходного режима
    • 4.2 Показатели качества установившегося режима.
    • 4.3 САР ЧВ ДПТ осуществляет слежение и стабилизацию
  • 5. Заключение
  • 6. ЛИТЕРАТУРА
  • 1.Задание и исходные данные
  • Построить модель системы автоматического регулирования, исследовать ее, оптимизировать и оценить качество полученной системы

1.1 Исходные данные

Функциональная схема САР представлена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Функциональная схема САР

Усил - усилитель;

ТП - тиристорный преобразователь;

Генер - генератор;

ДПТ - Двигатель постоянного тока;

ТГен - тахогенератор;

ОбрСН - обратная связь по напряжению;

n - частота вращения;

u3 - напряжение задания;

Мс - момент сопротивления.

Описание принципа действия САР

Задачей данной системы автоматического регулирования является управление электродвигателем постоянного тока (регулировка количества оборотов вала электродвигателя в минуту). САР состоит из двух контуров с обратной связью.

Контур с местной обратной связью состоит из усилителя, тиристорного преобразователя, генератора и обратной связи по напряжению. Усилитель предназначен для усиления входного сигнала, перед подачей на тиристорный преобразователь, который служит для плавного пуска и длительного регулирования скорости вращения вала электродвигателя. Обратная связь по напряжению является местной обратной связью, позволяет оценить ошибку между необходимым напряжением, которое необходимо подать на электродвигатель и напряжением, которое подает генератор. В контур главной обратной связи входит тахогенератор, который преобразует частоту вращения вала в напряжение, он позволяет определить ошибку регулирования всей системы.

1.2 Определение передаточных функций элементов САР

N - номер варианта. N=73

У - усилитель моделируется апериодическим звеном с передаточной функцией:

ТП - тиристорный преобразователь моделируется апериодическим звеном с передаточной функцией:

ОбрСН - обратная связь по напряжению, инерционно-дифференцирующее звено:

ТХ - тахогенератор, усилительное (пропорциональное) звено:

Генератор

ДПТ - двигатель постоянного тока, колебательное звено. Его передаточная функция по каналу управления:

где:

1.3 Построение модели структурной схемы САР Используя среду VisSim'а и полученные выше данные, строим структурную схему и получаем передаточную характеристику (рис. 1.2)

Рисунок 1.2 - Модель исходной САР

Переходная характеристика исходной САР представляет собой колебательный процесс с увеличивающейся со временем амплитудой. Исходная САР неустойчива.

1.4 Оценка устойчивости разомкнутого контура

Для того чтобы оценить устойчивость разомкнутого контура, нужно смоделировать его в программе VisSim, для этого мы размыкаем схему на элементе тахогенератора и ставим его последним в схеме как показано на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 - Проверка устойчивости разомкнутого контура САР.

График переходной функции показывает, что разомкнутый контур неустойчив, поскольку его выходной сигнал представляет собой колебания с быстро увеличивающейся амплитудой. Для обеспечения выполнения необходимого условия практического применения критерия Найквиста, разомкнутую САР требуется стабилизировать.

Стабилизацию разомкнутого контура можно осуществить изменением параметров двух элементов: усилителя и звена обратной связи по напряжению.

2. Стабилизация САР

2.1 Стабилизация контура уменьшением коэффициента усиления усилителя

Изменяя коэффициент усиления усилителя, выведем контур на границу устойчивости (рис.2.1). Полученная передаточная функция усилителя выглядит следующим образом:

Рисунок 2.1- Переходная характеристика разомкнутого контура.

Коэффициент усиления уменьшен с 93 до 0.4. Разомкнутый контур близок к критическому, граничному режиму.

Теперь можно стабилизировать разомкнутую САР, обеспечив хотя бы минимальный, двукратный запас устойчивости контуру местной обратной связи. Для этого уменьшим коэффициент усиления усилителя вдвое (рис.2.2):

Рисунок 2.2 - Стабилизированная разомкнутая САР

Переходная функция устанавливается на уровне 65, что говорит об устойчивости разомкнутого контура САР, но величина усиления ее контура в 65 (19 дБ) только достигла минимальной границы усиления. Желательно иметь усиления разомкнутого контура 10 - 100 (20 - 40 дБ), а запас устойчивости по амплитуде 2 - 10 раз (6 - 20 дБ).

Таким образом, изменением только коэффициента усиления усилителя не удается получить удовлетворительных характеристик разомкнутого контура. Следовательно, требуется более глубокая стабилизация.

2.2 Стабилизация контура изменением параметров усилителя и звена ОСН

Устойчивость системы полностью не обеспечена, поскольку запас устойчивости сравнительно мал, как и не полностью удовлетворяет усиление всего разомкнутого контураПоэтому, во избежание возможных трудностей, которые могут возникнуть по окончательной коррекции САР, изменим и параметры звена ОСН.

Цель состоит в том, чтобы привести разомкнутый контур на границу устойчивости при значительном больше, чем 0.2, значении усиления усилителя, достигнутого на схеме рис. 2.1.

В результате подбора параметров остановимся на передаточных функциях равным:

Рисунок 2.2-Стабилизированыный разомкнутый контур

Итак, разомкнутая САР стабилизирована. Поэтому устойчивость замкнутой САР можно анализировать с помощью критерия Найквиста.

Поинтересуемся, окажется ли устойчивой замкнутая САР, разомкнутый контур только что стабилизирован. Для этого замкнем обратную связь и проверим, как поведет себя переходная характеристика САР:

Рисунок 2.3- САР после стабилизации разомкнутого контура

Как видно на рис. 2.3, установившееся значение переходной функции составляет примерно 4.1, равен точного значения, равного т.е. точность полученной системы удовлетворительна. Система устойчива и требует коррекции.

3.Структурно-параметрическая оптимизация САР

3.1 Анализ ЛАЧХ и ЛФЧХ стабилизированной в разомкнутом состоянии САР

Вернемся к разомкнутой САР рис 3.1. Частотные характеристики строятся именно для разомкнутого контура, а по ним можно судить об устойчивости замкнутой САР, пользуясь критерием устойчивости Найквиста.

Предварительная коррекция САР осуществляется посредством изменения и оптимизации значения коэффициента усиления разомкнутого контура.

Технически этот коэффициент можно менять, установив в схеме П-регулятор (усилитель - gain) между сумматорами и меняя его усиление, а контролировать его значение - по установившемуся значению переходной функции. Изменение коэффициента усиления контура приводит к вертикальным смещениям ЛАЧХ и не влияет на ЛФЧХ.

Стабилизированный разомкнутый контур САР.(рис 3.1)

Рисунок 3.2 - ЛАЧХ и ЛФЧХ. Стабилизированной САР в разомкнутом состоянии. Запасы устойчивости по фазе обеспечены а по амплетуде нет, равны по фазе 40°, по амплетуде 2дБ

3.2 Анализ частотных характеристик и предварительная коррекция САР

...