Исследование системы автоматического управления с комбинированным управлением

Цель работы: на основе математического моделирования оценить возможности САУ с комбинированным способом регулирования.

Задание на лабораторную работу: для привода руки робота используется реверсивный, замкнутый по скорости электропривод постоянного тока по системе ТП-ДПТ. Регулирование скорости двигателя постоянного тока (ДПТ) осуществляется изменением напряжения на якоре. Плавный разгон до номинальной скорости осуществляется с использованием задатчика интенсивности. Для компенсации скоростной ошибки применено комбинированное управление с передаточной функцией Wку (p)=b, охватывающее промежуточный усилитель Ку и регулятор скорости. Структурная схема изображена на Рис. 1.

Передаточные функции двигателя и тиристорного преобразователя принять в виде:

Wтп (р)=Ктп/(Tтпр +1); Wдпт (р)=(р)/Uд (р)=Кд/(TяTмр2 + Тмр +1);

Wдпт (р)=(р)/Мс (р)= - Rя (Tяр +1) /(СеФ)2(TяTмр2 + Тмр +1).

Рис.1— Структурная схема электропривода

Требуется:

Рассчитать величину Кдс, чтобы напряжение задания Uз для получения номинальной скорости не превышало 10В;

Настроить электропривод на модульный (технический) оптимум с использованием ПИили ПИД-регулятора. Построить л.а.х. и л.ф.х. разомкнутой скорректированной системы. Рассчитать параметры регулятора;

Рассчитать коэффициент компенсации b, обеспечивающий астатизм второго порядка по управлению;

Рассчитать величину постоянной заводки задатчика интенсивности, позволяющего плавно разгонять нагруженный электропривод с максимально-допустимым динамическим моментом. При этом принять Мс=Мн. ;

Определить установившееся значение скоростной ошибки, если момент нагрузки изменяется по закону Мс= 2t ;

Разработать математическую модель системы и используя любой математический пакет прикладных программ составить схему для исследования;

Провести экспериментальные исследования с использованием ЭВМ по п.п. 15.

преобразователь скоростной астатизм автоматический Практическая часть Технические данные электропривода:

Параметры тиристорного преобразователя и элемента сравнения: Ктп = 8;Tтп=0,002;Ку=4.

Для всех двигателей перегрузочная способность=Iдоп/Iн равна 2,4; LЯ=5.5 Uн/2pnнIниндуктивность якоря.

Расчет параметров системы производятся в MathCad14.

Расчетные формулы для определения параметров системы управления следующие:

=Iдоп/Iн =2,4;; (Гн).

(рад /с).

;

; (Ом).

;;; ;

(кгм2); (с); (c);

Требуемое значение коэффициента усиления датчика скорости.

;

Структурная схема ПИД-регулятора приведена ниже (рис.2).

Рис.2— Структурная схема ПИД-регулятора в SaYn и МВТУ.

Где: ks = (TяТм/Ти)s, K=Тм/Ти, К/s = 1/Тиs — параметры ПИД-регулятора.

; ;

Коэффициент компенсации b, обеспечивающий астатизм второго порядка по управлению, можно определить в соответствии с выражением:

1 — bктпкдкдс=0.

Величину постоянной заводкизадатчика интенсивности, позволяющего плавно разгонять нагруженный электропривод с максимально-допустимым динамическим моментом можно рассчитать из основного уравнения движения:

Мд — Мс = Jдd/dt, где: Мд = Iн (СмФ); Мс = Iн (СмФ); (СмФ)=(СеФ); d=н.

Тогда dt = tпуска.

Тогда время пуска:

.

Модель двигателя постоянного тока в зависимости от соотношения постоянных времени якорной цепи представляется или колебательным звеном, или апериодическим 2-го порядка, т. е.:

Wдпт (р)=(р)/Uд (р)=Кд/(TяTмр2 + Тмр +1)=Кд/(Т2р2 + 2Тр + 1) если 4ТяТм,.

где: , — параметры колебательного звена.

;

Структурная схема ДПТ для исследования влияния нагрузки может быть представлена в виде (рис.3):

Рис.3-Структурная схема ДПТ в SaYn и МВТУ

Где форс. — Rя (Tяр +1) /(СеФ)=.

Смоделируем САУ с применением пакета SyAn, МВТУ и MathCad14 и проведем экспериментальные исследования для подтверждения расчетов.

Рис. 4. Модель электропривода, спроектированная в пакете SyAn.

Рис. 5. Л.А.Х. и Л.Ф.Х. скорректированной разомкнутой системы в пакете SyAn

Для определения скоростной ошибки по моменту нагрузки необходимо взять передаточную функцию по ошибке от возмущающего воздействия без учета компенсирующего устройства по управляющему воздействию (рис.6).

Рис.6-Скоростная ошибка в SaYn.

Рис. 7. Переходный процесс по управлению в SyAn

Рис. 8. Переходный процесс по возмущению в SyAn

Рис. 9. Модель электропривода, спроектированная в пакете МВТУ.

Рис. 10. Л.А.Х. и Л.Ф.Х. скорректированной разомкнутой системы в пакете МВТУ.

Рис. 11. Скоростная ошибка в МВТУ.

Рис. 12. Переходный процесс по управлению в МВТУ.

Рис. 13. Переходный процесс по возмущению в МВТУ.

Рис. 14. Л.А.Х. и Л.Ф.Х. скорректированной разомкнутой системы в MathCad14.

Вывод рассчитали параметры САУ для привода с комбинированным управлением. Смоделировали САУ в пакете SyAn, МВТУ, MathCad14. Построили логарифмические амплитудные и фазовые характеристики, просмотрели переходные процессы по управлению и возмущению в скорректированной комбинированной системе.