Разрботка электропривода раската продольно-резательного станка

3.     Каждый внутренний контур управления подчинен следующему по порядку внешнему контуру, т.е. выходной сигнал регулятора любого внешнего контура является задающим для последующего, заключенного в него, контура. В итоге все внутренние контуры работают как подчиненные задаче регулирования выходной координаты системы.

4.     Ограничение любой координаты достигается ограничением ее задания, т.е. выходного сигнала регулятора, внешнего по отношению к рассматриваемому контуру.

5.     Синтез регуляторов СПР осуществляется методом последовательной коррекции (начиная с внутреннего контура и кончая внешним). Практически при выборе передаточной функции регулятора Wpi(p) i-го контура стремятся решить две основные задачи:

-       обеспечить за счет действия регулятора компенсацию наиболее существенных инерционностей объекта, входящих в данных контур, и тем самым улучшить быстродействие системы;

-       обеспечить определенный порядок астатизма данного контура за счет введения в регулятор интегрирующего звена.

Настройка системы производится путем последовательной оптимизации контуров регулирования. Каждый контур может быть настроен на симметричный оптимум и на оптимум по модулю, в основе которых лежит обеспечение вполне определенных показателей по выполнению, колебательности и точности системы автоматического управления, т.е. получение технически оптимального переходного процесса.

СПР имеют следующие достоинства:

1.     Простота расчета регуляторов каждого контура при настройке

2.     Высокие статические и динамические показатели, обеспечиваемые настройкой контуров регулирования по модульному или симметричному оптимумам.

3.     Простота ограничения промежуточных координат.

Основной недостаток - некоторый проигрыш по быстродействию.

9.1 Моделирование структурной схемы контура скорости.

Это последняя глава, так как контур скорости является дополнительным.

 

Рис.35 Структурная схема реального контура скорости

Wрс(s) – передаточная функция регулятора скорости;

Wрт(s) – передаточная функция регулятора тока;

Wтп(s) – передаточная функция тиристорного преобразователя;

Wяц(s) – передаточная функция  якорной цепи;

Wмех(s) – передаточная функция механической части;

Wдт(s) – передаточная функция датчика тока;

Wдс(s) – передаточная функция датчика скорости;

Ке и Км –  постоянные двигателя;

Uзад –задание на контур скорости;

ω – скорость механизма.

 

 

 

 

9.2 Моделирование упрощённого контура скорости.

 

Если электромеханическая постоянная времени много больше , то без заметного ущерба для точности расчетов обратной связью по ЭДС

двигателя можно пренебречь. Действие ЭДС приводит к снижению установившегося значения тока за счет приобретения контуром статических свойств, а также к возрастанию перерегулирования. Однако максимум тока в результате снижения его установившегося значения уменьшается. Пренебрегая при расчётах обратной связью по ЭДС мы не значительно искажаем в модель электропривода, но на практике может возникнуть необходимость в небольшой подрегулировке параметров регулятора.

Пренебрегая обратной связью по ЭДС и заменив реальную передаточную функцию контура тока на , получим упрощенную схему контура скорости:

 

Рис.36 Структурная схема упрощенного контура скорости.

 

Wрс(s) – передаточная функция регулятора скорости;

Wкт(s) – передаточная функция упрощенного замкнутого контура тока;

Wмех(s) – передаточная функция механической части;

Wдс(s) – передаточная функция датчика скорости;

Км – постоянная двигателя;

Uзад –задание на контур скорости;

ω – скорость двигателя.

Идентификация датчика скорости:

                                 

                                                                                         

где

Примем что датчик скорости безинерционный.

Тогда передаточная функция датчика скорости примет вид:

 

 

Выбор датчика скорости:

 

 

Инкрементальные датчики приращений (энкодеры) KUBLER предназначены для решения одной из наиболее актуальных задач; в области автоматизации и управления - измерения линейных и угловых перемещений. Высокая точность и энкодеров KUBLER определена оптическим методом измерений угла поворота и линейных перемещений.

KUBLER производит как относительные так и абсолютные энкодеры. Относительный энкодер существенно проще, основное же их различие в возможности абсолютного энкодера сохранять информацию о своем положении после отключения питания. Немаловажным фактором влияющим

на надежность работы любого датчика, в том числе и энкодера, являются рабочие и климатические условия его функционирования. Каждый энкодер фирмы Kubler имеет ряд исполнений (с классом защиты до IP66) для безотказной работы в различных условиях и температурах (до110°С). Как относительные, так и абсолютные энкодеры Kubler имеют два основных конструктивных варианта:

- с входным валом (соединение с ведущим валом выполняется через гибкую муфту)

- с входным отверстием (датчик сажается непосредственно на ведущий вал).

Исполнение с входным отверстием является более требовательным к уровню биений вала и несколько более дорогостоящим, но в случае когда требуется максимальная надежность и точность измерения, датчик такого исполнения оправдывает себя полностью и является оптимальным капиталовложением.

Напряжение питания датчиков и тип сопряжения датчика с выходным устройством в может быть как 5В так и 10-30В.

Число инкрементов на оборот может быть от 100 до 10000, в случае повышенных требований к точности возможно применение sin|cos датчика.

Ко всем датчикам KUBLER выпускается ряд дополнительных приспособлений для крепления датчика и его соединения с валом.

Инкрементальные энкодеры Kubler стандартных версий:

 

Версия	5800 Универсальные
Макс. скорость, об/мин	12000
Диаметр вала, мм	6 ... 10
Установочные размеры, мм	58 х 66
Макс. нагрузка, радиальная/осевая	80/40
Рабочая температура, С	-20 ... +90
Класс защиты	IP 65
Макс. разрешение, ppr	5000
Тип выхода	RS 422 или push-pull
Напряжение питания, В	5 ... 30
Тип подключения	Кабель или разъем
Максимальная частота (кГц)	300

 

 

Передаточная функция механической части.

    В структурной схеме механическая часть электропривода представлена интегрирующим звеном с передаточной функцией:

                                                                                                  

 

 

Синтез регулятора контура скорости.

 

Для настройки контура скорости на симметричный оптимум используем ПИ-регулятор, который имеет передаточную функцию

                                                                                  

где ; – коэффициент усиления регулятора скорости.

 с, следовательно .

                                                                                               

 

 

 

 

Передаточная функция свёрнутого контура тока:

                                                                                                                                        

Тогда:

 

.

 

Рис.37. Структурная схема сравнения реального и упрощённого контура тока.

Рис.38 График переходного процесса реального контура тока и упрощённого.

 

Как видим, динамика процессов практически одинакова. У переходного процесса эквивалентной передаточной функции нет только перерегулирования, а в основном он повторяет переходный процесс реального контура тока, следовательно, мы можем использовать эквивалентную передаточную функцию контура тока, в дальнейших расчетах

 

Пренебрегая обратной связью по ЭДС и заменив реальную передаточную функцию контура тока на , получим упрощенную схему контура скорости:

 

Рис.39 Структурная схема упрощенного контура скорости с изменяющимися параметрами.

 

Рис.40 Переходная характеристика упрощённого контура скорости  .

 

 

Рис.41 Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ упрощенного контура скорости.

 

Из рисунка видно , что перерегулирование равно 43%, а время первого согласования 0.02(с). Значит контур настроен на симметричный оптимум.

Запас устойчивости по фазе составляет 36.9 град

 

9.3 Моделирование реального контура скорости.

 

 

Рис.42 Структурная схема сравнения реального и упрощённого контура тока.

 

 

 

 

Рис. 43 Переходная характеристика реального контура скорости .

 

 

Рис. 44 Переходные характеристики реального и упрощённого контура скорости .

 

Из рисунков видно, что реальный и упрощённый контур скорости настроены  на симметричный оптимум и практически идентичны, поэтому будем использовать упрощённый контур скорости.

 

4. Создание цифрового регулятора скорости.

 

Цифровые регуляторы скорости вращения характеризуются тем, что задание уставки и введение обратной связи в них осуществляется в цифровом виде, т.е. в виде числа импульсов. Это позволяет наиболее

радикальным способом повысить точность и стабильность работы САР скорости. Относительная лёгкость преобразования величины скорости вращения в цифровую форму, отсутствие заметных погрешностей  при этом преобразовании так же способствует быстрому развитию цифровых регуляторов скорости.

Для преобразования аналогового регулятора скорости в цифровой, необходимо перенести его из S-плоскости в Z-плоскость, т.е создать импульсный элемент преобразующий непрерывное входное воздействие в последовательность импульсов. Заменим передаточную функцию регулятора скорости на его дискретный аналог. Для этого с помощь команд MATLAB, по методу Тастина получаем:

sys=tf([0.0264 1], [0.0264 0])

 

sys =

 

  0.0264 s + 1

  ------------            - передаточная функция регулятора скорости Wpc(s)

    0.0264 s

 

sys1=c2d(sys, 0.0001, 'tustin')

 

sys1 =

 

  1.002 z - 0.9981

  ----------------     - дискретная передаточная функция р.с  Wpc(z)

       z - 1

 Сравним структурные схемы с аналоговым и цифровым регуляторами скорости:

Рис. 45. Структурные схемы контуров скорости с аналоговым регулятором и цифровым.

 

 

Рис. 46. Графики переходных процессов контуров скорости с аналоговым и цифровым регуляторами.

 

Шаг дискретизации равен 0.0001(с).

Можно сказать, что графики переходных процессов идентичны, поэтому использование дискретного регулятора допустимо.

9.5. Ограничение промежуточных координат

Чтобы избежать недопустимых перегрузки по моменту , при подаче возмущающего воздействия необходимо ограничить ток. Реализация этого представлена на рис. 49.

Рис. 47. Диаграмма момента и тока при ограничении промежуточных координат и при подаче возмущающего воздействия в момент разгона.

Рис.48. Диаграмма скорости.

 

 

Рис. 49. Структурная схема ограничения промежуточных координат.

 

10 Задатчик интенсивности.

Задатчик интенсивности являются типовыми  блоками в системе управления электроприводом. Задатчики интенсивности служат для формирования входного сигнала В настоящее время чаще используются ЗИ, которые позволяют разогнать (затормозить) двигатель с помощью S - образной характеристики. Раньше использовался так же линейный способ разгона (торможения) двигателя, но от него почти ушли, т.к. S - образный переход более плавный. На рисунке ниже представлены способы реализации ЗИ в программе MATLAB 2012.

               

 

1.                                                                    б)

Рис.50 структурная схема реализации: а) линейный ЗИ

                                                                   б) S – образный ЗИ

 

Рис. 48 Характеристики задатчиков интенсивности.

 

 

 

 

 

 

 

 

11.Заключение.