Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Лабораторная работа № 2. Изучение статических и динамических характеристик системы автоматической стабилизации скорости вращения электродвигателя ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒   ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ   l. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучение статических и динамических характеристик системы автоматической стабилизации скорости вращения электродвигателя. Выявление влияния типовых обратных связей на характер переходных процессов.   2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. В установившемся режиме основным показателем работы системы стабилизации скорости вращения электропривода служит относительный перепад скорости при известном изменении момента статического сопротивления, т.е. жесткость или статизм стати­ческой характеристики системы. Требования к величине статизма возрастают с увеличением диапазона регулирования D=ω макс / ω -мин. Статизм замкнутой системы будет максимальным при минимальной скорости вращения: S макс = (Δ ω С/ω О макс)· D. В переходных режимах качество системы стабилизации опре­деляется быстродействием, перерегулированием и числом колеба­ний при ограничениях по току, моменту или ускорению по задаю­щему воздействию (напряжению питания якорной цепи при одно-зонном регулировании скорости) и по возмущающему воздействию (набросе и сбросе нагрузки). ω Δ ω дин Δ ω с   tдин To t

М Ммакс М Мс   Δ М Δ Мс     to tмакс t

Рис. 1.

На рис.1 показан примерный вид кривых изменения скорости и момента двигателя при ударном приложении нагрузки. Наибольшее отклонение скорости от ее начального значения называют динами­ческим падением скорости (Δ ω дин), а отклонение скорости, со­ответствующее новому установившемуся режиму - статическим паде­нием скорости (Δ ω с).

Отношение Δ ω дин / Δ ω с характери­зует перерегулирование по скорости, отношение Δ М макс / Δ М с - перерегулирование по моменту, время t макс или t дин - быст­родей-ствие системы управления электропривода.

В системах стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока параллельного действия, применяют жесткие об­ратные связи по напряжению преобразователя, току якорной цепи, скорости, гибкие обратные связи по скорости и другим переменным.

Для анализа в лабораторной работе принята система с отрицательной обратной связью по скорости и положительной (или отрицательной) связью по току нагрузки (рис.2).

Структурную схему этой системы получают с различной степенью детализации в зависимости от задачи исследований. Ниже рассмотрены основные варианты постановки задач.

~

U_з U_п I_я

U_y ОВ

М

± U_ост ВА

- U_осс BR

Рис. 2.

I_яс

+U_ост

U_з U_у Е_{п _} U_{п _} ω

^{+ +}

- U_occ

Рис. 3

2.1.Установившийся режим стабилизации скорости по цели якоря двигателя.

Структурная схема приведена на рис.3. Для получения жестких статических характеристик система применяют отрицательную обратную связь по скорости и положительную по току.

Этой схеме соответствует уравнение статической характеристики

(1)

Как следует из (1), при замыкании системы только отрицательной обратной связью по скорости (необходимо принять К _т =0) жесткость статической характеристики повышается по сравнению с разомкнутой системой в (1 + К) раз, где К = К_у К_пК_дК_с.

В системе с положительной обратной связью по току нагрузки (принять К_с=О) теоретически может, быть получена любая сте­пень статизма привода. На практике необходимо иметь виду два явления:

- нелинейность регулировочной, характеристики преобразователя;

- нестабильность параметров электродвигателя, в частности зависимость сопротивления якорной, обмотки от температуры.

Эти явления вызывают отклонение действительных параметров настройки системы от расчетных, поэтому положительная обратная связь по току применяется как дополнительная к основной связи по скорости, когда с одной обратной связью по скорости не уда­ется обеспечить необходимую жесткость статической характерис­тики.

+U_ост I_яс

U_з U_у Е_{п _} U_п - ω

⁺ _- ⁺

Е

- U_occ

- U_ост

Рис.4.

2.2 Динамика системы параллельного действия по задающему воздействию.

Структурная схема приведена на рис.4.

2.2.1 Система с отрицательной обратной связью по ско­рости.

Пусть усилитель и преобразователь являются безынерционными звеньями. Тогда передаточная функция системы по задающему воздействию:

(2)

Разделив числитель и знаменатель правой части формулы (2)

на (1 + К_у К_п К_д К_с) = (1 + К).

где К – коэффициент передачи разомкнутой системы.

получают

где - эквивалентная электромеханическая постоянная времени двигателя;

- эквивалентный коэффициент передачи преобразователя.

Из выражения (3) следует, что отрицательная обратная связь по скорости ухудшает демпфирование системы.

2.2. 2.Система с отрицательными обратными связями по ско­рости и току.

Для анализа данной системы методами ТАУ рекомендуется выполнить ее структурное преобразование, например так, как показано на рис. 5. где точка ввода сигнала обратной связи по току переклеена на выход преобразователя, а точка ввода сигнала внутренней обратной связи по э.д.с. - на вход усилителя.

Передаточная функция системы с двумя обратными связями по задающему воздействию:

(4)

двигателя при наличии обратных связей по скорости и току.

Из выражения (4) следует, что введение отрицательной об­ратной связи по току уменьшает колебательность система.

2.3.Динамика системы параллельного действия по возмущаю­щему воздействию.

Ограничимся здесь напоминанием того, что при анализе системы по возмущающему воздействий методами ТАУ в качестве вы­ходной переменной может рассматриваться как скорость вращения двигателя, так и движущий, момент (текущее значение тока якорной

цепи). Тогда для получения передаточной функции системы по возмущающему воздействию рекомендуется выполнить необходимые структурные преобразования.

Обозначения:

Rэ= Rп+ Rя
Rэ1= Ку Кп Кт + Rэ

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная работа проводится на универсальном стен­де путем исследования модели системы стабилизации скорости вращения двигателя (рис.6).

Внимание! Звенья 7, 8, 9 стенда выполняющие роль датчиков напряжения преобразователя тока якорной цепи и скорости вращения, имеют регулируемые коэффициенты передач и от -10 до +10. Этим можно воспользоваться для формирования необходимого знака обратной связи.

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ

4.1. Набрать на стенде схему модели двигателя (аналогичную работе № 1) и убедиться в её работоспособности, обращая внимание прежде всего на отсутствие ограничений выходных сигналов элементов. В дальнейшем параметры модели двигателя не изменять.

4.2. Добавить в схему звено 1 в режиме безынерционного звена, установить его коэффициент передачи по заданию преподавателя и снять статическую характеристику

разомкнутой системы. Отметить значение напряжения задания, при котором система переходит в нелинейный режим.

4.3. Настроить звено 8 для выполнения положительной обратной связи по току и звено 7 - отрицательной обратной связи по скорости.

4 4.Снять 2-З статические характеристики замкнутых систем при следующих видах обратных связей:

- отрицательной по скорости;

- положительной по току якоря,

изменяя и измеряя коэффициенты связей.

Внимание! При исследовании системы с положительной обратной связью по току необходимо прежде всего экспериментально подобрать такой коэффициент пере­дачи датчика тока, при котором характеристика становится абсолютно жесткой. Две другие статические характеристики получить при меньшем и большем значений коэффициента передачи датчика.

4.5 Исследовать динамику системы по задающемуи возмущаю­щему воздействиям при следующих видах обратных связей:

- отрицательной по скорости;

- отрицательной по скорости и положительной по току;

- отрицательных по скорости и току.

Вникание! Перестойте звено 8 для реализации отрицательной обратной связи.

4.6 Исследовать статические и динамические свойства сис­темы с отрицательной обратной связью по скорости при пропорционально-интегральном регуляторе (звено 1).

Установить и в дальнейшем не изменять коэффициент передачи датчика скорости (звено 7). Выявить влияние коэффициента передачи и постоянной времени интегрирования ПИ – регулятора.

5. СОДЁРЖАНИЁ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- Цель работы;

- схему набора модели системы стабилизации скорости вращения;

- статические характеристики;

- графики переходных процессов;

- выводы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

6.1. Выведите уравнения статической характеристики

- разомкнутой системы;

- замкнутой с отрицательной обратной связью по напряжению преобразователя.

Проанализируйте полученные уравнения.

6.2. В ТАУ различают понятия ошибки регулирования и сигнала ошибки регулирования по задающему и возмущающему воздействиям. Напишите уравнение связи ошибки регулирования и сигнала ошибки регулирования для системы с отрицательной обратной связью по скорости.

6.3. Каковы методы получения астатической системы стабилизации скорости?

6.4. Определите по экспериментальным данным коэффициенты передачи замкнутой системы по задающему и возмущающему воздействиям.

6.5. Как записывается в общем виде уравнение динамики системы с одним выходом и двумя входами?

6.6. Для чего в систему стабилизации скорости вводится гибкая обратная связь? В виде какого, типового звена она выполняется?

6.7. Как влияет коэффициент передачи разомкнутого контура или его составляющих на вид переходного процесса и устойчивость системы?

6.8. При каких допущениях двигатель постоянноготока имеет структурнуюсхему, приведенную на рис.3?

6.9. Как изменятся результаты экспериментов, если принять преобразователь инерционным звеном?

6.10. Как изменятся частота вращения и ток якорной цепи двигателя в статической и астатической системах стабилизации частоты вращения, если нарушена механическая связь тахогенератора с двигателем (рис.2)?

6.11. Статизм замкнутой системы стабилизации частоты вра­щения, определенный при номинальных значения U_з и M_с, равен 0, 04. Необходимо, чтобы статическая ошибка во всем диапазоне регулирования не превышала 15%. Выполняется ли это требование при диапазоне регулирования D=100?