Определение структуры и параметров объекта управления

Введение

 

Современный электропривод состоит из большого числа разнообразных деталей, машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса. Наиболее важным элементом является система управления электроприводом (СУЭП). От правильного функционирования системы управления зависит состояние объекта управления и правильности отработки заданных параметров.

В настоящее время СУЭП решает несколько важных задач:

Формирование статических механических характеристик электропривода с целью стабилизации скорости (или момента), расширение диапазона регулирования скорости, ограничение перегрузок, формирование адаптивных систем.

Оптимизация переходных режимов с целью повышения быстродействия, снижения динамической ошибки, ограничение ускорения, рывков и т.д.

Целью данного курсового проекта является разработка системы непрерывного управления скоростью рабочего органа в режиме слежения в заданном диапазоне. Также необходимо разработать принципиальную схему, с выбором ее элементов, и предложить вариант реализации блока управления.

Определение структуры и параметров объекта управления

 

Выбор структуры объекта управления

 

В качестве структуры объекта управления выбираем эквивалентную двухмассовую систему электропривода (Рис. 1).

Структура объекта управления.

 

Рис. 1

 

Определение параметров объекта управления

 

В состав объекта управления входят: широтно-импульсный преобразователь; двигатель постоянного тока ДПУ240-1100-3, технические данные которого приведены в

Табл. 1.

 

Табл. 1. Технические данные двигателя ДПУ240 - 1100 - 3.

Момент, Н× м: номинальный максимальный	3.5 17.5
Номинальная частота вращения, об/мин	3000
Номинальное напряжение, В	120
Номинальный ток, А	12
КПД, %	75
Сопротивление обмотки якоря при 20° С, Ом	0.53
Индуктивность обмотки якоря, мГн	0.53
Момент инерции, г× м2	1.944

 

Двигатели серии ДПУ предназначены для электроприводов постоянного тока металлорежущих станков с ЧПУ и промышленных роботов. Электродвигатели длительно выдерживают номинальный момент при частоте вращения от 0.1 до 5000 об/мин. Двигатели выпускаются со встроенными тахогенераторами постоянного тока типа ТП80-20-0.2 (основные технические данные тахогенератора приведены в

Табл. 2).

 

Табл. 2. Технические данные тахогенератора ТП80 - 20 - 0.2.

Крутизна выходной характеристики мВ/ (об/мин)	20
Частота вращения, об/мин: Номинальная Максимальная Минимальная	3000 6000 0.1
Погрешность в диапазоне частот 0.1 - 4000 об/мин, %, не более	0.2

 

Определение параметров:

номинальная частота вращения:

 

;

 

максимальная частота вращения в заданном диапазоне слежения:

 

;

 

максимальная ошибка слежения:

 

;

 

постоянная двигателя:

 

;

 

электромагнитная постоянная времени двигателя:

 

;

 

электромеханическая постоянная времени двигателя:

 

;

 

соотношение постоянных времени двигателя:

 

, следовательно, можно принять, что ;

 

напряжение двигателя, соответствующее максимальной частоте вращение в заданном диапазоне слежения:

 

;

 

принимая, что максимальной скорости диапазона слежения будет соответствовать максимальное задание на скорость, равное , находим коэффициент передачи преобразователя (представив преобразователь безинерционным звеном, т.к пренебрегаем дискретностью ШИП из-за высокой частоты коммутации ключей: ):

 

.

 

Далее определяем параметры механической части: момент инерции рабочего органа:

 

;

 

период и частота упругих колебаний:

 

, ;

 

коэффициент жесткости упругой передачи:

 

;

 

коэффициент вязкого трения:

 

;

механическая постоянная времени рабочего органа:  

 

.

Разработка алгоритма управления и расчет параметров элементов структурной схемы

 

Обратная связь по скорости.

Рис. 9

 

Выбираем конденсатор С2=1мкФ, находим

 

.

 

Выбираем R25=24 кОм, R5=2.2 кОм.

 

.

 

Выбираем R35=500 кОм.

Для обеспечения устойчивости последовательно конденсатору С2 включим демпфирующий резистор R2 номиналом:

 

.

 

Принимаем

 

С2 - К73-17-63В-1мкФ,

R25 - С2-29-0.125-24Ом,

R5 - С2-29-0.125-2.2кОм,

R35 - С2-29-0.5-500кОм.

 

Аналогично выбираем элементы для реализации обратных связей по скорости другой массы.

Реализация дополнительного задания по производной скорости.

Рис. 10

 

Принимая Т₀=0.02 с и С1=1 мкФ, находим

 

.

 

Для обеспечения устойчивости последовательно С1 включаем R1 номиналом 100 Ом.

Выбираем С1 - К73-17-63В-1мкФ,

R1 - С2-29-0.125-100Ом,

R16 - С2-29-0.125-20кОм.

Резисторы.

В схеме системы управления присутствуют следующие типы резисторов:

 

Тип резисторов	Номинальная мощность, Вт		Размеры, мм
			D	L
С2-29В	0.125
	0.25		4.5	11
	0.5		7.5	14
СП3-38-0.125-22кОм

 

Конденсаторы.

Тип конденсатора	Емкость конденсатора, мкФ	Размеры, мм
		L	В		Н
К73-17-63В	1	18	8		15
К10-17-25В	0.1	6.8	4.6		5.5
	0.22	8.4	6.7		5.5
		L		D
К50-29-25В	10	22		6
	100	27		8.5

 

Микросхемы.

В системе управления также присутствуют два типа микросхем: операционный усилитель КР140УД17А и аналоговый перемножитель КР525ПС2А.

 

Микросхема		Число выводов	Размеры, мм
			L	B
КР140УД17А		8	12	7.5
КР525ПС2А		14	16	7.5

 

Суммарная площадь, занимаемая элементами, примерно равна 8000 мм². Принимая коэффициент, учитывающий " разводку" платы, равным К_разв=0.4, находим площадь поверхности платы . После приблизительного размещения находим, что длина печатной платы составляет 200 мм. Из стандартного ряда выбираем ширину платы - 120 мм.

Напряжение питания схем, сигналы с датчиков, выходные сигналы регуляторов подаются и снимаются со схемы посредством разъема типа СНО51-30/59*9Р-2.

Для уменьшения токов утечки по поверхностям платы ее необходимо покрыть с двух сторон лаком, например типа К-47.

Заключение

 

В данном курсовом проекте разработана система управления скоростью электропривода с двигателем постоянного тока. В качестве модели была выбрана эквивалентная структура двухмассовой системы с упругой связью двигателя и рабочего органа. Настройку системы производили с помощью модального регулятора с распределением корней характеристического уравнения по фильтру Баттерворта 4-го порядка.

Также в данном проекте произведены расчет и выбор всех элементов, реализующих данную систему. По полученным результатам мы составили принципиальную электрическую схему, и предложили один из вариантов расположения элементов на печатной плате.

Список литературы

 

1. " Справочник по электрическим машинам" под ред. И.П. Копылова.

2. А.В. Башарин " Управление электроприводами", Ленинград 1982 г.

3. А.В. Башарин " Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ", Ленинград 1990 г.

4. В.И. Ключев " Теория электропривода", Москва 1985 г.

5. " Справочник по автоматизированному электроприводу" под ред.

6. В.А. Елисеева, Москва 1983 г.

7. " Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база" под ред. М.Ю. Масколенкова, Москва 1996 г.

Задание № 16

 

Студенту Сидорову А.А. на курсовой проект по СУЭП на тему:

" Разработка системы непрерывного управления координатами электропривода с заданными показателями качества".

Исходные данные.

Основная координата - скорость.

Режим управления - слежение в диапазоне ± (0…0.6) × w_ном.

Нагрузка - вязкое трение 1-го рода, Мс (w_ном) =0.8× М_ном.

Характеристика силового канала.

Электродвигатель - ДПУ240-1100-3.

Преобразователь - мостовой ШИП с несимметричной коммутацией на частоте 10 кГц.

Механическая часть - упругая, g=2, Fу=5 Гц.

Основные требования: ½ Dw½ £ 0.02× w_ном при гармоническом задании в полосе частот 0…5 Гц.

Содержание проекта.

Определение структуры и параметров объекта управления.

Разработка алгоритма управления и расчет параметров элементов структурной схемы.

Расчет статических и динамических характеристик.

Разработка принципиальной схемы и программного обеспечения системы, выбор ее элементов.

Разработка конструкции блока управления.

Содержание графического материала.

Принципиальная электрическая схема системы.

Чертеж общего вида блока управления.

Схема модели и диаграммы, отражающие показатели качества.

 

Введение

 

Современный электропривод состоит из большого числа разнообразных деталей, машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса. Наиболее важным элементом является система управления электроприводом (СУЭП). От правильного функционирования системы управления зависит состояние объекта управления и правильности отработки заданных параметров.

В настоящее время СУЭП решает несколько важных задач:

Формирование статических механических характеристик электропривода с целью стабилизации скорости (или момента), расширение диапазона регулирования скорости, ограничение перегрузок, формирование адаптивных систем.

Оптимизация переходных режимов с целью повышения быстродействия, снижения динамической ошибки, ограничение ускорения, рывков и т.д.

Целью данного курсового проекта является разработка системы непрерывного управления скоростью рабочего органа в режиме слежения в заданном диапазоне. Также необходимо разработать принципиальную схему, с выбором ее элементов, и предложить вариант реализации блока управления.

Определение структуры и параметров объекта управления

 

123Следующая ⇒

Поделиться: