Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка icon

Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка



НазваниеАвтоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка
Дата конвертации24.07.2012
Размер229.16 Kb.
ТипРеферат
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка


Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Уральский государственный профессионально-педагогический университет Кафедра электрооборудования и автоматизации промышленных предприятий КУРСОВАЯ РАБОТАПредмет: "Автоматизированный электропривод"Тема: "Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка."Выполнил:Студент гр.СОЗ382 Калабин А.А.Проверил: Сусенко О.С. г. Сарапул 2001год. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 4 2 ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА 6 3 ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 7 3.1 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА 7 3.2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ 9 3.3 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ 11 3.4 Проверка двигателя по нагреву 17 4 ВЫБОР ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ 18 4.1 ВЫБОР ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 18 4.2 ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА 18 4.3 выбор сглаживающего реактора 20 4.4 принципиальная электрическая схема силовой части 21 5 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 23 5.1 РАСЧЕТ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ 23 5.2 Переход к системе относительных единиц 24 5.3 структурная схема объекта управления 26 6 ВЫБОР ТИПА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ 27 7 РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЯКОРЯИ ЦЕПИ КОМПЕНСАЦИИ ЭДС ЯКОРЯ 30 7.1 ВЫБОР КОМПЕНСИРУЕМОЙ ПОСТОЯННОЙ 30 7.2 расчет контура регулирования тока якоря 30 7.2.1 Расчетная структурная схема контура тока 30 7.2.2 Передаточная функция регулятора тока 31 7.2.3 Компенсация влияния ЭДС якоря двигателя 32 7.2.4 Реализация датчика ЭДС 33 7.3 Конструктивный РАСЧЕТ 33 8 РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ 36 8.1 рАСЧЕТНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ 36 8.2 расчет регулятора скорости 36 8.3 конструктивный расчет 37 9 РАСЧЕТ ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ 39 9.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ 39 9.2 расчет параметров Зи 40 9.3 конструктивный РАСЧЕТ 40 10 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ САР СКОРОСТИ 42 ЛИТЕРАТУРА 43 ВВЕДЕНИЕ Процесс обработки детали на продольно-строгальном станке поясняетрис. 1. Снятие стружки происходит в течение рабочего (прямого) хода, приобратном движении резец поднят, а стол перемещается на повышенной скорости.Подача резца производится периодически от индивидуального привода во времяхолостого хода стола в прямом направлении. Поскольку при строгании резециспытывает ударную нагрузку, то значения максимальных скоростей, строганияне превосходят 75-120 м/мин (в отличие от скоростей точения и шлифования2000 м/мин и более). Под скоростью строгания (резания) понимают линейнуюскорость Uпр перемещения закрепленной на столе детали относительнонеподвижного резца на интервале рабочего хода стола. При этом скоростьвхода резца в металл и скорость выхода резца из металла в сравнении соскоростью строгания ограничиваются до 40 % и менее в зависимости отобрабатываемого материала, чтобы избежать скалывания кромки. Указанныеобстоятельства ограничивают производительность и для ее повышения остаетсятолько сократить непроизводительное время движения: обратный ходосуществляется на повышенной скорости Uоб > Uпр, а пускотормозные режимыпри реверсе принимают допустимо минимальной продолжительности. Хорошийэффект в этом дает двухдвигательный привод. Он должен быть управляемым поскорости, поскольку для различных материалов (в соответствии с технологиейобработки и свойствами материалов) используются различные оптимальные илимаксимально допустимые скорости строгания; кроме того, движениехарактеризуется различными скоростями на разных интервалах времени рабочегоцикла, высокой частотой реверсирования с большими пускотормознымимоментами. Применяют двух- и одно-зонное управление скоростью. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Таблица 1 Исходные данные|Исходные данные |Условные обозначения |Значение ||Усилие резания |Fz |170000 Н ||Скорость рабочего хода |Vпр |0,4 м/с ||Скорость обратного хода |Vобр |0,8 м/с ||Масса стола |mc |15000 кг ||Масса детали |mд |23000 кг ||Радиус ведущей шестерни |rш |0,25 м ||Длинна детали |Lд |4 м ||Путь подхода детали к резцу |Lп |0,2 м ||Путь после выхода резца из металла |Lв |0,15 м ||Коэффициент трения стола о |? |0,06 ||направляющие | | ||КПД механической передачи при рабочей|?пN |0,95 ||нагрузке | | ||КПД механических передач при |?пхх |0,5 ||перемещении стола на холостом ходу | | | Задание к проекту: Для механизма перемещения стола продольно-строгального станка выбратьтип электропривода, выполнить выбор электродвигателя и его проверку понагреву и перегрузке, выбрать силовой преобразовательный агрегат, силовойтрансформатор и реакторы, выполнить расчет элементов системыавтоматического управления электроприводом, выполнить компьютерноемоделирование системы автоматизированного электропривода в типовых режимах. Требования к электроприводу: 1. Обеспечение работы механизма по следующему циклу: • подход детали к резцу с пониженной скоростью; • врезание на пониженной скорости; • разгон до рабочей скорости прямого хода; • резание на скорости прямого хода; • замедление до пониженной скорости перед выходом резца; • выход резца из детали; • замедление до остановки; • разгон в обратном направлении до рабочей скорости обратного хода; • возврат стола на холостом ходу со скоростью обратного хода; • замедление до остановки (стол возвращается в исходное положение).Пониженную скорость принять: Vпон = 0,4·Vпр 2. Обеспечение рекуперации энергии в тормозных режимах. 3. Разгоны и замедления должны проходить с постоянством ускорения. Обеспечение максимально возможных ускорений в переходных режимах. 4. Статическая ошибка по скорости при резании не должна превышать 10%. 5. Ограничение момента электропривода при механических перегрузках. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА Заданным требованиям соответствует регулируемый электропривод сдвигателем постоянного тока независимого возбуждения и замкнутой поскорости системой автоматического регулирования. В качестве управляемогопреобразователя выбираем реверсивный тиристорный преобразователь. Такойэлектропривод обеспечивает высокие показатели качества регулированияскорости, высокую точность и быстродействие надежность, простоту в наладкеи эксплуатации. Регулирование скорости принимается однозонным (управлениеизменением напряжения якоря двигателя при постоянном потоке возбуждения).Система управления электроприводом реализуется на аналоговой элементнойбазе. ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 1 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА Для предварительного выбора двигателя построим нагрузочную диаграммумеханизма (график статических нагрузок механизма) Расчет времени участковцикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно,т.к. пока нельзя определить время разгонов и замедлений (суммарный моментинерции привода до выбора двигателя неизвестен). Пониженная скорость входа резца в металл (принимается): [pic], где Vпр - скорость рабочего хода (Vп = 0,4 м/с, см. таб. 1) [pic] Усилие перемещения стола на холостом ходу: [pic], где mс - масса стола (mс = 15000 кг, см таб. 1); mд - масса детали (mд = 23000 кг, см таб. 1); g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); ? - коэффициент трения стола о направляющие (? = 0,06, см таб. 1). [pic] Усилие перемещения стола при резании: [pic], где Fz - усилие резания (Fz = 170000 Н, см. таб. 1). [pic] Время резания (приблизительно): [pic], где Lд - длинна детали (Lд = 4 м, см. таб. 1); [pic] Время подхода детали к резцу (приблизительно): [pic], где Lп - длинна подхода детали к резцу (Lп = 0,2 м, см. таб. 1); [pic] Время прямого хода после выхода резца из детали (приблизительно): [pic], где Lв - путь после выхода резца из металла (Lв = 0,15 м, см. таб. 1); [pic] Время возврата стола (приблизительно): [pic], где Vобр - скорость обратного хода. [pic] Время цикла (приблизительно): [pic] [pic] 2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ При расчете мощности двигателя полагаем, что номинальной скоростидвигателя соответствует скорость обратного хода стола (наибольшая скоростьмеханизма), т.к. принято однозонное регулирование скорости, осуществляемоевниз от номинальной скорости. Ориентируемся на выбор двигателя серии Д,рассчитанного на номинальный режим работы S1 и имеющего принудительнуювентиляцию. Эквивалентное статическое усилие за цикл: [pic] [pic] Расчетная мощность двигателя: [pic], где Кз - коэффициент запаса (примем Кз = 1,2); ?пN - КПД механических передач при рабочей нагрузке. [pic] Выбираем двигатель Д816 по [2]. Номинальные данные двигателяприводятся в таб. 2. Таблица 2 Данные выбранного двигателя|Параметр |Обозначение |Значение ||Мощность номинальная |PN |150000 Вт ||Номинальное напряжение якоря |UяN |220 В ||Номинальный ток якоря |IяN |745 А ||Номинальная частота вращения |?N |480 об/мин ||Максимальный момент |Мmax |8040 Нм ||Сопротивление обмотки якоря |Rя0 |0,0059 Ом ||Сопротивление обмотки добавочных полюсов |Rдп |0,0032 Ом ||Температура, для которой даны сопротивления |Т |20?С ||Момент инерции якоря двигателя |Jд |16,25 кг?м2 ||Число пар полюсов |рп |2 ||Допустимая величина действующего значения |kI(доп) |0,15 ||переменной составляющей тока якоря отнесенная к | | ||номинальному току (коэффициент пульсаций) | | | Двигатель данной серии не компенсированный, имеет принудительнуювентиляцию и изоляцию класса Н. Для дальнейших расчетов потребуется ряд данных двигателя, которые неприведены в справочнике. Выполним расчет недостающих данных двигателя. Сопротивление цепи якоря двигателя, приведенное к рабочейтемпературе: [pic], где kт - коэффициент увеличения сопротивления при нагреве до рабочейтемпературы (kт = 1,38 для изоляции класса Н при пересчете от 20?С). [pic] Номинальная ЭДС якоря: [pic] [pic] Номинальная угловая скорость: [pic] [pic] Конструктивная постоянная, умноженная на номинальный магнитныйпоток: [pic] [pic] Номинальный момент двигателя: [pic] [pic] Момент холостого хода двигателя: [pic] [pic] Индуктивность цепи якоря двигателя: [pic], где С - коэффициент (для некомпенсированного двигателя С = 0,6) [pic] 3 РАСЧЕТ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ Для проверки выбранного двигателя по нагреву выполним построениеупрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (без учета электромагнитныхпереходных процессов). Для построения нагрузочной диаграммы произведемрасчет передаточного числа редуктора, приведение моментов статическогосопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, примем динамическиймомент и ускорение электропривода с учетом перегрузочной способностидвигателя. Передаточное число редуктора: [pic] [pic] Момент статического сопротивления при резании, приведенный к валудвигателя: [pic] [pic] Момент статического сопротивления при перемещении стола на холостомходу, приведенный к валу двигателя: [pic] [pic] Пониженная скорость, приведенная к валу двигателя: [pic] [pic] Скорость прямого хода, приведенная к валу двигателя: [pic] [pic] Скорость обратного хода, приведенная к валу двигателя: [pic] [pic] Суммарный момент инерции привода: [pic], где ? - коэффициент, учитывающий момент инерции полумуфт, ведущейшестерни и редуктора (? принимаем равным 1,2). [pic] Модуль динамического момента двигателя по условию максимальногоиспользования двигателя по перегрузочной способности: [pic], где k - коэффициент, учитывающий перерегулирование момента на уточненнойнагрузочной диаграмме (построенной с учетом электромагнитной инерции цепиякоря). Принимаем k = 0,95. [pic] Ускорение вала двигателя в переходных режимах: [pic] [pic] Ускорение стола в переходных режимах: [pic] [pic] Разбиваем нагрузочную диаграмму на 12 интервалов. Сначаларассчитываем интервалы разгона и замедления электропривода, затем интервалыработы с постоянной скоростью. Интервал 1. Разгон до пониженной скорости. Продолжительность интервала 1: [pic] [pic] Путь, пройденный столом на интервале 1: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 1: [pic] [pic] Интервал 4. Разгон от пониженной скорости до скорости прямого хода. Продолжительность интервала 4: [pic] [pic] Путь, пройденный столом на интервале 4: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 4: [pic] [pic] Интервал 6. Замедление от скорости прямого хода до пониженнойскорости. Продолжительность интервала 6: [pic] Путь, пройденный столом на интервале 6: [pic] Момент двигателя на интервале 6: [pic] [pic] Интервал 9. Замедление от пониженной скорости до остановки. Продолжительность интервала 9: [pic] Путь, пройденный столом на интервале 9: [pic] Момент двигателя на интервале 9: [pic] [pic] Интервал 10. Разгон до скорости обратного хода. Продолжительность интервала 10: [pic] [pic] Путь, пройденный столом на интервале 10: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 10: [pic] [pic] Интервал 12. Замедление от скорости обратного хода до остановки. Продолжительность интервала 12: [pic] Путь, пройденный столом на интервале 12: [pic] Момент двигателя на интервале 12: [pic] [pic] Интервал 2. Подход детали к резцу с постоянной скоростью. Путь, пройденный столом на интервале 2: [pic] [pic] Продолжительность интервала 2: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 2: [pic] Интервал 8. Отход детали от резца с постоянной скоростью. Путь, пройденный столом на интервале 8: [pic] [pic] Продолжительность интервала 8: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 8: [pic]Интервал 3. Резание на пониженной скорости Путь, пройденный столом на интервале 3 (принимается): [pic] Продолжительность интервала 3: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 3: [pic] Интервал 7. Резание на пониженной скорости Путь, пройденный столом на интервале 7 (принимается): [pic] Продолжительность интервала 7: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 7: [pic] Интервал 5. Резание на скорости прямого хода Путь, пройденный столом на интервале 5 (принимается): [pic] [pic] Продолжительность интервала 5: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 5: [pic] Интервал 11. Возврат со скоростью обратного хода Путь, пройденный столом на интервале 11: [pic] [pic]Продолжительность интервала 11: [pic] [pic] Момент двигателя на интервале 5: [pic] Нагрузочная диаграмма и тахограмма двигателя представлены на рисунке4: 4 Проверка двигателя по нагреву Для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентногомомента. Используя нагрузочную диаграмму находим эквивалентный по нагревумомент за цикл работы привода. Для нормального теплового состояниядвигателя необходимо, чтобы эквивалентный момент был не больше номинальногомомента двигателя. Эквивалентный момент за цикл работы: [pic] [pic] Условие [pic] выполняется - [pic], следовательно выбранный двигательподходит по нагреву. Запас по нагреву: [pic] [pic] ВЫБОР ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ 1 ВЫБОР ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Номинальное выпрямленное напряжение и номинальный выпрямленный токпреобразователя принимаем из ряда стандартных значений по ГОСТ 6827-76(ближайшее большее по сравнению с номинальным напряжением и токомдвигателя)[3]. Принимаем UdN = 230 В; IdN = 800 А. Выбираем стандартный преобразователь комплектного тиристорногоэлектропривода серии КТЭУ [4]. Выбираем двухкомплектный реверсивныйпреобразователь, схема соединения комплектов встречно-параллельная,управление комплектами раздельное, каждый комплект выполнен по трехфазноймостовой схеме. Номинальное напряжение комплектного электропривода равнономинальному напряжению двигателя: Uном = 220 В. Номинальный токкомплектного электропривода выбирается по номинальному токупреобразователя: Iном = 800 А. Выбираем тип комплектного электропривода: КТЭУ-800/220-13212-УХЛ4. 2 ВЫБОР СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Силовой трансформатор предназначен для согласования напряжения сети(Uс = 380 В) с номинальным напряжением преобразователя. Номинальное линейное напряжение вторичных обмоток (расчетное): [pic] [pic] Номинальный линейный ток вторичных обмоток (расчетный): [pic] [pic] Выбираем трансформатор типа ТСП (или ТСЗП), трехфазный,двухобмоточный, сухой с естественным воздушным охлаждением, открытогоисполнения [2, таб. 3.1] Таблица 3 Данные выбранного трансформатора|Параметр |Значение ||Тип трансформатора |ТСЗП-250/0,7 ||Способ соединения первичной и вторичной |Звезда - звезда ||обмоток | ||Номинальная мощность |SТ = 235 кВА ||Номинальное линейное напряжение первичных |U1N = 380 В ||обмоток | ||Номинальное линейное напряжение вторичных |U2N = 208 В ||обмоток | ||Номинальный линейный ток вторичных обмоток |I2N = 635 В ||Потери КЗ |РК = 3800 Вт ||Относительно напряжение короткого замыкания|uK = 4,5% | Рассчитываем параметры трансформатора: Коэффициент трансформации: [pic] [pic] Номинальный линейный ток первичных обмоток: [pic] [pic] Активное сопротивление обмоток одной фазы трансформатора: [pic] [pic] Активная составляющая напряжения короткого замыкания: [pic] [pic] Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания: [pic] [pic] Индуктивное сопротивление обмоток одной фазы трансформатора: [pic] [pic] Индуктивность фазы трансформатора: [pic], где ?с - угловая частота сети ([pic]). [pic] 3 выбор сглаживающего реактора Сглаживающий редактор включается в цепь выпрямленного тока с цельюуменьшения его переменной составляющей. Пульсации выпрямленного тока должныбыть ограничены на уровне допустимого значения для выбранного двигателя. ЭДС преобразователя при угле управления ? = 0: [pic] [pic] Минимальная суммарная (эквивалентная) индуктивность якорной цепи поусловию ограничения пульсаций выпрямленного тока: [pic], где kU - коэффициент пульсаций напряжения (для трехфазной мостовой схемыпринимаем kU =0,13), р - пульсность преобразователя (для мостовой трехфазной схемы р = 6) [pic] Расчетная индуктивность сглаживающего реактора: [pic] [pic] Так как расчетная индуктивность оказалась отрицательной,сглаживающий реактор не требуется. Собственной индуктивности якорной цепидостаточно для ограничения пульсаций тока. 4 принципиальная электрическая схема силовой части Принципиальная схема выбирается по [4]. Для номинального тока Iном =800 А выбираем схему, приведенную на рис. 1.3 [4]: На рисунке 5 приведена схема силовой части электропривода сноминальным током 800, 1000 А при напряжении 220, 440 В. Защитныеавтоматические выключатели QF1, QF2 установлены последовательно стиристорами. Для неоперативного отключения электродвигателя от тиристорногопреобразователя (ТП) используется рубильник QS. Силовой трансформатор ТМприсоединяется к высоковольтной сети 6 или 10 кВ через шкаф высоковольтноговвода (ШВВ). При напряжении питания 380 В ТП подключается к сети черезанодные реакторы LF и автоматические выключатели QF3, QF4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 1 РАСЧЕТ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ Электрическую часть системы ТП-Д можно представить в виде следующейполной расчетной схемы: От полной схемы можно перейти к эквивалентной схеме, где всеиндуктивности объединяются в одну эквивалентную индуктивность LЭ, а всеактивные сопротивления в одно эквивалентное сопротивление RЭ. Определим эквивалентные параметры ТП-Д. Фиктивное активное сопротивление преобразователя обусловленноекоммутацией тиристоров: [pic] [pic] Эквивалентное сопротивление якорной цепи: [pic] [pic] Эквивалентная индуктивность якорной цепи: [pic] [pic] Электромагнитная постоянная времени якорной цепи: [pic] [pic] Коэффициент зователя: [pic], где Uy max = 10 В - максимальное напряжение управления СИФУ. [pic] 2 Переход к системе относительных единиц Для дальнейших расчетов все параметры и переменные системыпредставим в относительных единицах. Общая формула перехода к относительнымединицам имеет вид: [pic], где y - значение величины в системе относительных единиц; Y - значение физической величины в исходной системе единиц; Yб - базисное значение, выраженное в той же системе единиц, что ивеличина Y. Принимаем базисные величины: Базисное напряжение для силовой части: [pic] Базисный ток для силовой части: [pic]Базисная скорость: [pic] Базисный момент: [pic] Базисное напряжение для системы регулирования (принято): [pic] Базисный ток для системы регулирования (принято): [pic] Базисное сопротивление для системы регулирования: [pic] [pic] Далее используем следующие переменные в относительных единицах(о.е.): Напряжение управления преобразователя в о.е.: [pic] ЭДС преобразователя в о.е.: [pic] ЭДС якоря двигателя в о.е.: [pic] Ток якоря в о.е.: [pic] Момент статического сопротивления в о.е.: [pic] Скорость двигателя в о.е.: [pic] Определим параметры объекта управления в о.е. Эквивалентное сопротивление якорной цепи в о.е.: [pic] [pic]Коэффициент преобразователя в о.е.: [pic] [pic] Механическая постоянная времени: [pic] [pic] Электромеханическая постоянная времени: [pic], где ? - магнитный поток в о.е. (при однозонном регулировании скорости ?= 1). [pic] 3 структурная схема объекта управления На структурной схеме объекта управления (рис. 8) представленыследующие звенья: ТП - тиристорный преобразователь (безынерционное звено); ЯЦ - якорная цепь двигателя (апериодическое звено с постояннойвремени Тэ); МЧ - механическая часть привода (интегрирующее звено с постояннойвремени Тj). В объекте присутствует внутренняя обратная связь по скорости. Наобъект управления воздействуют напряжение управления ТП (управляющеевоздействие) и момент сопротивления (возмущающее воздействие). Звеноумножения на поток связывает переменные электрической и механической частипривода. ВЫБОР ТИПА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ в настоящее время в электроприводе при создании системыавтоматического управления нашел применение принцип подчиненногорегулирования с последовательной коррекцией. Системы подчиненного регулирования выполняются по определенноймногоконтурной структуре (см. рис. 9). Сущность построения таких систем заключается в следующем:объект управления представляется в виде цепочки последовательно соединенныхзвеньев с передаточными функциями W01(p), W02(p), …, W0i-1(p), W0i(p),выходными параметрами которых являются контролируемые координаты объекта:напряжение, ток, скорость и т.д.Количество регуляторов с передаточными функциями Wр1(p), Wр2(p), …, Wрi(р)в СПР устанавливается равным количеству регулируемых величин. Всерегуляторы соединяются последовательно, так что выход одного являетсявходом другого. Кроме того на вход каждого регулятора подаетсяотрицательная обратная связь по той переменной, которая регулируется даннымрегулятором. В результате этого в системе образуются как бы вложенные другв друга контуры регулирования. Таким образом, число контуров регулированияравно количеству регулируемых координат объекта.Каждый внутренний контур управления подчинен следующему по порядку внешнемуконтуру, т.е. выходной сигнал регулятора любого внешнего контура являетсязадающим для последующего, заключенного в него, контура. В итоге всевнутренние контуры работают как подчиненные задаче регулирования выходнойкоординаты системы.Ограничение любой координаты достигается ограничением ее задания, т.е.выходного сигнала регулятора, внешнего по отношению к рассматриваемомуконтуру.На выходе регулирующей части системы управления устанавливается фильтр.Постоянная времени Т? этого фильтра является основным параметром системыавторегулирования и определяет важнейшие свойства системы.Синтез регуляторов СПР осуществляется методом последовательной коррекции(начиная с внутреннего контура и кончая внешним). Практически при выборепередаточной функции регулятора Wpi(p) i-го контура стремятся решить двеосновные задачи:обеспечить за счет действия регулятора компенсацию наиболее существенныхинерционностей объекта, входящих в данных контур, и тем самым улучшитьбыстродействие системы;обеспечить определенный порядок астатизма данного контура за счет введенияв регулятор интегрирующего звена. Передаточная функция регулятора i-го контура будет иметь вид: [pic] Настройка системы производится путем последовательной оптимизацииконтуров регулирования. Каждый контур оптимизируется по модульному илисимметричному оптимумам, в основе которых лежит обеспечение вполнеопределенных показателей по выполнению, колебательности и точности системыавтоматического управления, т.е. получение технически оптимальногопереходного процесса. СПР имеют следующие достоинства:Простота расчета регуляторов каждого контура при настройке по тому илииному оптимуму.Высокие статические и динамические показатели, обеспечиваемые настройкойконтуров регулирования по модульному или симметричному оптимумам.Простота ограничения регулируемых координат.Унификация оборудования, обусловленная особенностями регуляторов СПР иналичием унифицированных блочных систем регулирования, специальновыпускаемых для СПР.Простота настройки. Основной недостаток - некоторый проигрыш по быстродействию. На рис. 10 представлена структурная схема двухконтурной системыподчиненного регулирования электропривода постоянного тока. В соответствие с требованиями к электроприводу принимаемдвухконтурную САР скорости с внутренним контуром регулирования тока якоря.Выбираем однократно интегрирующую САР скорости, поскольку астатизм системыпо моменту сопротивления не требуется и однократно интегрирующая САРобладает динамическими свойствами по сравнению с двукратно интегрирующей.Контуры тока якоря и скорости настроены на модульный оптимум. Поэтому всистеме применяется ПИ-регулятор тока и П-регулятор скорости. Ускорение изамедление привода обеспечивается путем формирования линейно изменяющегосясигнала задания на скорость задатчиком интенсивности. Функциональная схемаСАР скорости представлена на рис. 11. РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЯКОРЯ И ЦЕПИ КОМПЕНСАЦИИ ЭДС ЯКОРЯ 1 ВЫБОР КОМПЕНСИРУЕМОЙ ПОСТОЯННОЙ Величина Т? является "базовой" при расчете СПР, для которыххарактерно, что динамические свойства системы не зависит от параметровобъекта регулирования и определяется только величиной постоянной времени Т?фильтра, установленного на выходе регулирующей части системы управления.Таким образом , в стандартных системах регулирования величина Т? являетсяединственным средством воздействия на систему управления. С одной стороны уменьшение Т? приводит к увеличению быстродействия иснижению статической и динамической ошибок по скорости при приложениивнешних возмущающих воздействий, с другой стороны величина этой постояннойвремени должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить высокуюпомехозащищенность системы, ограничение тока якоря на допустимом уровне иустойчивость работы САУ с учетом дискретность тиристорного преобразователя. Следовательно фильтр с постоянной времени Т? должен реальноприсутствовать в САУ электроприводом. В реальных САУ с подчиненным регулированием параметров величина Т?лежит в пределах 0,004-0,01 с. Для нашей системы выберем Т? = 0,007 с. 2 расчет контура регулирования тока якоря 1 Расчетная структурная схема контура тока Контур регулирования тока якоря является внутренним контуром САУэлектроприводом. Он образуется регулятором тока, фильтром с постояннойвремени Т?, тиристорным преобразователем, якорной цепью и обратной связьюпо току через датчик тока (kдт = 1). В объекте управления имеет местовнутренняя обратная связь по ЭДС якоря двигателя. Структурная схема контуратока представлена на рис. 12. 2 Передаточная функция регулятора тока При синтезе регулятора внутренняя обратная связь оп ЭДС неучитывается. Передаточная функция регулятора тока, найденная по условию настройкина модульный оптимум: [pic], где Тi1 = Tэ = 0,07с; [pic] [pic] При выборе данной передаточной функции регулятора тока замкнутыйконтур тока будет описываться передаточной функцией фильтра Баттерворта IIпорядка: [pic] [pic] При условии неподвижного якоря двигателя (когда ? = 0, ея = 0). Вэтом случае реакция контура на единичное ступенчатое задание токапредставлена кривой 1 нарис. 13. 3 Компенсация влияния ЭДС якоря двигателя Действие ЭДС якоря приводит к погрешности регулирования тока.Появляется астатизм контура по задающему воздействию. При единичном заданиина ток статическая ошибка составит: [pic], где [pic] [pic] Статическая ошибка по току оказывается существенной, поэтомупренебречь влиянием обратной связи по ЭДС нельзя. Для компенсации влиянияЭДС якоря используют принцип комбинированного управления. В системууправления вводится положительная обратная связь по ЭДС. Для удобстватехнической реализации эта обратная связь подается на вход регулятора тока,а фильтр выносится из контура в цепь задания и обратной связи по току.Структурная схема контура тока с компенсирующей связью по ЭДС представленана рис. 14. Передаточная функция звена компенсации ЭДС будет иметь вид: [pic], где [pic] [pic] [pic] 4 Реализация датчика ЭДС ЭДС якоря двигателя, в отличие от тока якоря и скорости, недоступнадля прямого измерения. Датчик косвенного измерения ЭДС якоря используетсигналы датчика тока якоря и датчика напряжения на якоре двигателя. Связьмежду током якоря, напряжением якоря и ЭДС якоря устанавливает уравнениеэлектрического состояния равновесия в якорной цепи. В операторном виде оноимеет вид: [pic], где [pic] Выразив ЭДС, получим уравнение датчика. Структурная схема датчикатока приведена ниже. Для возможности практической реализации форсирующегозвена и защиты системы от помех в сигналах датчиков в канале тока инапряжения датчика ЭДС добавлено инерционное звено с постоянной времени Т?.Таким образом реальный датчик ЭДС будет инерционным. 3 Конструктивный РАСЧЕТ Рассмотрим реализацию управляющей части контура тока якоря ваналоговой системе автоматического управления электроприводом на базеоперационных усилителей. Принципиальная схема регулятора тока и цепи компенсации ЭДСпредставлена на рис. 16. Регулятор реализован на усилителе DA1, звено компенсации ЭДС - наусилителе DA2. Усилитель DA3 предназначен для суммирования сигналов вдатчике ЭДС. Для расчета элементов схемы по известным значениям параметров вотносительных единицах используем базисные величины: Iбр = 0,5 мА - базисный ток регулирования принимаем, какрекомендуется в [5]. Uбр = 10 В - базисное напряжение регулирования.Базисное сопротивление системы регулирования: [pic] [pic] Принимаем величины сопротивлений [pic] Емкость фильтров в цепи задания и обратной связи по току: [pic] [pic] Емкость в цепи обратной связи усилителя DA1: [pic] [pic]Сопротивления в цепи обратной связи усилителя DA1: [pic] [pic] Емкость во входной цепи усилителя DA2 [pic] [pic] Сопротивление в обратной связи усилителя DA2: [pic] [pic] Емкость фильтра на входе DA3: [pic] [pic] Параметры элементов на входе форсирующего звена на входе DA3: [pic], где [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ 1 рАСЧЕТНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ Согласно требованиям, предъявляемым к электроприводу, системарегулирования скорости выполняется однократной (см. п. 6). Структурнаясхема контура скорости представлена на рис. 17. Контур регулирования токанастроен на модульный оптимум с наличием компенсации по ЭДС якоря -рассматриваем как фильтр Баттерворта II порядка. Контур скорости образуется регулятором скорости, контуромрегулирования тока якоря. звеном умножения на поток, звеном механическойчасти привода и обратной связью по скорости через датчик скорости (kдс =1). На объект действует возмущающее воздействие - момент статическогосопротивления. 2 расчет регулятора скорости В однократной САР скорости, по условия настройки на модульныйоптимум, регулятор скорости имеет передаточную функцию пропорциональногозвена: [pic], где [pic], ? = 1, т.к. Ф = ФN = const. [pic] Передаточная функция замкнутого контура скорости при настройке намодульный оптимум представляет собой фильтр Баттерворта III порядка: [pic]Реакция контура скорости на скачок задания на скорость представлена нарис. 18. такой процесс имеет место при mc = 0 (на холостом ходу).Однократная САР обладает астатизмом по возмущающему воздействию, поэтомупоявление нагрузки приведет к статической ошибке по скорости. При ?* = 1 иmc = 1 (что соответствует в абсолютных единицах Mc =MN) статическая ошибкабудет равна: [pic] [pic] 3 конструктивный расчетПринимаем: [pic] Сопротивление в цепи обратной связи DA4: [pic] [pic] РАСЧЕТ ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ 1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЗАДАТЧИКА ИНТЕНСИВНОСТИ Задатчик интенсивности устанавливается на входе САР скорости ипредназначен для формирования сигнала задания на скорость. ЗИ ограничиваеттемп нарастания снижения задания на скорость и тем самым обеспечивает,чтобы ускорение и динамический момент электропривода не превышалидопустимых значений. Структурная схема ЗИ представлена на рис. 20. Принцип действия ЗИ При поступлении на вход ЗИ ступенчатого воздействия нелинейныйэлемент задатчика выходит на ограничение, и на вход интегрирующего звенапоступает неизменная величина ?нэ = Q. На выходе интегратора появляетсялинейно возрастающий сигнал. Теперь на нелинейный элемент поступает разность ?? = ?зи* - ?*, нона его выходе остается сигнал, равный Q, поскольку коэффициент усиления НЭочень большой, и достаточно малого рассогласования чтобы вывести его наограничение. Возрастание выходного сигнала длится до тех пор, пока ?зи* =?*, см. рис. 21. 2 расчет параметров Зи Темп ЗИ представляет собой величину ускорения электропривода вотносительных единицах: [pic] [pic] Принимаем постоянную времени интегратора Ти = 0,25 с. При этомвеличина ограничения нелинейного элемента составит: [pic] [pic] В абсолютных единицах ограничение соответствует 10 В. Установившийся динамический момент при разгоне с темпом А: [pic] [pic] Проверим выполнение условия: [pic] [pic] Из пункта 3: [pic] Установившаяся динамическая ошибка по скорости при разгоне с темпомА: [pic] [pic] 3 конструктивный РАСЧЕТ Принципиальная схема ЗИ представлена на рис. 22. Нелинейный элемент реализуется на операционном усилителе DA7 за счетвключения в обратную связь пары стабилитронов VD6 и МВ7. Интеграторреализуется на операционном усилителе DA6. Усилитель DA5 предназначен дляинвертирования сигнала. Принимаем: [pic] Коэффициент усиления линейной зоны нелинейного элемента принимаемравным 100. [pic]Емкость в обратной связи интегратора: [pic] [pic] КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ САР СКОРОСТИ ЛИТЕРАТУРАТиповые задания к курсовому проекту по основам электропривода / ТомашевскийН.И., Шрейнер Р.Т. и др. - Свердловск: СИПИ, 1989. - 48 с.Справочные данные по элементам электропривода: Методические указания ккурсовому проекту по дисциплине "Теория электропривода" / И.Я. БраславскийА.М. Зюзев и др. - Екатеринбург: УГТУ, 1995. - 56с.Расчет полупроводникового преобразователя системы ТП-Д: Методическиеуказания к курсовой работе по курсу "Электронные микропроцессорные ипреобразовательные устройства" /В.И. Лихошерст. Свердловск: УПИ, 1990. - 37с.Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х. Евзеров, А.С.Горобец и др.; под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. -319 с.Шрейнер Р.Т. Однозонные системы автоматического управления скоростьюэлектроприводов: Учебно-методическая разработка к курсовому проектированиюпо дисциплине "Системы автоматического управления электроприводами". -Свердловск: СИПИ, 1985. - 77 с.----------------------- Fхх = 22,37 tп = 1,25 -Fхх = - 22,37 Fр = 192,37 F (КН) Fр Fхх tр = 10 tв = 0,94 tобр = 5,44 tц = 17,63 tр (с) Рисунок 3 Нагрузочная диаграмма механизма. МЧ ТП - mс iя - eя ? m eп uу [pic] [pic] [pic] [pic] RЭ Ed Uу [pic] Рисунок 7 Эквивалентная расчетная схема системы ТП-Д. LЭ IЯ Ed EЯ RЯ Нагрузочная диаграмма R? 2LТ 2RТ Uу Рисунок 6 Полная расчетная схема системы ТП-Д. Рисунок 5 Силовая часть однодвигательного электропривода серии КТЭУ, Iном = 800 А. Тахограмма t12 t9 t11 t10 t8 t7 t6 М12 М3 t5 t4 t3 t2 t1 М11 М10 М9 М8 М7 М6 М5 М4 М2 М1 -?обр ?пон ?пон ?пон t [pic] Рисунок 4 Тахограмма и нагрузочная диаграмма электропривода механизма перемещения стола продольно-строгального станка. t М ? Рисунок 8 Структурная схема объекта управления ЯЦ m iя [pic] mс [pic] [pic] [pic] Рисунок 9 Структурная схема СПР Объект регулирования Регулирующая часть [pic] [pic] xi-1 x1 xi-2 x32ш [pic] x3i-2 x3i-1 [pic] [pic] x3iш Фо(р) uу iя* ?* eя [pic] [pic] [pic] ep [pic] [pic] [pic] W01(p) [pic] [pic] Рисунок 10 Двухконтурная схема подчиненного регулирования скоростиэлектроприводапостоянного тока Рисунок 11 Функциональная схема САР скорости Ф2 Ф1 [pic] t ЯЦ ? = 4,3% Ф Рисунок 13 Реакция контура тока на ступенчатый задающий сигнал: 1 - без учета обратной связи по ЭДС; 2 - с учетом обратной связи по ЭДС. iя ep Рисунок 12 Структурная схема контура регулирования тока якоря РТ ТП eя [pic] [pic] uу iя* iя [pic] [pic] ДТ [pic] iя* 1 i ?iя2 уст ?iя уст ДТ [pic] РТ ТП [pic] ЯЦ ДТ ep eя [pic] [pic] uу iя* [pic] [pic] iя Ф ДЭ [pic] [pic] [pic] iя Рисунок 14 Структурная схема контура регулирования тока якоря с компенсирующейсвязью по ЭДС ДС iя от ДН eя' Рисунок 16 Принципиальная схема управляющей части контура тока РС Рисунок 17 Структурная схема контура регулирования скорости Рисунок 15 Реализация датчика ЭДС [pic] [pic] МЧ КТ `m uя iя [pic] mc [pic] [pic] iя от ДТ к звену компенсации ЭДС ?* [pic] [pic] ? iя* ?,m ?* 8 % ? mc ??уст t Рисунок 18 Реакция контура скорости на скачок задающего и возмущающеговоздействия Рисунок 19 Принципиальная схема регулятора скорости t Q НЭ t к регулятору скорости t ?* Q [pic] ?нэ ?? ?зи* ?зи* Рисунок 20 Структурная схема ЗИ ?* t Рисунок 21 Временные диаграммы ЗИ Рисунок 22 Принципиальная схема ЗИ [pic] Рисунок 2 Кинематическая схема механизма Рисунок 1 Процесс обработки на продольно строгальном станке [pic] IЯ EЯ Lя




Похожие:

Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconМинистерство общего и профессионального образования Российской Федерации Уральский государственный профессионально-педагогический университет Кафедра электрооборудования и автоматизации промышленных предприятий
Тема: "Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка."
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconДокументы
1. /Электропривод и электрооборудование механизма подъема мостового крана/Электропривод и электрооборудование...
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconЭлектрооборудование и электропривод механизма подъема мостового крана

Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconЛитература к курсу
Автоматизированный электропривод / Под общ. Ред. Ильинского Н. Ф., Юнькова М. Г. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 544с., ил
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconРабочая программа учебной дисциплины теория электропривода
Кореквизиты: «Системы управления электроприводов», «Микропроцессорные средства в электроприводе», «Автоматизированный электропривод...
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconРабочая программа дисциплины автоматизированный электропривод
Пререквизиты: Математическое моделирование ен. Р. 1; Электротехника и электроника опд. Ф. 9; Теория автоматического управления опд....
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconАннотация дисциплины наименование дисциплины
Наименование дисциплины: Автоматизированный электропривод рабочих машин и технологических установок
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconЗадание к индивидуальной работе по теме “Электропривод”
Построить график нагрузочной диаграммы производственного механизма за цикл работы по данным таблицы 1 для заданного варианта. Определить...
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconФедеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ставропольский государственный аграрный университет автоматизированный электропривод курс лекций ставрополь
Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета электрификации сельского хозяйства (протокол №6 от 02. 06г.) и методическим...
Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка iconРабочая программа учебной дисциплины автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов направление ооп 140400 «электроэнергетика и электротехника»
В результате освоения данной дисциплины обеспечивается достижение целей Ц1, Ц3, Ц4 и Ц5 основной образовательной программы «Электроэнергетика...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы