Разработка системы непрерывного управления координатами электропривода с заданными показателями качества

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.

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

Структура объекта управления.

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

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

Номинальная частота вращения, об/мин

Номинальное напряжение, В

Номинальный ток, А

Сопротивление обмотки якоря при 20 С, Ом

Индуктивность обмотки якоря, мГн

Момент инерции, гм 2

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. Технические данные тахогенератора ТП80 - 20 - 0.2.

Крутизна выходной характеристики мВ/ (об/мин)

Частота вращения, об/мин:

Погрешность в диапазоне частот 0.1 - 4000 об/мин,%, не более

номинальная частота вращения:

максимальная частота вращения в заданном диапазоне слежения:

максимальная ошибка слежения:

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:

В качестве корректирующего устройства выбираем модальный регулятор, как универсальное устройство управления. Модальное управление реализуется совокупностью линейных обратных связей по переменным состояния объекта управления. Структурная схема всей системы представлена.

Структурная схема проектируемой системы управления электроприводом.

Линейный (линеаризованный) объект описывается уравнением:

. При модальном управлении: .

В этих уравнениях:

- вектор переменных состояния;

- вектор входных переменных;

А - матрица объекта;

В - матрица входа;

- вектор входных величин в замкнутой через модальный регулятор системе управления;

К - матрица-строка коэффициентов обратных связей по вектору .

Переходя к операторной форме:

, здесь I - единичная матрица;

Распределение корней характеристического полинома будет определять динамику системы.

Синтез модального регулятора заключается в определении матрицы К, обеспечивающей заданное распределение корней.

Рассмотрим в качестве объекта управления систему электропривода (Рис. 1).

Этой структурной схеме соответствуют следующие дифференциальные уравнения: