Курсовая работа (т): Проектирование и расчет систем автоматического регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока привода вращающегося механизма

Рис.6.5 - Определение постоянной времени ПИ - регулятора.

Для повышения точности определения ЛАЧХ может быть построена в диапазоне двух декад. Значение коэффициента =0.5 является хорошим начальным приближением. Конечно, в коэффициенте усиления ПИ- регулятора нужно учесть и усиление П-регулятора, равное 0.666 . В результате, значение

Вводим ПИ - регулятор в разомкнутую САР рис 6.6

Отметим, что двигатель под управлением САР начинает изменять частоту более плавно по сравнению с тем когда на него непосредственно поступает ступенчатое приращение напряжения якоря, а время регулирования САР практически такое же как и у ДПТ в автономной работе. В завершении приведем ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого контура оптимизированной САР рис 6.7.

Рис.6.6 - Введение ПИ - регулятора в схему САР

Рис.6.7 - ЛАЧХ и ЛФЧХ оптимизированной САР

VisSim автоматически добавил к значениям ЛФЧХ 360. Запасы устойчивости и по фазе и по амплитуде - хорошие. Переходная характеристика разомкнутого контура. Воспроизводим переходную характеристику разомкнутого контура САР рис 6.8.

Рис.6.8 - Переходная характеристика разомкнутого контура САР,

Из рис 6.8 следует что переходная характеристика разомкнутого контура линейно увеличивается со временем что объясняется наличием интегратора в контуре, входящего составной частью в ПИ - регулятор.

Поскольку использованный для коррекции метод определения настроечных параметров ПИ-регулятора приближенный, то несколько улучшить качество САР можно уточнением значений коэффициента усиления регулятора и его постоянной времени в пределах нескольких десятков процентов рис 6.9.

Рис. 6.9 - Уточнение значения Ку ПИ - регулятора

Методом проб и ошибок можно установить, что изменение постоянной времени ухудшает переходную характеристику, а уменьшение коэффициента усиления до 0.08 позволяет уменьшить перерегулирование, сделать его 0%, что положительно сказывается на времени регулирования.

Таким образом, в результате структурно-параметрической оптимизации получена следующая схема САР

7. Оценка качества САР

Оценка качества выполняется с целью сравнения показателей качества переходного и установившегося режимов оптимизированной САР с требованиями, предъявляемыми к САР.

Оценка качества переходного режима САР осуществляется по переходной функции замкнутой САР рис. 7.

Рис. 7. - Показатель качества по переходной характеристике САР

Понятие качество линейной САР объединяет точность ее слежения за задающим сигналом и подавления возмущений, а также быстродействие.

Качество САР оценивается прямыми и (или) косвенными показателями переходного и установившегося режимов. Косвенные показатели это запасы устойчивости САР по фазе и амплитуде и порядок астатизма.

Для статических систем следует назвать и коэффициент усиления контура. Существует и множество других косвенных показателей качества. Прямые показатели качества разделяются на показатели переходного режима - это время регулирования tp и перерегулирование σ%, и показатели установившегося режима: коэффициенты ошибок по положению с0, по скорости с1 и по ускорению с2.

Рис. 7.1. - Определение коэффициента ошибки по скорости.

Показатели качества переходного режима определяются по переходной характеристике САР. Для данной САР по рис. 7.1 определены tp=8,5сек и σ=0% (это относительное превышение первого максимума переходной функции над ее установившимся значением). Время перерегулирования находится по формуле:

смотрим рис. 7.2 для пояснения.

Рис.7.2 - Диаграмма пояснения к формуле для нахождения коэф. Ошибки

Для определения коэффициента ошибки по скорости с1, к входу САР нужно подключить генератор линейно растущего сигнала. Установившееся значение сигнала ошибки равно величине с1:

Диаграмма для определения коэффициента ошибки по скорости астатической САР. Коэффициент ошибки по скорости с1 = 2.6 рис. 7.1.

Для проверки качества САР и в режиме слежения, и в режиме стабилизации следует одновременно подать не нее и ступенчатое задание, и ступенчатое возмущение рис. 7.3. Этим воздействиям для наглядности переходной характеристики следует придать разные задержки. Возмущение задержано относительно задания на 6 сек. По переходной характеристике видно, что САР компенсирует возмущение примерно за 28 сек, с максимальной ошибкой в - 6.5 об/сек при величине возмущения в 1 Н·м.

Рис.7.3 - Проверка качества САР в режиме слежения и в режиме стабилизации

Поскольку в задании не оговаривались требования к качеству компенсации возмущения, то будем считать полученное качество удовлетворительным. В противном случае потребуется корректировать схему несколькими способами, например либо несколько увеличивать коэффициент усиления контура, либо повысить астатизм САР по возмущению, либо ввести компенсирующее устройство.

8. Определение области устойчивости САР

автоматический регулирование электродвигатель ток

Знание диапазона изменения некоторого параметра системы управления, в котором система сохраняет устойчивость, позволяет оценить восприимчивость системы к возмущениям, приводящим к отклонению исследуемого параметра от его оптимального значения. Определение области устойчивости САР может быть осуществлено методом D-разбиения по коэффициенту усиления контура. Для этого может быть "приспособлен" построитель годографа Найквиста в VisSim. Построим годограф Найквиста. Годограф Найквиста строиться для разомкнутой САР. Выделим все блоки кроме генератора ступенчатой единичной функции далее нажимаем Response и получаем диаграмму на рис.8.

Рис. 8 - Определение области устойчивости САР. Диаграмма Найквиста

На данной диаграмме мы видим область устойчивых значений для усилителя, при которых САР сохраняет устойчивость.

Заключение

В данном курсовом проекте спроектирована система автоматического регулирования частоты вращения вала двигателя постоянного тока. В процессе исследования САР ЧВ ДПТ пришли к выводу, что для обеспечения устойчивости системы и хороших показателей ее качества и точности следует произвести коррекцию коэффициента усиления усилителя и постоянной времени контура обратной связи а так же существует необходимость введения корректирующего звена, в связи в виде ПИ - регулятора , с тем что при исходных данных система неустойчива. С учетом корректирующего звена проведен анализ качества и точности системы. Скорректированная система имеет перерегулирование σ = 0% и время регулирования системы  8.5c Отметим, что двигатель под управлением САР начинает изменять частоту более плавно по сравнению с тем когда на него непосредственно поступает ступенчатое приращение напряжения якоря, а время регулирования САР практически такое же как и у ДПТ в автономной работе. Запасы устойчивости и по фазе и по амплитуде хорошие. Получили устойчивую, оптимизированную и скорректированную систему автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.

Библиографический список

. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. Издание четвертое, исправленное. Москва, издательство «Наука», 19753. Под редакцией А. А. Красовского.

. VisSim 3,0. Учебный курс В.П. Дьякова. СПб 2003.

. Клиначев Н.В. Моделирование систем в программе VisSim. Справочная система. 2001.

. Патюков В.Г., Туйгунова А.Г. Теория автоматического управления. Методические указания по выполнению курсового проекта «Анализ системы автоматического регулирования частоты вращения вала двигателя постоянного тока»

Графическая часть