Курсовая работа (т): Расчет регулируемого электропривода постоянного тока, построенного как система подчиненного регулирования

2.2 Настройка регулятора тока на технический оптимум

Передаточная функция регулятора тока имеет следующий вид:

где  - коэффициент передачи обратной связи оп току.

ПИ-регулятор тока реализуется на базе операционного усилителя. Для реализации требуемого регулятора тока необходимо подобрать настраиваемые элементы: в цепи обратной связи и на выходе усилителя, которые обеспечили бы получение желаемой передаточной функции.

Изменение настроек регулятора удобнее производить за счет активных сопротивлений, поэтому задаемся емкостью:

Из выражения:  найдем значение сопротивления обратной связи:

.

Коэффициент передачи датчика тока:

где  - напряжение на выходе усилителя в ОС по току.

Находим значение R_вх2:

Сопротивление R_вх1 находим при условии ограничения до требуемого значения тока якоря двигателя.

Считаем что сигнал ошибки равен нулю, принимаем

Из последнего выражения выведем R_вх1:

Коэффициент передачи обратной связи по току:

Передаточная функция ПИ-регулятора тока:

.3 Настройка регулятора скорости на симметричный оптимум

В разомкнутом состояние контур скорости, настроенный на симметричный оптимум, имеет следующую передаточную функцию:

,

В качестве малой постоянной времени принимаем .

Передаточная функция контура скорости, настроенного на симметричный оптимум принимаем следующий вид:

,

Так, как передаточную функцию замкнутого контура тока можно аппроксимировать апериодическим звеном:

то передаточную функцию разомкнутого контура скорости можно записать следующим образом:

,

Приравнивая желаемую передаточную функцию к действительной, находим передаточную функцию регулятора скорости:

где  - постоянная времени регулятора скорости.

Контур регулирования скорости, так же как и контур тока, реализуется на базе операционного усилителя с активно-емкостной обратной связью. Аналогично контуру тока необходимо подобрать настраиваемые элементы которые обеспечили бы получение желаемой передаточной функции.

Задаемся величиной С_ос2 = 1 мкФ

Из выражения:  найдем значение сопротивления обратной связи:

.

В качестве датчика скорости применяется тахогенератор с коэффициентом передачи:

где S = 20 мВ/мин^-1 - номинальная крутизна выходного напряжения.

[]

Расчет сопротивлений R_вх3 и R_вх4:

,

[Ом].

Коэффициент передачи обратной связи по скорости:

Передаточная функция ПИ-регулятора скорости с учетом найденных величин:

.4 Расчет фильтра на входе контура регулирования скорости

Передаточная функция апериодического фильтра:

,

Постоянная времени фильтра принимается равной .

Определение параметров сопротивлений и емкости:

Задаемся емкостью С_ф = 1 мкФ

.

3. Построение переходного процесса контура тока

Для построения графика переходного процесса необходимо определить передаточную функцию замкнутого контура тока.

Передаточная функция разомкнутого контура тока:

Передаточная функция замкнутого контура тока:

Расчет выходной координаты контура тока:

Задаем диапазон времени t = 0,0.001..0.1

По кривой переходного процесса определяем перерегулирование .

,

.1 Построение переходного процесса в системе подчиненного регулирования скорости по управляющему воздействию

Передаточная функция разомкнутого контура скорости:

Передаточная функция замкнутого контура скорости без учета апериодического фильтра:

Выходная координата контура скорости без учета фильтра:

По кривой переходного процесса определяем перерегулирование .

,

Передаточная функция замкнутого контура скорости с учетом апериодического фильтра:

Выходная координата контура скорости с учетом фильтра:

Определение перерегулирования с учетом апериодического фильтра:.

.

3.2 Построение переходного процесса системы подчиненного регулирования скорости по возмущающему воздействию

Передаточная функция замкнутого контура скорости по возмущающему воздействию:

Выходная координата контура скорости по возмущению:

4. Описание электропривода "Кемек"

Комплектные электроприводы типа "Кемек" предназначены для промышленных роботов с последовательной работой координат.

В комплект привода входят:

шестипульсный реверсивный тиристорный преобразователь типа 2РЕВ16

высокомоментные электродвигатели серии 1ПИ

силовой трансформатор типа Т1ЕВ

коммутатор переключения координат.

Общий вид преобразователя, встроенного в устройство управления роботами "Контур-1" приведен на схемах.

Конструкция преобразователя блочная, максимально унифицированная.

Описание работы преобразователя

Преобразователь выполнен по трехфазной реверсивной мостовой схеме выпрямления. Применено классическое подчиненное регулирование ПИ-регуляторами скорости и тока. Управление - раздельное, без уравнительных токов. Нелинейное токоограничение обеспечивает ограничение максимально допустимого тока якоря в функции частоты вращения. Предусмотрено адаптивное регулирование коэффициента усиления и постоянной времени интегрирования в функции частоты вращения СИФУ выполнено по вертикальному принципу с возможностью регулировки начального тока якоря. Разветвленная цепь электронных защит и сигнализации обеспечивает удобство эксплуатации и быстроту устранения возможных неисправностей.

Блок-схема привода состоит из следующих элементов:

РС - регулятор скорости, РТ - регулятор тока, АР - адаптивный регулятор, КЗ - корректирующие звено, МТГ - схема выделения модуля напряжения тахогенератора, ФП - функциональный преобразователь, ПЭ - пороговый элемент, БНТО - блок нелинейного токоограничения, РНТ - регулятор начального тока якоря, БЛ - блок логики раздельного управления, СИФУ - система импульсно-фазового управления, ТР - силовой трансформатор, Я - двигатель, ТГ - тахогенератор, Sh - шунт, УТ - диффиринциальный усилитель тока, ОС - защита от перегрузки по току, OL - защита от длительной перегрузки, OS - защита от превышения максимальной частоты вращения, TG - защита от обрыва цепи тахогенератора, СР - защита от неправильного подключения, RD - готовность, ON - сигнал "Работа" (деблокировка), БЗ - блок защиты, К - коммутатор, БП - блок питания.

Силовая схема выполнена по трехфазной мостовой реверсивной схеме выпрямления без уравнительных дросселей, что связано с раздельным принципом управления преобразователем.

Предусмотрена защита силовых тиристоров от коммутационных перенапряжений путем их шунтирования RC-цепочками.

Силовой трансформатор включен по схеме "звезда-зигзаг" и осуществляет согласование напряжения якоря электродвигателя с напряжением питания силовой цепи переменного трехфазного тока.

Для переключения координат в случае использования привода для управления промышленными роботами предусмотрен коммутатор на контакторах.

Регулятор скорости представляет собой пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор и выполнен на трех операционных усилителях с раздельной регулировкой коэффициента пропорционального усиления и времени интегрирования.

Первый каскад на операционном усилителе D45 осуществляет пропорциональное усиление, второй каскад на ОУ D46 - регулирование времени интегрирования, и третий каскад на ОУ D47 - суммирование ошибки и ее интеграла.

Предусмотрены "ключи" на встречно включенных полевых транзисторах VT85, VT86, блокирующих регулятор при срабатывании защиты. Он же создает нулевые начальные условия интегрирования при первоначальном включении привода, что исключает возможные при ненулевых условиях броски тока.

В цепи обратной связи по частоте вращения предусмотрено корректирующие звено (C208, R361), позволяющие подстраивать ускорение и уменьшать величину перерегулирования. Параметры RC-цепочки подбираются на заводе изготовителе для конкретного двигателя, и изменять их не рекомендуется.

Наладочное сопротивление R342 позволяет сделать регулятор пропорциональным, что весьма полезно при первоначальном пуске привода.

Предусмотрено два входа для задающего сигнала U_зад - прямой и дифференциальный. Переключение осуществляется перемычками М11, М12, и М13.

Ключи на полевых транзисторах VT81, VT82 и VT87, VT88 предназначены для осуществления адаптивного регулирования коэффициента усиления и постоянной времени интегрирования РС.

Регулятор тока также представляет собой ПИ-регулятор и выполнен на ОУ D48. Выходным сигналом РТ является выходное напряжение регулятора скорости, определяющее величину тока якоря. В качестве датчика тока применен шунт Sh, сигнал которого через дифференциальный усилитель D41 подается в цепь обратной связи по току. На входе усилителя D41 предусмотрен ограничитель, выполненный на выпрямительном мостике VD201...VD204 и двух стабилитронах VD205, VD206, общая точка которых соединена нулем.

Потенциометр RP15 осуществляет симметрирование дифференциального усилителя, а потенциометром RP16 его нулирование (балансировка).

Предусмотрена блокировка регулятора тока ключом на полевых транзисторах VT89, VT90.

Запайкой резистора R347 можно сделать регулятор пропорциональным.

Конденсатор С205 = 0,33 мкФ играет роль фильтра.

Операционный усилитель D49 формирует сигнал управления логикой раздельного управления комплектами вентилей силового преобразователя.

На ОУ D42 и D43 выполнена классическая схема выделения сигнала модуля тока якоря, управляющего защитой от перегрузки по току.

Адаптивный регулятор предназначен для изменения коэффициента усиления и постоянной времени интегрирования регулятора скорости в функции частоты вращения.

Принцип действия АР основан на широтно-импульсной модуляции. Параллельно потенциометрам RP18 - пропорционального и RP20 - интегрального усилителей РС через ключи на полевых транзисторах включены потенциометры RP19 и RP21 соответственно.

Блок нелинейного токоограничения предназначен для ограничения максимально допустимого тока якоря в функции частоты вращения и в соответствии с коммутационной кривой двигателя.

Система импульсно-фазового управления предназначена для формирования и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры.

СИФУ выполнено по вертикальному принципу и включает в себя три одинаковых канала для каждой из фаз питающей цепи.

Список литературы

1.       Системы подчиненного регулирования электроприводов постоянного тока. Рапопорт Э.Я. Куйбышев - 1985

2.       Основы автоматизированного электропривода. Чиликин М.Г. и др. М., "Энергия", 1974

.        Моделирование элементов электромеханических систем. Дунаевский С.Я., Крылов О.А., М. "Энергия", 1971.

.        Электроприводы с полупроводниковым управлением. Системы постоянного тока с кремниевыми выпрямителями. Андреев Г.И., Найдис В.А., М., "Энергия" 1967.

.        Мощные тиристорные выпрямители для электроприводов постоянного тока. Аптер Э.М. М., "Энергия". 1972.