АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

7. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

7.1 Моделирование динамики технологической установки

Упрощенная структурная схема электропривода представлена на рис. 7.1. Полная структурная схема представлена в графической части (лист 4). Схема управления электроприводом обеспечивает автоматическое регулирование скорости вращения электродвигателя и коррекцию скорости вращения по температуре во второй зоне пекарной камеры. Сигнал задания температуры и задания скорости задаются задатчиками температуры (ЗТм) и скорости (ЗС). Датчик температуры (ДТм) измеряет температуру (Тм) во второй зоне пекарной камеры и преобразует ее в в сигнал обратной связи по температуре с коэффициентом k_отм. Регулятор температуры (РТм) формирует закон коррекции по разности сигналов задания и обратной связи. Устройство ограничения У01 ограничивает сигнал с выхода регулятора температуры на заданном уровне. На вход задатчика интенсивности поступает сумма сигналов задания скорости U_зс и коррекции температуры U_ктм. Задатчик интенсивности формирует сигнал задания скорости , контролируя интенсивность его нарастания Применение ЗИ необходимо для обеспечения плавного пуска электропривода с контролируемым ускорением. Система управления преобразователя частоты формирует сигналы задания амплитуды напряжения U_зU и угловой скорости Uω. Устройство ограничения У01 ограничивает сигнал с выхода регулятора тока (РТ) на уровне допустимого. Сигнал необходимо ограничивать из-за условия ограничения электродвигателя по напряжению. Силовая схема преобразователя частоты (УН, УЧ) представлена безынерционными звеньями (k_U, k_ω), т.к. система управления реализуется на микропроцессорном контроллере с высоким быстродействием, а силовые ключи коммутируют с высокой частотой (5 кГц). Структурная схема асинхронного электродвигателя (графическая часть: лист 4) описывается системой дифференциальных уравнений в операторной форме (6.29). Произведем расчет постоянных времени электродвигателя по уравнениям (6.28):

,

,

,

.

Колебания температуры в зонах пекарной камеры возникает при начальной загрузке печи, когда происходит интенсивное поглощение тепла тестовыми заготовками. Т.к. процессы теплообмена высокоинерционные, то быстро компенсировать изменение температуры невозможно из-за ограниченной величины напряжения, прикладываемого к электронагревателям. Но с другой стороны, для создания оптимального режима выпечки компенсирование изменения температуры можно произвести изменением продолжительности времени выпечки, т.к. этот контур регулирования обладает высоким быстродействием. Также возмущающим воздействием для температуры в пекарной камере является изменение состава тестовых заготовок.

Допустим, что колебания температуры носят периодический характер. Тогда эти колебания можно разложить в ряд Фурье и выделить постоянную составляющую. Коэффициент обратной связи по температуре k_отм следует подбирать таким образом, чтобы сигнал задания температуры был равен сигналу, пропорциональному постоянной составляющей температуры. Тогда сигнал рассогласования будет пропорционален изменению гармонических составляющих температуры.

Коэффициент усиления регулятора температуры настраивается так, что при изменении температуры на 10˚ скорость вращения изменялась на 10% номинальной скорости электродвигателя (14.6 с^-1), что соответствует напряжению задания скорости ≈1В.

Допустим, выпекается хлеб «Злаковый». Температура во второй зоне пекарной камеры (табл. 1.2) изменяется в пределах 260…280 ˚С. Усредним значение изменения температуры (270 ˚С) и будем считать, что эта температура соответствует постоянной составляющей. Амплитуду первой гармоники примем 10 ˚С. Тогда при сигнале задания температуры 10В (соответствует 270˚С) коэффициент обратной связи по температуре будет:

.

Сигнал рассогласования между заданием и обратной связью

.

Тогда коэффициент усиления РТм:

.

Т.к. при увеличении температуры скорость вращения двигателя должна увеличиваться, а при уменьшении – уменьшаться, то выход РТ должен быть инверсным. Принимаем k_Т=-2.7.

Моделирование переходных процессов в электроприводе будем производить при помощи математического программного пакета MATLAB и его приложения SIMULINK, позволяющего реализовать структурную схему. Моделирование будем производить для трех режимов:

1.  Разгон до максимальной скорости, работа на максимальной скорости и торможение до нуля.

2.  Разгон до минимальной скорости, работа на минимальной скорости и торможение до нуля.

3.  Разгон до максимальной скорости и коррекция скорости по температуре.

При рассмотрении первых двух режимов необходимо выявить особенности частотного регулирования, способа управления и особенности системы стабилизации момента с обратной связью по току статора. Поэтому выход регулятора температуры для этих режимов обнулен, т.е. коррекция не действует.

При рассмотрении третьего режима необходимо убедиться в работоспособности устройства коррекции температуры.

Рассмотрим первый режим работы. Результаты моделирования представлены в виде графиков (рис. 7.2-7.17). Как видно из рисунка 7.5, в начальный промежуток времени скорость не изменяется и равна нулю. Обычно такой промежуток времени называют запаздывание. Такой вид кривой скорости объясняется несколькими причинами:

1.  Нагрузка электропривода реактивная и носит знакопеременный характер, что ухудшает условия пуска.

2.  Наличие момента трогания.

3.  Некачественная кривая вращающегося момента (рис. 7.4). Наличие колебательности и медленности нарастания момента.

Некачественность кривой момента можно объяснить следующими причинами. Элекромагнитный момент является функцией тока ротора, магнитного потока и скольжения:

М=Ф*I₂*cosφ₂.

Т.к. все токи и потоки асинхронного электродвигателя взаимосвязаны, то изменение одних приводит к изменению других, и наоборот. В начальный момент времени магнитный поток стремиться достичь своего номинального значения. Из-за взаимосвязи потока с токами статора и ротора это процесс носит колебательный характер, что в свою очередь вызывает колебания токов статора и ротора (рис. 7.6), что в конечном итоге вызывает колебание момента. Если какими-то либо причинами удалось бы создать начальный магнитный поток на уровне номинального, то кривая момента при пуске имела бы прямоугольный вид. Это предположение косвенно подтверждается на рис. 7.4, где динамический момент при торможении постоянный. Таким образом, напрашивается вывод: чтобы получить хорошие переходные процессы (прямоугольный вид динамического момента, линейную скорость и т.д.), необходимо регулировать магнитный поток и ток статора независимо друг от друга.

Рассмотрим второй режим. Из рис.7.19 – 7.24 видно, что переходные процессы в электроприводе схожи для двух режимов. Разница состоит в том, что во втором случае увеличилась колебательность. На мой взгляд, это объясняется тем, что увеличилось соотношение U/f, т.к. на верхней скорости выход регулятора момента был ограничен предельным значением.

Анализируя работу электропривода в первых двух режимах, можно сделать выводы:

1.  Ускорение при пуске не выходит за границы допустимого значения [а_доп]=0.4м/с².

2.  Электропривод работает устойчиво во всем диапазоне регулирования.

3.  Пусковой момент не превышает 180% от номинального, что соответствует режиму работы ПЧ VLT5000.

4.  Тормозной момент не превышает 160% от номинального, что соответствует мощности тормозного резистора.

Рассматривая третий режим работы (рис. 7.25 –7.26), можно сделать вывод что скорость движения конвейера изменяется по корректирующему сигналу почти мгновенно. Можно сказать, что запаздывание отсутствует.

7.2 Определение показателей переходных процессов

К основным показателям относятся время регулирования, колебательность, перерегулирование.

Показатели качества переходных процессов определим для режимов работы 1 и 2 для кривой скорости.

Для режима работы 1 (рис 7.5):

 Время регулирования: t_р=1 с.

Перерегулирование и колебательность отсутствуют.

Определим показатели качества переходных процессов для режима работы 2 (рис. 7.19):

Время регулирования: t_р=0.55 с.

Перерегулирование:

.

Колебательность: δ=4.

Таким образом, можно сделать вывод, что система электропривода имеет приемлемые показатели качества переходных процессов.

Похожие работы

Оборудование предприятий общественного питания

Скачать

162367

1

1

... работник, и автоматизированные, где контроль за безопасной работой и режимом тепловой обработки обеспечивает сам тепловой аппарат при помощи приборов автоматики. На предприятиях общественного питания тепловое оборудование может использоваться как несекционное или секционное, модулированное. Несекционное оборудование, это оборудование, которое различно по габаритам, конструктивному исполнению и ...