Разработка структурной схемы САУ

2. Разработка структурной схемы САУ

В расчетных системах управления ЭП для повышения диапазона регулирования и качества динамических процессов применяют различные структуры построения регуляторов, используются различные обратные связи.

Для статического и динамического расчета САУ необходимо составить структурную схему, на которой все элементы системы нужно представить их передаточными функциями. Это двигатель, ТП, регуляторы, датчики обратных связей (рисунок 6).

Рис. 2 -Структурная схема САУ

Передаточная функция ТП вместе с системой импульсно-фазового управления, как правило апроксируется апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени T_mn в пределах времени 0,006-0,01 с, что обусловлено дискретностью подачи отпирающих импульсов и особенностью работы ТП.

Передаточная функция ТП имеет вид:

 (5.1)

где K_mn - коэффициент передачи ТП.

Коэффициент передачи ТП изменяется в зависимости от величины управляющего напряжения и рассчитывается с использованием

регулировочных характеристик E_d0 = f(α).

, (5.2)

где ΔEd — относительное значение ЭДС тиристорного преобразователя, В;

ΔU_y - относительное значение напряжения, В.

Электродвигатель постоянного тока при подключении обмотки возбуждения к постоянному напряжению, работает с постоянной магнитным потоком.

Передаточная функция имеет вид:

 (5.3)

т.к. 4Т_я>Т_м,

Якорная цепь ДПТ описывается передаточной функцией:

 (5.7)

где Е_n - ЭДС преобразователя. В;

Е_дв - ЭДС двигателя, В.

Передаточная функция механической цепи ДПТ:

(5.5)

Поведение угловой скорости вращения описывается передаточной функцией электромеханического преобразователя в соответствии с основным уравнением движения ЭП:

(5.6)

Коэффициент обратных связей рассчитывается по формулам:

Коэффициент обратной связи по скорости К_ос определяется по формуле:

(5.7)

где = 10 В — максимальное напряжение управления;

- максимальная скорость механизма, рад/с.

(5.8)

 

Коэффициент обратной связи по току К_от:

К_от = К_дт ∙ К_ш = 102,04∙0,0006 = 0,061 (5.9)

где К_дт - коэффициент датчика тока;

 (5.10)

где К_ш - коэффициент шунта.

Выбран шунт: тип 75 ШСН-5;

Номинальный ток: I_нш = 75А;

Номинальное падение напряжения: U_нш= 0,045 В.

Коэффициент шунта К_ш определяем по формуле:

, (5.11)

Коэффициент обратной связи по напряжению К_он:

 (5.12)

Выходной координатой объекта управления является угловая скорость вращения ω_о, а промежуточными: якорный ток, ЭДС двигателя, напряжение якорной обмотки, электромагнитный момент, магнитный ток.

3. Синтез CAУ

 

Для обеспечения требуемых статических и динамических параметров определим структуру системы.

Поскольку необходимо регулировать скорость и требуется динамика, то система должна иметь контур скорости и контур тока. Настройку контура обычно производят так, чтобы получить технически оптимальный переходный процесс, т.е. настройка на технический оптимум.

 

3.1 Расчет контура тока

Регулятор тока организован по ПИ-закону управления с настройкой на модульный оптимум. Регулятор для обеспечения требуемых динамических параметров должен компенсировать электромагнитную постоянную Т_я, а также малую постоянную времени контура тока Т₀₁ (рисунок9).

Рис. 3- Структурная схема по току

Передаточная функция регулятора тока имеет вид:

 (6.1)

где К_рm - пропорциональная часть регулятора тока;

 - постоянная времени регулятора тока.

(6.2)

 (6.3)

где - малая постоянная времени токового контура.

Т_от = 2 ∙ Т_тп = 2 ∙ 0,01 = 0,02 с, (6.4)

Согласно рисункам 4 и 5 запишем уравнения соответствия

динамических параметров системы и физических параметров схемы реализации:

Рис. 4 -Структурная схема РТ Рис. 5- Принципиальная схема РТ

Зададимся емкостью конденсатора C_ост⁼ 1 мкФ = 0,000001 Ф, тогда согласно уравнению 2 системы 6.5, сопротивление R_ост составит:

, (6.6)

Представив значение С_ост = 1 мкФ в уравнение 3 системы 6.5, найдем сопротивление R_зт по формуле:

 (6.7)

Подставив значение R_зт в 1 - е уравнение системы 6.5, получим, что сопротивление R_т составит:

 (6.8)

По расчетам принимаем тип резисторов. Выбираем резисторы серии МЛТ.

Номинальная мощность: 0,125-2 Вт;

Диапазон сопротивления: 8,2 Ом – 10 МОм;

Рабочая температура: 125С⁰;

Допустимые отклонения: 5, 10, 20.

Датчик тока предназначен для преобразования тока якоря пропорциональное ему напряжение и включает в себя датчик и согласующее устройство. В качестве измерительного преобразователя в датчике использован шунт. В качестве элемента гальванической развязки принимаем микросхему оптоэлектронную полупроводниковую, состоящую из оптопар и транзисторных прерывателей типа К249, КН1Г. Выходное напряжение равно 3,5 В, входной ток равен 20 мА. На выходе датчика должно быть напряжение 10В.

Рис. 6 - Принципиальная схема датчика тока