Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
21 билет
Коэффициенты ошибок СУ ЭП
по положению, скорости и ускорению
Статические режимы СУ ЭП характеризуются установившимися состояниями при неизменных входных воздействиях. Статическая характеристика системы – это зависимость выходной переменной от какой-либо входной переменной в статическом (установившемся) режиме.
Примером статической характеристики является механическая характеристика электропривода – зависимость угловой частоты вращения вала двигателя от момента нагрузки на валу в установившихся режимах. Для электропривода постоянного тока такая характеристика приведена на рис. 5.1.
Mсн
Mн
M
0
Рис. 5.1. Статическая механическая характеристика
двигателя постоянного тока
Как видим, при увеличении нагрузки на валу двигателя скорость вращения вала двигателя падает и появляется статическая ошибка регулирования скорости. При изменении нагрузки от нуля до номинального значения Mсн скорость вращения уменьшается от скорости холостого хода до номинальной скорости . В номинальном режиме абсолютная величина статической ошибки регулирования скорости вращения
. (5.1)
Найдем выражения для установившейся ошибки регулирования в общем случае изменения задающих или возмущающих воздействий линейной СУ ЭП.
Передаточная функция любого замкнутого контура регулирования электропривода с отрицательной обратной связью (рис. 5.2) определяется передаточными функциями прямого и обратного каналов регулирования [3]:
. (5.2)
X
-
Y
Рис. 5.2. Структурная схема замкнутого контура регулирования
Отсюда изображение ошибки регулирования в системе
, (5.3)
а передаточная функция по ошибке
. (5.4)
Как следует из (54.3), ошибка регулирования будет стремиться к нулю при X = const, если , что предполагает реализацию бесконечно большого усиления в устройстве управления и может привести к неустойчивости системы. Кроме того, реальные динамические звенья обладают конечными коэффициентами усиления, что приводит к возникновению ненулевой статической ошибки регулирования.
Между тем, статическая ошибка регулирования в системе при неизменном входном воздействии может быть сведена к нулю, если сделать равной нулю передаточную функцию ошибки по задающему (возмущающему) воздействию при p=0. Для этого достаточно в прямой или обратный канал регулирования системы, приведенной два рис. 5.2, ввести интегрирующее звено. На практике интегрирующее звено вводят в структуру устройства управления, применяя И-, ПИ-, ПИД-регуляторы. Это обеспечивает и, тем самым, нулевую статическую ошибку регулирования. Такие системы принято называть астатическими нулевого порядка по задающему или (и) возмущаещему воздействию. Для придания системе астатизма более высокого порядка в структуру регулятора вводят соответствующее число интеграторов.
Величина установившейся ошибки регулирования, наличие и порядок астатизма замкнутой САУ определяются не только ее моделью, но и видом входного сигнала. Определим, как вид входного воздействия влияет на величину установившейся ошибки.
Передаточную функцию прямого канала СУ ЭП запишем в виде
, (5.5)
где K – коэффициент передачи,
pj, zi – полюсы и нули передаточной функции (5.5).
Для определения величины установившейся ошибки рассмотрим случай единичной обратной связи, т. е. =1.
В установившихся режимах (при p = 0) передаточную функцию (5.4) можно записать в виде
, (5.6)
где Ki – коэффициент ошибки системы, определяемый видом входного воздействия, i = 0, 1, 2.
Поскольку в качестве типовых тестовых сигналов применяют ступенчатое, линейное и квадратичное входное воздействие, то для оценки установившихся ошибок в системе выделяют 3 типа коэффициентов ошибок:
1) коэффициент ошибки по положению (i = 0)
; (5.7)
2) коэффициент ошибки по скорости (i = 1)
; (5.8)
3) коэффициент ошибки по ускорению (i = 2)
. (5.9)
Как следует из выражений (5.3)…(5.9), установившиеся ошибки СУ ЭП могут иметь нулевое, бесконечное или постоянное значение в зависимости от числа интеграторов в передаточной функции W1(p) и типа входного сигнала. Установившиеся ошибки для трех типов входных воздействий и трех типов передаточной функции W1(p) – с отсутствием интеграторов, с одним и с двумя интеграторами – приведены в табл. 5.1.
Табл. 5.1
|
Число интеграторов |
Входной сигнал |
||
|
Ступенчатый |
Линейный |
Квадратичный |
|
|
0 |
|||
|
1 |
|||
|
2 |
2. Электропривод переменного тока с вентильным двигателем. Назначение и принципиальное устройство датчика положения ротора (ДПР). Принципиальная схема электропривода и алгоритм работы ДПР. Назначение и функции транзисторных ключей. Механические характеристики электропривода. Достоинства, области применении.
Вентильный двигатель представляет собой единую систему, состоящую из синхронного двигателя СД и преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока или с непосредственной связью (НПЧ), вентили которого коммутируются в функции положения ротора или магнитного потока двигателя. Обмотка возбуждения двигателя располагается на роторе и питается от постороннего источника постоянного тока. Есть двигатели с возбуждением постоянными магнитами. В настоящее время в электроприводах небольшой мощности чаще всего используется именно такое возбуждение.
Вентильный коммутатор, т.е. инвертор, управляемый в функции положения ротора, выполняет роль коллектора обычной машины постоянного тока. Он присоединяется к обмотке статора СД и осуществляет распределение постоянного тока с преобразованием его в переменный. Механические характеристики ВД аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
Преимущества ВД по сравнению с машиной постоянного тока – отсутствие коллектора, что повышает надежность, позволяет питать двигатель повышенным напряжением, следовательно, осуществлять бестрансформаторное подключение силовой части электропривода к сети. Момент, возникающий в вентильном двигателе (как синхронной машине) подчиняется зависимости
С целью ограничения изменений момента электронная система регулирования обеспечивает ограничение изменения угла в окрестностях 900 в диапазоне ±300 (в ту и другую сторону), как показано на угловой (моментной) характеристике СД. Именно такое регулирование и осуществляется тиристорным коммутатором, т.е. инвертором, в функции положения ротора. Физическое положение ротора определяется с помощью датчика положения ротора ДПР, находящегося на валу двигателя. Переключение фаз двигателя производится, как уже сказано выше, тиристорным коммутатором в функции сигналов ДПР.
Датчик положения ротора состоит из трех пар светофотодиодов, жестко привязанных к статору, в зазоре, между которыми вращается диск, закрепленный на валу ротора. На диске по его периметру имеются прорези. Число их определяется числом пар полюсов ВД. Угловая длина прорези на диске определяется как , а угловое расстояние между парами светофотодиодов как .
Так, если РП=1, диск имеет одну прорезь с угловым размером 1800, а пары светофотодиодов разнесены в пространстве на 1200. При РП=4 на диске 4 прорези с угловым размером , а пары светофотодиодов отделены друг от друга в пространстве на угол .
Выходные сигналы ДПР преобразуются схемой распределения в 120 градусные импульсы управления тиристорами, обеспечивая, таким образом, проводящее состояние каждому тиристору в течение 1200 за один период сигнала ДПР. Иначе говоря, при вращении ротора 3 пары светофотодиодов вырабатывают 3 последовательных импульса, сдвинутых во времени по отношению друг к другу на 1200. По передним фронтам этих импульсов осуществляется включение нечетных тиристоров коммутатора (первого, третьего, пятого), изображенного на схеме (применительно к электроприводу ЭПБ-1), а по задним фронтам – четных (второго, четвертого, шестого). Длительность включенного состояния тиристоров соответствует интервалу проводимости 1200. Коммутация тока происходит 6 раз за один период сигнала ДПР.
Алгоритм работы ДПР при одной паре полюсов можно проследить по схеме, указав в таблице последовательность включений тиристоров. Во включенном состоянии одновременно находятся два тиристора из шести.
Изображенные на схеме транзисторные высокоамперные ключи КЛ1 и КЛ2 выполняют две независимые функции:
Функция коммутации тока с тиристора на тиристор выполняется путем полного отключения ТК от источника питания. Транзисторы КЛ1 и КЛ2 в этом случае закрываются, протекание тока I через тиристоры ТК прекращается, и они восстанавливают свои запирающие свойства, а реактивный ток iL двух фаз обмоток двигателя через два диода трехфазного выпрямительного моста возврата реактивной энергии замыкается на источник питания, перезаряжая его. Время обесточенного состояния ТК составляет 300 мкс.
Чтобы снизить пульсации момента ВД формируется соответствующий график изменения тока статора двигателя, пульсации которого обратны пульсациям момента, как изображено на следующих временных диаграммах.
При регулировании тока используется три режима включения тиристоров (три режима работы ключей КЛ1 и КЛ2).
В режиме Р2 напряжение источника питания прикладывается к обмоткам статора
.
Знак ''+'' соответствует двигательному режиму, знак ''-'' – тормозному. При любой скорости Uпит Eдв.
В режиме Р1, когда, например, замкнут КЛ1, а КЛ2 разомкнут, ток протекает через КЛ1, тиристор V3 фазы статора В, А, диод моста возврата реактивной энергии и снова КЛ1. При таком варианте две обмотки статора ВД являются замкнутыми на себя и такой режим является режимом динамического торможения, для которого уравнение равновесия ЭДС имеет вид:
.
В режиме Р0 ток фаз статора протекает через мост возврата реактивной энергии, направленный навстречу источнику питания. Такой режим является режимом противовключения. Уравнение равновесия ЭДС:
.
Во всех уравнениях rф - активное сопротивление двух фаз статора.
Регулирование тока осуществляется двумя комбинациями режимов включения ключом КЛ1 и КЛ2. В двигательном и тормозном режимах малых скоростей регулирование тока осуществляется согласно изображенному графику. В двигательном и тормозном режимах больших скоростей регулирование тока относительно заданного значения осуществляется комбинацией режимов Р1, Р2, Р0, как показано на следующем графике.
.
Блок схема ЭП АТ-04
БРП
БЗП
АИН
ШИМ
-
+
UA
UB
БВП
IA IB IC
UA UB UC
АД
ДС
r
i1d
i1g
Условные обозначения
* - заданное значение;
БРП – блок регулирования переменных;
БЗП – блок задания переменных;
БВП – блок вычислений переменных.
Работа схемы
В системах векторного управления осуществляется независимое регулирование составляющих тока по осям, определяющих электромагнитный момент и магнитный поток АМ. Для этого в системе осуществляется двух кратное преобразование координат, из неподвижных значений в осях и (ток фазы А и В) во вращающуюся (d, g) и обратно, с регулированием составляющих по замкнутому контуру во вращающейся системе.
ЭП «Триол» обеспечивает выполнение следующих функций:
В качестве силового модуля используется IGBT, процессор DSP.