Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах (стр. 11 из 12)

Рисунок 10.1 – Структурная схема цифрового ПИД – регулятора

Для реализации схем задержек типа

и используются развязки, изображенные на рисунке 10.2 (схемы соответствуют порядку следования передаточных функций в тексте).

В качестве звена задержки используется интегральная микросхема, позволяющая задерживать аналоговый сигнал, дискретный, представляемый в последовательном или параллельном виде. Микросхема также позволяет программно менять время задержки.

Рисунок 10.2 – Способы реализации передаточных функций звеньев задержки

Как видно, вся принципиальная схема строится на операционных усилителях (используются для реализации усилителей, сумматоров и инверторов), интегральных микросхемах задержки и резисторах.

На принципиальной электрической схеме также изображена схема дистанционного управления электроприводом регулирующего устройства (например, автоматического клапана, для отключения насосов от водопроводной сети).

Схема обеспечивает движение регулирующих устройств только во время подачи командных сигналов. Ограничение хода регулирующих устройств в конечных положениях обеспечивается соответствующими конечными выключателями.

Для предотвращения одновременного включения обеих катушек реверсивного магнитного пускателя, помимо механической блокировки, которой снабжен пускатель, в схеме предусмотрена электрическая блокировка с помощью размыкающих блок -контакторов ПМЗ и ПМО.

Электропривод снабжен потенциометрическим датчиком ПД, движок которого механически связан с редуктором привода. Датчик ПЛ подключается к устанавливаемому на щите управления блоку указателя положения БУП, состоящему из трансформатора питания, выпрямителей, подгоночного резистора и стрелочного прибора УП, шкала которого имеет градуировку 0 – 100%, пропорционально напряжению, снимаемому с потенциометрического датчика. Контакторы используются для отключения цепей управления при воздействии на привод ручным способом с помощью маховика.

11. Расчет параметров настройки контура регулирования

Поскольку вывод передаточной функции трехфазного двигателя достаточно громоздкий, предположим, что в погружных насосах скважин используются двигатели постоянного тока. Рассчитаем параметры цифрового ПИД - регулятора такого двигателя.

Двигатель постоянного тока как динамическая система описывается следующими уравнениями в операторной форме:

, (11.1)

где

- напряжение питания двигателя;

- ток якоря;

- активное сопротивление якоря;

- среднее значение ЭДС вращения;

- индуктивность обмоток двигателя;

- мощность двигателя.

,(11.2)

- коэффициент, зависящий от конструктивных параметров двигателя;

- круговая частота вращения двигателя.

Выражения для электромагнитного момента:

,(11.3)

,(11.4)

где

- внешний момент, или момент нагрузки;

- момент инерции двигателя.

На основании этих уравнений может быть построена структурная схема двигателя как динамической системы (рисунок 11.1). Входным сигналом для этой системы является напряжение питания, выходным – круговая частота вращения двигателя. Дополнительное возмущение системы вноситься внешним моментом.

Рисунок 11.1 – Структурная схема двигателя

Из структурной схемы можно получить передаточные функции двигателя относительно круговой частоты вращения или тока:

,(11.5)

,(11.6)

где

- коэффициент передачи;

- постоянная времени якоря;

- электромеханическая постоянная времени.

Рассчитаем коэффициенты цифрового ПИД - регулятора, управляющим пуском или остановом двигателя постоянного тока с конструктивными параметрами, аналогичными параметрам двигателя погружного насоса (таблица 11.1).

Таблица 11.1 – Паспортные данные двигателя постоянного тока

Характеристика	Значение	ед. изм.
Номинальная мощность	30	кВт
Номинальное напряжение	380	В
Номинальный ток	85	А
Сопротивление обмотки якоря	30	Ом
Индуктивность обмотки якоря	0,5	Гн
Частота вращения	152	рад/с
Момент инерции	0,3	кг/см2
Конструктивный параметр	2,5	Вс
Эм. постоянная времени	6,5

Переход к передаточной функции приведенной непрерывной части двигателя осуществляется по следующей формуле:

,(11.7)

где

- исходная передаточная функция двигателя.

С учетом технических характеристик двигателя, его передаточные функции примут вид:

,(11.8)

.

Передаточная функция цифрового ПИД регулятора имеет следующий вид:

,(11.9)

где

- коэффициент усиления пропорциональной составляющей;

- коэффициент усиления интегральной составляющей;

- коэффициент усиления дифференциальной составляющей;

- период дискретизации (принимаем равным 0,2 с).

Интегральная составляющая определяется из следующего соотношения:

,(11.10)

где

- коэффициент добротности по скорости (выбирается произвольно в рамках от 1 до 10. В данном случае примем равным 1,2);

- передаточная функция скорректированной системы.

,(11.11)

.(11.12)

Остальные коэффициенты усиления цифрового ПИД регулятора можно получить из следующей системы уравнений:

, (11.13)

где B и С – коэффициенты, выбираемые из

.

Эта система, с учетом уже известных переменных может быть представлена в виде:

, (11.14)

откуда получаем

, . Переходные характеристики двигателя без регулятора и с ним, представлены на рисунке 11.2. Окончательные значения коэффициентов усиления цифрового ПИД регулятора сведены в таблицу 11.2.

Рисунок 11.2 – Переходные характеристики двигателя с регулятором и без

Таблица 11.2 – Значения коэффициентов цифрового ПИД регулятора

Коэффициент	Обозначение	Рассчитанное знач.	Результирующее знач.
Пропорциональный	Kp	19,3852	19,3852
Интегральный	Ku	3,0023	0,30023
Дифференциальный	Kd	-0,56	-2,8

11.1 Расчет параметров узлов принципиальной схемы

Структурная схема цифрового ПИД регулятора содержит как минимум три усилителя (для реализации пропорционального, интегрального и дифференциального коэффициентов усиления), и два сумматора. Типовая схема усилителя представлена на рисунке 11.3, активные сопротивления резисторов – в таблице 11.3.