Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы" (стр. 5 из 8)

Структурная схема разомкнутой системы представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2

Учитывая, что период дискретизации на несколько порядков меньше длительности переходных процессов в системе и шаг дискретизации достаточно мал (1/1000 оборота или 0.006 рад), можно рассматривать систему управления как непрерывную. Такое представление математической модели системы существенно упрощает ее расчет.

Далее, полагая, что постоянные времени усилителя-преобразователя (

с) и якорная постоянная двигателя ( с) существенно меньше электромеханической постоянной, на первом этапе исследования примем передаточные функции элементов структурной схемы в следующем виде: ; ; ; ; .

Рис. 3.3

Для измерения скорости используется схема, представленная на рис. 3.3. Здесь и далее штриховой линией выделены блоки, реализованные программно.

Таким образом, положение (

) и скорость ( ) в соответствии с рис. 3.3 вычисляются по формулам

;

, (3.1)

где

– количество полученных от датчика импульсов.

В формуле (3.1) производная от положения определяется численно.

Воздействие задается как отношение

, где – время, в течение которого на выходе ШИМ-формирователя установлена единица ("рабочий период"); – период ШИМ (рис. 3.4).

Рис. 3.4

Отрицательные значения воздействия обозначают вращение в обратную сторону. Следует учитывать, что

и задаются с точностью до 1 мкс. Это означает, что воздействие может быть задано дискретно с шагом .

Например, при

100 кГц шаг 0.1, т. е. воздействие может быть задано с точностью 10 %. При 500 Гц шаг 0.0005, что позволяет пренебречь дискретностью и считать ШИМ-формирователь непрерывным звеном.

Значение частоты ШИМ влияет на тепловые потери в якоре двигателя, которые определяются эффективным значением тока якоря. Поэтому при выборе частоты ШИМ для снижения эффективного значения тока необходимо исходить из требуемого соотношения между электрической постоянной времени двигателя и частотой ШИМ, которое должно подчиняться неравенству

. (3.2)

При проведении работы необходимо определить значение частоты ШИМ, которое удовлетворяет неравенству (3.2), и при которой регулировочная характеристика

наиболее близка к линейной.

C учетом приведенных передаточных функций элементов структурной схемы передаточная функция разомкнутой системы имеет вид

,

где

– коэффициент передачи разомкнутой системы.

Используя регулировочные характеристики, можно уточнить значение коэффициента передачи разомкнутой системы

поскольку достаточно трудно точно определить коэффициент передачи усилителя-преобразователя . По регулировочной характеристике , где задается в условных единицах ( ), можно рассчитать как отношение приращения скорости к приращению входного воздействия Тогда .

Сняв разгонную характеристику двигателя

, учитывая принятую модель его математического представления, можно уточнить при выбранном значении ШИМ, в соответствии с тем, что

,

где

– начальная скорость, – изменение скорости за весь период переходного процесса. При : .

Найдя на графике переходного процесса

и соответствующее ему значение времени, можно определить электромеханическую постоянную времени двигателя .

Программное обеспечение лабораторного стенда предусматривает снятие статической (регулировочной) характеристики в автоматическом режиме. Перед началом снятия характеристики необходимо задать начальные и конечные значения управляющего воздействия (от –1 до 1 у. е.), шаг между точками характеристики, время на переходный процесс, время на измерение скорости, частоту ШИМ. Программа увеличивает (или уменьшает при задании отрицательного шага) значение управляющего воздействия от начального до конечного значения с заданным шагом. Задание меньших значений шага позволяет получить более подробную характеристику, однако при этом значительно увеличивается время измерений.

Перед началом измерения скорости вращения двигателя при очередном значении управляющего воздействия (при переходе к исследованию очередной точки характеристики) необходимо дождаться окончания переходного процесса. Время ожидания задается перед началом исследования как параметр "время на переходный процесс". Если значение этого параметра задается меньшим, чем длительность переходного процесса, результаты измерений будут неверны.

С целью увеличения точности измерения скорость вычисляется путем усреднения значений мгновенной скорости в течение заданного промежутка времени ("время на измерение скорости"). При малых значениях этого параметра скорость измеряется со значительной погрешностью. Однако после достижения этим параметром некоторого значения дальнейшего увеличения точности измерений не происходит.

Рекомендуется экспериментально определить минимальные значения параметров "время на переходный процесс" и "время на измерение скорости", при которых измерение скорости осуществляется без существенных погрешностей (об этом можно судить по отсутствию изменений вида снятой характеристики при дальнейшем увеличении значений этих параметров).

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой, с расположением и назначением элементов и органов управления.

2. Ознакомиться с приложением к лабораторной работе – руководством пользователя, в котором описаны все необходимые действия для проведения исследований. Загрузить графическую оболочку.

3. С целью определения времени, необходимого на переходный процесс при переходе к следующей точке характеристики, используя режим "Переходный процесс", получить графики переходных процессов при переходе к следующей точке характеристики, например, снять переходный процесс при ступенчатом воздействии: начальное воздействие – 0.1, конечное воздействие – 0.2. В дальнейших исследованиях, чтобы исключить влияние переходных процессов на снятую характеристику, это время задавать в 1.5…2 раза большим, чем получено в данном пункте.