Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы" (стр. 7 из 8)

С учетом постоянных времени других элементов системы (сумма которых при рассмотрении одноконтурной системы была определена как 0.02 с) некомпенсируемую постоянную времени в контуре скорости можно оценить как

с. Преобразуем структурную схему, представленную на рис. 3.6, в удобную для расчета форму (рис. 3.7).

Поскольку передаточные функции исходных звеньев системы известны, можно рассчитать передаточные функции регуляторов. При расчете, как и в предыдущем случае, производится настройка контуров на модульный оптимум.

Контур скорости

Передаточная функция разомкнутого контура скорости

Следует отметить, что в структуре представленной на рис. 3.7 вычисляется скорость, приведенная к валу двигателя.

Исходя из требования настройки контура на модульный оптимум передаточная функция разомкнутого контура скорости должна быть

. Тогда из (3.9) получаем передаточную функцию регулятора скорости

. (3.10)

Контур положения

Передаточная функция замкнутого контура скорости

.

Таким образом, некомпенсируемая постоянная времени контура положения равна

. Передаточная функция разомкнутого контура положения и при настройке на модульный оптимум , откуда передаточная функция регулятора положения

.

В результате получен П-регулятор положения с коэффициентом передачи

. (3.11)

В данном случае имеем линейную зависимость входного параметра регулятора от рассогласования (

) на его входе. Известно, что такой регулятор обеспечивает хороший переходный процесс при отработке малых и средних перемещений, когда скорость двигателя не достигает максимального значения. При отработке больших рассогласований требуется нелинейный регулятор. Расчеты показывают, что необходим регулятор со статической характеристикой . При этом , полученному в соответствии с (3.11).

Расчет нелинейного регулятора положения в общем случае для непрерывной системы регулирования приводит к следующему результату:

, (3.12)

где

– максимальная скорость двигателя.

Поведение системы при линейно возрастающем и квадратичном

воздействиях

Исследуемая система имеет астатизм первого порядка. Известно, что в таких системах ошибка регулирования при линейно возрастающем воздействии постоянна, а при квадратичном – ошибка с течением времени стремится к бесконечности.

Скорость вращения двигателя при наличии редуктора можно рассчитать по формуле

.

Для линейно возрастающего воздействия

заданная скорость вращения двигателя составит

. (3.13)

Из формулы (3.13) может быть получена зависимость, позволяющая (зная максимальную скорость вращения двигателя) рассчитать максимальное значение скорости нарастания воздействия

.

Для квадратичного воздействия

заданная скорость вращения двигателя составит

. (3.14)

Это означает, что при любом квадратичном воздействии через некоторое время

скорость вращения двигателя достигнет своего максимального значения. Из формулы (3.14) может быть получена зависимость этого времени от и максимального значения скорости

.

Порядок выполнения работы

1. Исходя из данных, полученных при исследовании характеристик объекта управления в предыдущей работе, рассчитать ПД- и П-регуляторы для одноконтурной системы (формулы (3.5) и (3.8)).

2. Провести моделирование одноконтурной системы с ПД- и П-регуляторами, используя одну из доступных систем моделирования динамических систем, например Matlab. При моделировании системы с ПД-регулятором для решения проблемы реализуемости ПД-регулятора рекомендуется ввести в знаменатель передаточной функции регулятора сомножитель

, выбрав значение на два порядка меньшим, чем значение электромеханической постоянной времени . Целью моделирования является определение статических и динамических показателей качества системы (времени регулирования, перерегулирования и установившейся ошибки) при отработке малых (до 5 рад), средних (до 10 рад) и больших (свыше 15 и до 25 рад) перемещений.

3. Ввести рассчитанные параметры регуляторов в программу (см. руковод- ство пользователя), реализовав одноконтурную систему прямого цифрового управления макетом. Провести исследование системы при тех же параметрах регуляторов и входных воздействиях, что и при моделировании. Сравнить полученные результаты с результатами моделирования.

4. Рассчитать параметры регуляторов для двухконтурной системы с линейным и нелинейным регуляторами положения (формулы (3.10)–(3.12)).

5. Повторить п. 3 для двухконтурной системы.

6. Сравнить результаты для одно- и двухконтурной систем (с линейным и нелинейным регуляторами). Сделать выводы о свойствах каждого варианта и об адекватности моделей. Объяснить результаты.

7. Рассчитать максимальную скорость нарастания линейно возрастающего сигнала, который может быть отработан системой. Проверить расчет, проведя эксперименты на реальном макете, определив значение максимальной скорости нарастания входного сигнала.

8. Изучить поведение системы при различных значениях скорости линейного сигнала, учитывая, что скорость нарастания воздействия не должна превышать максимального значения, определенного в п. 7. Сравнить результаты для линейного и нелинейного регуляторов.