Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы" (стр. 1 из 8)
Министерство образования РФ
_______________
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет "ЛЭТИ"
________________________________________________________
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И СИНТЕЗ СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания
к лабораторным работам, практическим занятиям
и курсовому проектированию по дисциплинам
"Электромеханические системы",
"Технические средства систем управления",
"Локальные автоматические системы"
Санкт-Петербург
Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
2001
УДК 62-50
Исследование элементов и синтез систем автоматического управления: Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы", "Технические средства систем управления", "Локальные автоматические системы" / Сост.: С. Н. Гайдучок, Н. В. Соловьев, Т. В. Туренко. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001. 32 с.
Рассмотрены принципы построения систем управления, статические и динамические характеристики составляющих их элементов и проблемы обеспечения качественных показателей функционирования систем.
Предназначены студентам дневной и вечерней форм обучения специальности 210100 "Управление и информатика в технических системах".
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
ã СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001
Настоящий цикл работ, являясь продолжением методических указаний по курсам "Элементы и устройства автоматических систем" и "Электромеханические системы", существенно расширяет возможности его использования не только для указанных дисциплин, но и для ряда смежных дисциплин учебного плана. Учитывая большое количество возможных вариантов реализации систем управления, представляемые макеты предлагается использовать не только для проведения лабораторных занятий, но и для реального курсового проектирования и индивидуальных практических занятий по курсам "Локальные автоматические системы", "Технические средства систем управления", "Электромеханические системы", "Теория управления" и др.
Методические указания предназначены студентам дневной и вечерней форм обучения специальности 210100 указанных дисциплин учебного плана, но могут быть также использованы студентами других специальностей.
Лабораторная работа № 1*
СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
ДВУХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Целью работы являются:
1. Изучение принципов построения и расчета комбинированных систем управления.
2. Расчет параметров настройки компенсирующих устройств при использовании экспериментально снятых характеристик системы с учетом особенностей реализации узла нагрузки двигателя.
3. Экспериментальное определение статических и динамических характеристик системы регулирования скорости асинхронного двигателя (АД) и сравнение их с расчетными.
Общие указания
На рис. 1.1 представлена структурная схема системы регулирования скорости вращения АД, на которой приняты следующие обозначения: У–/~ – усилитель-преобразователь постоянного тока в переменный; АД – двухфазный асинхронный двигатель типа РД-09; ТГ – тахогенератор постоянного тока типа ТГП-3А; kв – коэффициент передачи двигателя по возмущающему воздействию.В установившемся режиме регулируемая величина
,где K = kУkАДkТГ – коэффициент передачи разомкнутого контура; Δωс = kвМС – естественный перепад скорости двигателя под воздействием момента нагрузки МС.
Отсюда, установившаяся ошибка в системе
имеет две составляющих – ошибку от задающего воздействия
и ошибку от возмущающего воздействия 
. 
Построение систем с компенсацией основного возмущающего воздействия дает возможность существенно снизить общий коэффициент передачи основного контура регулирования, повысить статическую точность системы и снять проблему обеспечения ее устойчивости. Введение компенсации и задающего воздействия позволяет получить систему, аналогичную по своим статическим характеристикам системе с астатизмом 1-го порядка.Принцип компенсации основного возмущающего воздействия поясняется на примере разомкнутой системы, структура которой представлена на рис. 1.2, где КУ1 – компенсирующее устройство с переменным коэффициентом передачи k1.
В соответствии с рис. 1.2 можно записать
, откуда
. (1.1)Из выражения (1.1) следует, что для компенсации возмущающего воздействия необходимо рассчитать значение k1 из условия kУkАДk1 = kв, т. е.
. (1.2)На рис. 1.3 представлена замкнутая система регулирования скорости с компенсацией возмущающего воздействия.
Значение скорости ω получается как результат прохождения сигналов Uз и МС в соответствии с представленной структурой
откуда
.Следовательно, значение установившейся ошибки выразится как
.Видно, что и в этом случае составляющая ошибки от основного возмущающего воздействия будет равна нулю при выборе значения коэффициента передачи компенсирующего устройства k1 в соответствии с (1.2).
При работе системы для реализации контура компенсации вместо информации о значении момента нагрузки МС на валу двигателя в лабораторной установке может быть использована информация о значении тока в обмотках электромагнитного тормоза IЭМ. Специфика тормозного устройства такова, что МС зависит от токов Фуко, возникающих в дюралевом диске тормозного устройства при его вращении в поле, создаваемом обмотками электромагнитов, а значения токов Фуко зависят, в свою очередь, от скорости вращения АД, на валу которого укреплен диск. Таким образом, необходимо учесть, что величина МС является функцией от IЭМ и скорости вращения двигателя. В свою очередь, скорость двигателя зависит от напряжения питания обмотки управления (ОУ) АД.Таким образом, возмущающее воздействие в исследуемой системе может оцениваться по значениям IЭМ и UУ, структурная схема контура компенсации для рис. 1.2 и 1.3 представлена на рис. 1.4. Согласно структуре, при компенсации по току электромагнита IЭМ, имеем
, (1.3)где k′в = kвkс; kс – коэффициент передачи между МС и IЭМ, зависящий от скорости вращения вала двигателя, т. е. МС = kсIЭМ; kс = f(IЭМ, ω).
Реально компенсирующее устройство, представленное на макете, включает в себя элемент, моделирующий нагрузочное устройство kс (рис. 1.5), преобразующий IЭМ в МС с учетом зависимости МС от скорости вращения вала двигателя ω, т. е. блок X·Y (множительный блок), и собственно компенсирующее устройство с настройкой его коэффициента передачи на расчетную величину k′1. Расчет k′1 требует в соответствии со структурой (рис. 1.4) и выражением (1.3) экспериментального определения значений kв и kс.
Исследование АД вместе с нагрузочным устройством в рамках лабораторной работы № 5 по курсу "Элементы и устройства автоматических систем" показало, что механические характеристики ω = f(МС) асинхронного двигателя в рабочем диапазоне изменения нагрузки близки к линейным со значительным уменьшением их жесткости при снижении напряжения питания ОУ (UУ).Сопоставляя полученные в результате обработки данных эксперимента значения kв и kАД для всего диапазона изменения UУ, можно констатировать, что и kв, и kАД при переходе с характеристики на характеристику при увеличении UУ уменьшаются, при этом их отношение для каждой из восьми характеристик остается приблизительно постоянным, т. е.
. Тогда при любом заданном значении коэффициента передачи усилителя kУ значение коэффициента передачи компенсирующего устройства k1 остается постоянным, ибо стабилизация скорости осуществляется за счет перехода двигателя с одной механической характеристики на другую при изменении сопротивления нагрузки.