Федосов Борис Трофимович
Рудненский индустриальный институт,
Рудный, Казахстан
Об авторе

УДК 681.51.01
Ф338

Анализ и параметрическая оптимизация
системы автоматического регулирования
частоты вращения вала двигателя постоянного тока
(САР ЧВ ДПТ)

Задания и методические указания
к выполнению контрольной работы
по курсам "Системотехника" и "ТАУ"

         Задания и методические указания к выполнению контрольной работы (СРС) по курсу «Теория автоматического управления» для студентов специальности 210440 «Электроснабжение (по отраслям)», «Теория автоматического управления» для студентов специальности 330840 «Электропривод и автоматизация технологических комплексов» дневной и заочной форм обучения.

         Контрольная работа по ТАУ для студентов заочного факультета специальностей 210440 и 330840 выполняется в VI семестре и знакомит студентом с анализом простейшей системы автоматического регулирования, дает навыки работы в программе моделирования систем VisSim. Студенты дневной формы обучения специальности 210440 выполняют работу (СРС) в IV семестре, а студенты специальности 330840, для которых эта работа является подготовительной к выполнению более сложной курсовой работы, выполняют СРС в V семестре.

         Приведены фрагменты задания и методических указаний. Полная версия пособия содержится в прилагаемом файле, ссылка для загрузки которого дана ниже.
         Пособие выполнено в виде электронной книги формата chm, которую можно просматривать на любом компьютере стандартными средствами операционной системы Windows.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование и оптимизация системы автоматического регулирования частоты вращения вала двигателя постоянного тока (САР ЧВ ДПТ).

2. ЗАДАЧИ РАБОТЫ

  1. Построение структурной схемы (модели САР).
  2. Построение частотных характеристик САР.
  3. Анализ устойчивости и предварительная коррекция САР.
  4. Оценка качества регулирования.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

3.1. Нечетные варианты

(номер N дается преподавателем, порядковый номер студента в журнале).

gif-file, 20KB

Рис. 3.1. Функциональная схема САР ЧВ ДПТ (системы автоматического регулирования частоты вращения вала двигателя постоянного тока) для нечетных вариантов задания.
У – усилитель; Г – генератор постоянного тока; ДПТ – двигатель постоянного тока; ТГ – тахогенератор ; Мc – момент сопротивления на валу двигателя; n – частота вращения вала двигателя.

Параметры элементов.

У (усилитель) - усилительное, пропорциональное звено:



(3.1)

kу = 10 + N/2 ;
Wу(p) = kу ;

Г (генератор) – апериодическое звено:

kг = 0.1(13+0.05) ;
Tг = 0.01·(8 + N/2), сек.

(3.2)

gif-file, 20KB

Д – двигатель постоянного тока. Модель двигателя по управлению – апериодическое звено второго порядка:

kду = 0.1·(11 + N/2) [об/(сек·В)];
Tя = 0.01·(6+0.1 N) сек;
Tм = 0.1(5 + 0.2 N) сек.

(3.3)

gif-file, 20KB

Д – двигатель по возмущению, моменту нагрузки, имеет параметры и передаточную функцию:

kдв = 0.05(14 + N/2) [об/(сек·Н·м)];

(3.4)

gif-file, 20KB

ТГ – пропорциональное звено:

kг = 0.1(2 + 0.1 N) [В· сек / об];

(3.5)

Wтг(p) = kтг


Примеры выполнения контрольной работы

Примеры выполнения контрольной работы даются для того, чтобы студенты смогли самостоятельно освоить интерфейс программы VisSim и выполнить с ее помощью анализ и синтез (оптимизацию) простой системы автоматического управления.
. . .

П2.3. Построение структурной схемы САР ЧВ ДПТ "Вымпел В-0"

П2.3.1. Переходная функция САР

Переходная функция линейной системы это ее реакция на ступенчатое единичное воздействие. Реакция представляет собой функцию времени, в соответствии с которой изменяется выходной сигнал САР. Ступенчатое единичное воздействие это функция времени, равная нулю при отрицательных значениях времени и единице при положительных. Т.о. в нулевой момент времени происходит "включение", поэтому ступенчатая единичная функция называется еще функцией включения или функцией Хевисайда.

Ступенчатая единичная функция может рассматриваться как пробное воздействие на САР. Если реакция САР на такое, сложное для отработки воздействие, будет удовлетворительной, то при работе с более плавными сигналами качество слежения будет тем более хорошим.

Т.о. один из способов анализа системы состоит в определении и исследовании ее переходной функции. Для этого на систему следует подать ступенчатое единичное воздействие от соответствующего генератора, а выход системы подключить к виртуальному осциллографу, на экране которого будет изображена реакция системы на ступенчатое воздействие, т.е. ее переходная функция.

В результате построения модели, о чем подробнее рассказано ниже, и ее запуска будет получена переходная характеристика САР ЧВ ДПТ "Ветер В-0":

gif-file, 20KB

Рис.П2.2. Модель и переходная характеристика исходной САР ЧВ ДПТ "Волна В-0". Ввиду наличия инерционностей у реальных систем и объектов, они не сразу откликаются на мгновенное изменение входного ступенчатого сигнала в нулевой момент времени. Поэтому переходная функция устойчивой системы плавно стремится к некоторому уровню, соответствующему единичному входному сигналу, в данном случае с переколебанием.

П2.6.3. Запуск и оптимизация модели

. . .

Переходная характеристика хорошего вида, можно попробовать несколько повысить усиление ПИ-регулятора для появления перерегулирования, меньшего 5%. Это и будет оптимальной схемой.

gif-file, 20KB

Рис. П2.31. Оптимизированная схема САР ЧВ ДПТ "Ветер В-0" и ее переходная характеристика. Эта схема - ответ на поставленную в контрольной работе задачу. Как видно, время регулирования составляет 0.49 сек, перерегулирование не достигает 5%, качестово регулирования в переходном режиме хорошее. Установившееся значение переходной функции равно 5.0 об/сек, что говорит о нулевой ошибке регулирования в уствновившемся режиме при отработке постоянного задания.

Сделать снимок экрана, а также сохранить диаграмму VisSim под названием SAR_PI_Reg.vsm.

В завершение посмотрим, как выглядят ЛАЧХ и ЛФЧХ оптимизированной САР. Разомкнем обратную связь, присоединим тахогенератор к осциллографу, выделим элементы контура и запустим на счет:

. . .

В меню VisSim’а выберем Analyze (анализируй) – Frequency Response (частотная характеристика). Растянем и оформим окна характеристик:

gif-file, 20KB

Рис. П2.33. ЛАЧХ и ЛФЧХ оптимизированной САР "Ветер В-0". Запасы устойчивости по амплитуде (L = 15 дБ) и фазе (γ = 700) хороши. ЛАЧХ на нижних частотах имеет наклон -20 дБ/дек, что определяется интегратором, входящим в контур. По той же причине ЛФЧХ на нижних частотах проходит вблизи -900.

Отметим мелкую несуразность VisSim'а: при попытке изменить название оси частот, в ее названии появляется Time (sec), поэтому подпись Частота, рад/сек можно сделать в Paint’е.

Заключение

Итак, выполнение контрольной работы завершено. Остается ее оформить. Желательно уложиться в 5 - 7 страниц. В пояснительной записке следует привести рисунки, соответствующие рисункам П2.1, П2.17, П2.18, П2.23, П2.25, П2.26, П2.27, а также П2.31, П2.33.



Анализ и параметрическая оптимизация
системы автоматического регулирования
частоты вращения вала двигателя постоянного тока
(САР ЧВ ДПТ)

Задания и методические указания
к выполнению контрольной работы
по курсам "Системотехника" и "ТАУ"

Файл пособия: [TAU_Kontr.zip 456 КБ, 6.05.2005]

gif-file, 20KB

         Контрольная работа по ТАУ для студентов заочного факультета специальностей 210440 и 330840 выполняется в VI семестре и знакомит студентом с анализом простейшей системы автоматического регулирования, дает навыки работы в программе моделирования систем VisSim. Студенты дневной формы обучения специальности 210440 выполняют работу (СРС) в IV семестре, а студенты специальности 330840, для которых эта работа является подготовительной к выполнению более сложной курсовой работы, выполняют СРС в V семестре.

         Даны примеры выполнения работы для четного и нечетного вариантов. Нечетный вариант рассмотрен более обстоятельно. Студентам, получившим четный вариант, рекомендуется предварительно просмотреть пример выполнения нечетного варианта и обращаться к нему по мере необходимости.

6.05.2005


К содержанию
<< 3.4. Контрольная работа

<< К оглавлению
раздела Избранное