Чикуров И.Г. Алгоритмическое и программное обеспечение компьютерных систем управления. Практикум

Подождите немного. Документ загружается.

Трехконтурный регулируемый электропривод с астатизмом

первого порядка

Чтобы повысить жесткость электропривода и расширить его

диапазон регулирования, введем третий контур управления с

астатическим регулятором W

РА

(рис.5.14).

P + 1

P +

Рис.5.14.

Астатический регулятор W

представляет собой ПИ-регулятор

( 1)

PAy

K TP

в сочетании с предикатором (рис.5.15).

P +1

P+

14444444444244444444443

14243

Предикатор

ПИ-регулятор

Рис.5.15.

Благодаря интегрирующему звену, содержащемуся в регуляторе,

система управления электроприводом стала астатической с

астатизмом первого порядка. Это значит, что в установившемся

режиме частота вращения электродвигателя не зависит от величины

нагрузки, т.е. диапазон регулирования электропривода теоретически

равен бесконечности.

С учетом астатического регулятора контур управления

скоростью приобретает вид, показанный на рис.5.16.

P + 1

P +

Рис.5.16

Передаточная функция замкнутого контура равна:

где

= ;

PA V OC

K KK

Задавшись значением T

=0.001 - 0.003 с, определим

коэффициент регулятора астатизма:

A V OC

TKK

= .

Теперь эквивалентная схема контура управления скоростью

представляет собой три последовательно соединенных

апериодических звена с весьма малыми постоянными времени

(рис.5.17).

P + 1

P +

Рис.5.17.

Регулятор обратной связи по Э.Д.С.

Чтобы исключить вредное влияние ЭДС на ток якоря, введем в

СУ регулятор обратной связи по ЭДС. Рассмотрим силовую часть

электропривода без учета внешней нагрузки (рис.5.18).

Рис.5.18.

Вводим регулятор обратной связи по ЭДС W

(рис.5.19). На его

вход подадим сумму сигналов тока I и скорости w.

Рис.5.19.

Поставим задачу выбрать структуру регулятора W

так, чтобы

исключить вредное влияние ЭДС на ток якоря. Обозначим для

краткости:

OC OC OC

K KK

=×;

OT OT OT

K KK

=×.

Выполним эквивалентное преобразование структурной схемы на

рис.5.19.

МI

×+

МU

ОТ

1ОC

ОC

Рис.5. 20

Из рис.5.20 очевидно условие компенсации влияния ЭДС на ток

якоря.

pе OT OC

WK KC

T P C Kд

æö

×+=

ç÷

+×

èø

Откуда:

( 1)

У OC

pе

OC д

K CK

×+

××

Или:

( 1)

pе

У OC

OC д

C TP

K CK

=×

××

Примем:

OCд

K CK

××

Тогда

pe pе

У OC

чему соответствует схема на рис. 5.21.

ОT

ОC

СK

Рис.5.21.

Зададимся значением Кос

=С, тогда

1OC

= ;

pе

= ;

Уд

TСK

××

= .

Задание на практическое занятие

Изучить модель регулируемого электропривода на основе

предикаторов и написать программу моделирования в

математической среде Mathcad.

Методика решения задачи

Синтез цифрового регулятора на основе предикаторов сводится

к численному решению системы дифференциальных уравнений в

форме Коши или в форме Шеннона. В данном случае мы используем

форму Коши. Работа выполняется в следующей последовательности:

1) исходя из структурной схемы регулятора, надо преобразовать

предаточные функции апериодических и интегрируюших

звеньев в дифференциальные уравнения в форме Коши.

Методика такого преобразования имеется в учебном пособии;

2) используя обозначения переменных, которые указаны на входах

и на выходах типовых звеньев в структурной схеме регулятора,

составить уравнения связи;

3) получить общую систему дифференциальных уравнений

регулятора;

4) смоделировать работу регулятора совместно с электроприводом

в математической системе MathCAD.

В процессе управления электроприводом решается система

дифференциальных уравнений в реальном масштабе времени и в

каждом такте таймера вычисляются управляющие воздействия,

передаваемые на вход силового преобразователя.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Испытайте модель двухконтурного регулируемого

электропривода (рис.5.7). Для этого введите в модель

параметры электродвигателя по вашему варианту и установив

нагрузку M

=0 и входное напряжение X=10 В изучите

переходный процесс при пуске электропривода. Постройте

графики тока и частоты вращения электродвигателя.

2. Определите экспериментально диапазон регулирования

электропривода.

3. Испытайте трехконтурный электропривод с астатическим

регулятором. Постройте, как и ранее, графики тока и частоты

вращения электропривода.

4. Введите в 3-контурный электропривод цепь компенсации

ЭДС. Постройте графики изменения тока и частоты вращения.

Определите экспериментально диапазон регулирования

электропривода.

5. Сделайте сравнительные выводы по лабораторной работе.

Содержание отчета

1) Краткое описание структуры цифрового регулятора.

2) Схемы настройки контуров подчиненного управления.

3) Код программы.

4) Распечатка результатов испытаний.

5) Графики переходных процессов.

Варианты заданий

Технические данные двигателей серии ПБВ

ПБВ100 ПБВ112

условная длина якоря

ПАРАМЕТРЫ

М L S M L

Номинальный момент, Нм

Момент инерции якоря, кг

Сопротивление обм. якоря, Ом

Индуктивность обм. якоря, Мгн

Постоянная ЭДС, Вс

7,16

0,01

0,222

1,18

0,430

10,5

0,013

0,139

0,8

0,420

0,035

0,109

0,732

0,487

17,5

0,042

0,123

0,898

0,659

0,049

0,144

1,102

0,812

Технические данные двигателей серии ПБВ (окончание)

ПБВ132 ПБВ160 ПФВ

160

условная длина якоря

ПАРАМЕТРЫ

М L S M L

Номинальный момент, Нм

Момент инерции якоря, кг

Сопротивление обм. якоря, Ом

Индуктивность обм. якоря, Мгн

Постоянная ЭДС, Вс

0,188

0,0574

0,422

0,736

47,7

0,238

0,0707

0,554

1,002

76,4

0,242

0,0317

0,337

1,127

105

0,298

0,0343

0,405

1,347

143,2

0,194

0,0292

0,270

0,898

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия предикатора.

2. Как настроить контур тока и контур скорости в цифровой

системе управления следящим электроприводом на основе

предикаторов?

3. Как построить астатический регулятор положения на основе

предикаторов?

4. Выполните преобразования структурной схемы и выведите

формулы для настройки регулятора обратной связи по Э.Д.С.

Список литературы

1. Сосонкин В.Л. Программное управление станками. М.:

Машиностроение, 1981.

2. Крис Паппас, Уильям Мюррей. Visual C++. Руководство

разработчика: пер. с англ. – К.: Издательская группа BHV,

2000.

3. Подбельский В.В. Язык Си++: учеб пособие. - М.:

Финансы и статистика, 2008.

4. Дьяконов В. Mathcad 2001: специальный справочник. –

СПб.: Питер, 2002.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ПРОГРАММИРОВАНИЕ ДИСКРЕТНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

АГРЕГАТНЫМ СТАНКОМ

Цель работы:

Запрограммировать и испытать дискретную систему

управления агрегатным станком в инструментальной среде

программирования ISaGRAF. Алгоритм и программа управления

станком могут быть использованы в качестве прототипа реальной

системы управления подобным агрегатным станком или участком

автоматической линии.

Теоретические сведения

Синтез систем управления осуществляется по циклограммам

работы механизмов. Циклограмма показывает последовательность

включения рабочих органов машины. Состояния рабочих органов в

установившемся режиме изображают на циклограмме

горизонтальными линиями. Для каждого рабочего органа, а также для

каждого элемента памяти проводится своя линия.

Переход от одного состояния к другому происходит почти

мгновенно, поэтому он на циклограмме изображается вертикальной

линией. Таким образом, вертикальные линии соответствуют

моментам изменения входных сигналов. Расстояние между

соседними вертикальными линиями на циклограмме есть такт

работы дискретного автомата.

По циклограмме легко определить суммарные веса входных

переменных в каждом такте. С этой целью входным переменным

(каналам) в порядке сверху вниз приписывают веса 2

, 2

,… 2

в каждом такте вес канала умножают на значение сигнала в нем, т.е.

на 0 или на 1 , а полученные величины суммируют.

Построение циклограммы рассмотрим на примере

относительно простой схемы, которая управляет двумя

гидравлическими цилиндрами Х и Y, обслуживающими участок

автоматической линии (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Схема управления двумя гидроцилиндрами

Цилиндры работают в следующей последовательности:

XYYX ,,, .

Каждое последующее действие начинается только после

окончания предыдущего. Сначала включается цилиндр Х и его шток,

связанный с устройством, которое зажимает обрабатываемую деталь

на рабочей позиции, идет вперед. После окончания его хода

включается цилиндр Y, шток которого соединен со сверлильной

головкой. После завершения обработки отверстий сверлильная

головка возвращается в исходное положение, а затем возвращается и

шток цилиндра Х , освобождая деталь.

Для контроля положений штоков цилиндров служат путевые

переключатели А

, А

и В

, В

. Сигналы с этих переключателей (а

и b

, b

) являются переменными дискретного автомата (рис. 6.2).

Цил.

Цил. X

Рис. 6.2. Схема внешних связей дискретного автомата

К выходу дискретного автомата подключены выходные

элементы памяти (триггеры), с которых поступают выходные

сигналы (переменные) х и у. Они через усилители (на схеме не

показано) управляют электрогидравлическими кранами цилиндров Х

и Y. Значения логических функций

FFFF ,,, на включение и на

выключение выходных элементов памяти зависят от состояний

дискретного автомата.

Рассмотрим последовательность включений и выключений

входных и выходных переменных в каждом такте. В первом такте

включается цилиндр Х (F

= 1) и его шток идет вперед. Через

некоторое время кулачок, связанный с этим штоком, освободит

путевой переключатель А

и он выключится. Это событие

фиксируется во втором такте. Еще через некоторый промежуток

времени включится путевой переключатель А

, что является

событием для третьего такта, и т.д.

Последнее событие цикла – включение путевого

переключателя А

– приводит дискретный автомат в исходное

состояние. Поэтому это последнее событие относится к первому

(исходному) такту.

Последовательная запись изменения состояний входных и

выходных переменных называется таблицей включений. Для

рассматриваемого устройства таблица включений имеет следующий

вид:

Выходные переменные

Дискретный

автомат

Входные переменные