microbik.ru
1
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
Объект исследований
Объектом исследований является система автоматизированного электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. Задача управления заключается в изменении скорости вращения вала двигателя по заданному закону и в стабилизации заданной скорости независимо от изменения нагрузки и других характеристик. Для управления двигателем используется способ изменения питания якоря двигателя. Источником регулируемого напряжения питания двигателя служит генератор постоянного тока, управляемый изменением напряжения возбуждения. Реализуется схема электропривода генератор – двигатель.

В системе имеется регулятор угловой скорости вала двигателя, который в каждый момент времени определяет отклонение фактической угловой скорости от заданной
x(t) =  wз(t) - w(t),
где wз(t) – заданный закон изменения угловой скорости вала, и необходимое изменение напряжения возбуждения для устранения этого отклонения
 Uв(t) = kрx(t),
где kр – коэффициент усиления регулятора.

Для контроля фактической угловой скорости вращения вала двигателя используется тахогенератор, который является датчиком управляемого параметра и образует обратную связь по управляемому параметру в системе.

В структуре тахогенератору соответствует усилительное звено с коэффициентом усиления kт, регулятору – усилительное звено с коэффициентом усиления kр, генератору – инерционное звено с коэффициентом усиления kг и постоянной времени Tг, электродвигателю - колебательное звено с коэффициентом усиления kд и постоянными времени T, T:
kг

Wг(p) = –––––– ,

Tгp + 1
kд

Wд(p) = ––––––––––––––– .

T2p2 + Tp + 1
Исследование характеристик системы генератор-двигатель
Систему генератор-двигатель можно рассматривать как объект управления для регулятора. При подаче на нее напряжения возбуждения Uв(t) от регулятора, в системе происходит переходный процесс, после завершения которого устанавливается некоторая угловая скорость вращения вала двигателя  w(t). Характер процесса и его длительность будут определяться параметрами объекта управления, передаточная функция которого Wо(p) = Wг(p) Wд(p).

В качестве исходных параметров для объекта управления принять: для генератора kг=2, Tг=0.12 с, для двигателя kд=5 рад/с, T =0.1 с, T=0.01 с. Исследуйте логарифмические частотные характеристики и переходный процесс системы генератор-двигатель с этими параметрами. В процессе исследования определите:

-частоты wс  и wπ,

-наибольшее усиление системы и наибольший фазовый сдвиг,

-наибольший наклон ЛАХ в области высоких частот,

-характер переходного процесса,

-длительность переходного процесса,

-установившееся значение угловой скорости.
Примечание

 Для определения наклона ЛАХ берутся две любые частоты, отличающиеся в десять раз w2= 10w1 (декада оси частот) и определяется разность L(w1) - L(w2),  в дб. Эта разность и даст наклон ЛАХ в  дб/дек. 

Для разомкнутой системы единичное значение графика переходного процесса соответствует значению w = kг kд Uв.
Исследуйте влияние на частотные характеристики и переходный процесс постоянной времени генератора (Tг=0.05 с и Tг =0.2 с) и постоянной времени двигателя T (T =0.05 с и T =0.5 с).

В процессе исследования ответьте на следующие вопросы:

-как параметры элементов системы влияют на частотные характеристики (изменяющиеся параметры характеристик) и характер процесса (апериодический процесс, колебательный процесс с разной выраженностью колебательности);

-как параметры элементов влияют на длительность переходного процесса и величину перегулирования в системе (длительность процесса и величину перерегулирования следует конкретно определять для

каждого графика);

-какова связь между частотой среза и длительностью переходного процесса;

-что следует делать для улучшения процесса в системе (для устранения колебательности, повышения быстродействия и др.).
Исследование характеристик замкнутой системы
Исследовать частотные характеристики и переходные процессы в замкнутой системе регулирования скорости электродвигателя постоянного тока с пропорциональным законом регулирования. Для каждого варианта системы определять: частоту среза, частоту фазового сдвига –180о, запасы устойчивости по фазе и амплитуде, наклон ЛАХ при пересечении оси частот, длительность переходного процесса, величину перегулирования, статическую ошибку. Исследования выполнить для следующих вариантов сочетания параметров элементов системы:


kT kp kГ TГ kД T T



1 0.01 5 5 0.05 10 0.5 0.5

10

15

20

2 0.01 5 5 0.05 10 0.5 0.2

0.5

1.5

3 0.01 5 5 0.1 10 0.2 0.2

0.5 0.5

1.5 1.5


Контрольные вопросы:

-как оценить устойчивость замкнутой системы по логарифмическим характеристикам разомкнутой системы;

-в чем различие процессов в устойчивой и неустойчивой системах;

-какие параметры элементов системы влияют на ее устойчивость и в чем это влияние заключается;

-как влияет на устойчивость пропорциональный регулятор;

-как связаны между собой параметры логарифмических частотных характеристик и переходных процессов;

-какие параметры элементов системы и как влияют на характер и длительность переходных процессов в системе;

-как изменяется величина перерегулирования в системе и от чего она зависит;

-как пропорциональный регулятор влияет на длительность процесса в системе, величину перерегулирования и статическую ошибку системы;

-какова связь между запасами устойчивости системы по фазе и амплитуде и характером переходного процесса;

-при каких условиях то или иное звено системы практически перестает влиять на переходный процесс (динамику системы);

-каковы пути улучшения динамики системы и какие ограничения при этом следует учитывать.

При ответе на поставленные вопросы следует использовать численные значения характеристик переходных процессов и частотных характеристик, полученных в ходе исследований.