6. Исследование статических и динамических характеристик эп на модели.

Исследование статических и динамических характеристик ЭП проводится на компьютере путем моделирования с помощью программы Vissim.

При структурном моделировании по структурной схеме с помощью «графического редактора» на основе «библиотеки типовых блоков» на экране дисплея строится схема модели. Затем выполняется моделирование и проводится анализ полученных результатов.

Модель любого устройства или системы в Vissim представляет собой диаграмму, под которой понимают набор функциональных блоков, соединенных между собой линиями связи и отображаемым в окне диаграммы.

На диаграмме все параметры звеньев (коэффициента передачи, постоянные времени и т.д.) представляются в виде конкретных чисел – это исходные и расчетные значения параметров, полученные ранее. На рисунке 6.1 приведена схема модели ЭП, построенная по структурной схеме на рисунке 5.1. Блоки модели соответствуют звеньям структурной схемы.

Для возможности изменения переменных U_y , U_п, M_н.с. предусмотрены блоки SP1,SP2 и SP4 типа slider (ползунок); непосредственно на этих блоках отображаются текущие значения переменных. Постоянная величина М_д.пот генерируется блоком SP3 (блок const).

В модели предусмотрены блоки G1, G2,преобразующие значения угловых скоростей ω_я и ω_н в значения частот вращения якоря ДПТ (n_я) и вала нагрузки (n_н).

Измерение значений переменных U_я , i_я , n_я и n_н производится цифровыми измерительными приборами D1 D4 (блоки display). Наблюдение за изменением во времени величин i_я и n_я производится с помощью осциллографов P1 и P2(блоки plot).

Проведем исследование статических и динамических характеристик ЭП как объекта управления САУ.

Некоторыми результатами исследований приведены на диаграмме, рисунок 6.1.

Установим номинальные значения всех входных воздействий: U_y.ном=5 В, U_п.ном=380 В, M_н.с.ном=811,6902Н·м. При таких воздействий все переменные, характеризующие работу ЭП в установившемся режиме должны соответствовать номинальным значениям. Видим: U_я.ном=220В; I_я.ном =19,0797А, n_я.ном =800об/мин и n_н.ном =40об/мин. Эти значения приборов весьма близки к номинальным, что указывает на соответствие построенной модели ЭП его структурной схеме по крайней мере для статических режимов.

Изменение выходных величин n_н носит апериодический характер.

Ток i_я на начальном этапе переходного процесса резко нарастает и достигает больших значений ( 118А). Это обуславливается тем, что непосредственно после пуска ДПТ имеем n_я =0, ЭДС е_я=0, скорость нарастания тока i_я ограничена только индуктивностью L_я.п, которая невелика. При е_я=0 ток i_я стремится к значению (измерено на модели при отключении сигнала е_я ). По мере разгона двигателя ЭДС е_я возрастает и ток снижается до номинального значения.

С помощью модели ЭП исследуем влияние по нагрузке (M_н.с.) на n_н в статическом режиме. Уменьшение M_н.с приводит к увеличению n_н. в частности, измерения ,проведенные на модели (при U_п.), показали: изменения M_н.с.ст в заданном диапазоне (229,5 765Н·м) вызывает изменение n_н.ст в пределах от 43,6183 до 40,2903 об/мин. А· Δ n_н.ст ·( M_н.с) 3,328об/мин.

Обеспечить выполнение условия n_н.= n_н.з. (в заданном диапазоне n_н.з. ) при действии возмущений можно только за счет изменения сигнала управления U_y. Очевидно, что минимальное значение U_y в статическом режиме соответствует U_п.ст.= U_п.макс , M_н.с.ст= M_н.с.мин и n_н.ст =n_{н.ст.мин}=8об/мин. При моделировании было получено U_{y.ст.мин.}=0,961В. Максимальное значение U_y.ст соответствует U_п.ст.= U_п.min=323В, M_н.с.ст= M_{н.с.макс}=765Н·м и n_н.ст =n_{н.ст.макс}=40об./мин. При моделировании получено U_{y.ст.макс}=5,845В.

Таким образом, путем изменения сигнала U_y.ст в пределах от 0,961 до 5,485В можно для статических режимов обеспечить любое значение n_н. при любых внешних возмущениях.

Характер кривых n_н.(t) и i_я.(t) говорит о том, что ЭП в статическом режиме является устойчивым ОУ(рисунок 6.1).

При U_y.= U_y.ном. исследуем переходные процессы n_н.(t) и i_я.(t) при скачкообразных изменениях напряжения питания U_п. от U_п.мин. до U_п.макс(и обратно) и момента нагрузки M_н.с от M_н.с.мин до M_{н.с.макс}(и обратно).

Для этой цели разместим на диаграмме(рисунок 6.2) генераторы, позволяющие формировать ступенчатые изменения переменных U_п. и M_н.с .

Модель генераторов ступенчато изменяющихся переменных строится с помощью блоков «step» («скачок»). Добавляя к исходным значениям переменных U_п. и M_н.с соответствующие скачкообразные приращения ΔU_п. и ΔM_н.с с определенными знаками можно в требуемые моменты времени ступенчато изменять U_п. и M_н.с в заданных пределах. Для этого применим несколько блоков «step» и два сумматора с расширением количества входов.

Для визуального упрощения диаграммы все блоки с неизменными параметрами настройки объединим в один эквивалентный блок. Программа Vissim позволяет произвести объединение любого количества блоков в единый блок с теми же характеристиками.

Модель для исследования ЭП при действии возмущений и результаты этих исследований приведены на рисунке 6.2.

На модели объединенный блок «ТП-ДПТ-Р-Н» («тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока – редуктор – нагрузка») представляет собой объект управления – ЭП.

Осциллограмма n_н.(t) дает полное представление о зависимости частоты вращения вала нагрузки от внешних возмущений и позволяет определить диапазон её изменения в установившихся режимах.

Определим максимальное и минимальное установившиеся значения переменное n_н., а также максимальное отклонение Δ n_{н.уст.макс}= n_{н.уст.макс} - n_{н.уст.мин.} :

n_{н.уст.макс} 50,345 об./мин.

n_{н.уст.мин.} 32,966 об./мин.

При n_н.з.=40 максимальное отклонение фактического значения частоты вращения вала нагрузки составляет:

Анализ осциллограмм указывает на большой разброс установившихся значений частоты вращения вала нагрузки:

Δ n_{н.уст.макс} =11,5 об./мин.

Максимальное установившееся значение частоты вращения вала нагрузки превышает заданное (n_н.макс=40об./мин)на 10 об./мин. Все это говорит о существенной зависимости значения переменной n_н от внешних возмущений и необходимости использования системы автоматического управления для выполнения заданных технических условий.

Характер кривых n_н.(t) и i_я.(t) (после снижения нагрузки n_н и i_я принимают первоначальное значение) говорит о том, что рассматриваемый ЭП является устойчивым ОУ.