8. Моделювання динамічних процесів

Математичне моделювання дозволяє досліджувати перехідні процеси в системі автоматизованого електропривода за допомогою комп’ютера. Метод базується на ідентичності диференціальних рівнянь, якими описується динаміка системи, і математичної моделі, яка досліджується на комп’ютері.

Із багатьох методик розв’язання диференціальних рівнянь за допомогою комп’ютера найменше працемістким і наочним є структурний метод, коли набір задачі на комп’ютері виконують за структурною схемою досліджуваної системи, де кожна ланка представлена своєю передавальною функцією. Зокрема, можуть бути використані спеціалізований пакет MATLAB Simulink або програма SIAM.

При моделюванні досліджуються залежності швидкості (t) і струму I(t) при стрибкоподібній зміні задаючої напруги і =0. Потім досліджуються ці ж змінні при обмеженні струму.

Оскільки реалізувати ідеальну диференціюючу ланку при моделюванні неможливо, то її замінюють реальною з передавальною функцією , де - найменша стала часу в контурі регулювання.

Щоб не допустити помилок при моделюванні на структурній схемі вказують числові значення всіх коефіцієнтів і сталих часу.

Структурна схема електропривода з сумуючим підсилювачем і зворотним зв’язком за напругою та струмом двигуна в програмі MatLab буде мати вигляд:

Перехідна характеристика системи (t) з відсічкою за струмом:

Час регулювання

Перехідна характеристика системи I(t) з відсічкою за струмом:

Час регулювання

Перехідна характеристика системи (t):

Час регулювання

Перехідна характеристика системи I(t):

Час регулювання

9. Вибір системи керування і опис її роботи

В залежності від заданих технічних умов і результатів дослідження системи на математичній моделі за довідником підбирають відповідну принципову електричну схему із комплектних електроприводів і вносять при необхідності до неї зміни і доповнення згідно з завданням на проектування.

Привівши у відповідність зі своїм завданням принципову схему, описують її роботу в усталених і динамічних режимах.

На рисунку наведена функціональна електрична схема СК ЕП ЭПУ1-2П. Виходячи з того, що ми розраховуємо систему керування зі зворотнім ЕРС, в функціональну схему включений тахометричний міст. Схема включає: М, LM - ДПС; ТП (t/M) - нереверсивний ТП напруги кола якоря двигуна з трифазною системою (імпульсно-фазового керування СИФУ(АU) Т - згладжуючий силовий трансформатор; L - згладжуючий реактор; Вп(U) - випрямляч для живлення обмотки збудження двигуна; ЗС (SR) - задавач швидкості.

Система керування ЕП одноконтурна з П1-РШ та від’ємним зворотнім зв'язком (ВЗЗ) по е.р.с. Вона включає: PC(AR) - регулятор швидкості; УЗТ(АUF) - вузол залежного струмообмеження; ТМ – тахометричний міст ; НЗ(АН) - нелінійна ланка; ФПЭ(АиЕ) - функціональний перетворювач е.р.с. двигуна; ПХ(SA) - перемикач характеристик; ЛУ (AD) - логічний пристрій; УО(AS) - керуючий орган; БЗ(AF) - блок захисту; ДТ(UА), ПДВ(UVS) - давачі струму та провідності тиристорів. На вхід PC подається напруга задавача швидкості U_зс з ЗС або з аналогового виходу пристрою числового програмного керування УЧПУ через R2, напруга ВЗЗ по е.р.с. через R4, R5 та напруга встановлення нуля швидкості двигуна з резистора R3. В ЕП прийнято ПИ-PC з обмеженням вихідної напруги U_рс резистором R8, що забезпечує обмеження максимального значення випрямленої напруги перетворювача U_п яка визначає максимальне значення струму якоря двигуна I_max = (U_рс-E)/R.

З виходу PC, напруга U_рс поступає на НЗ, яка подає напругу керування струмом двигуна U_ксд на ПХ i на ЛУ.

В ЕП здійснюється нeлiнiйнe обмеження струму за допомогою УЗТ, який забезпечує зниження уставки струму обмеження в функції швидкості (напруги U_с що поступає з ПН через подільник R6, R7). В основу такого струмообмеження покладена нелінійна залежність допустимого перевантаження двигуна по струму від його швидкості.

ТП керується триканальною СИФУ, сигнал керування на яку подається від УО, де встановлюються кути керування та сигнал керування сумується з сигналом ВЗЗ по струму, який подається через резистор R10. ТП являє собою трифазний керований міст, виконаний на оптронному тиристорному модулі типу МТОТО, який встановлений на охолоджувач. Для захисту тиристорів від перевантажень, використовується коло RC. Для покращення завадостійкості, керуючий перехід тиристора шунтується резисторами (4,7 кОм). Для захисту тиристорів від перенагрівання в охолоджувач ТП вмонтований терморезистор (6,8 кОм).

Конструктивно, елементи ЕП розміщені на трьох платах з друкованим монтажем, розміщених в стандартній касеті БУК-6 і з’єднаних з загальною схемою роз’єднувальними клемами з’єднувачами. На платах розміщені силові елементи ТПЯ (силова плата), елементи СК ТП: СИФУ, УО, ЛУ, ФИВ (плата керування ПУ1), елементи РС, ЯЗ, ПХ, УЗТ, ФПЭ, елементи захисту БЗ та елементи давачі (плата керування ПУ2).