Расчет системы автоматического управления тяговыми электродвигателями электровозов переменного тока: Учебное пособие, страница 5

                                    , [град].                        (38)

В выполняемом разделе надо привести исходные дифференциальные и алгебраические уравнения для функциональных элементов, уравнения с операторными передаточными функциями и формулы для расчета динамических параметров звеньев САУ.

Контрольные вопросы к разд.3

1. Назовите динамические звенья составляющие проектируемую САУ.

2. Напишите формулы операторных передаточных функций звеньев САУ.

3.Напишите формулы для расчета коэффициентов усиления звеньев САУ.

5.Напишите формулу закона регулирования  и операторную передаточную функцию регулятора проектируемой САУ.

4.Структурная схема контура регулирования тока ТЭД

4.1.Структурные схемы и операторные передаточные

функции контура регулирования тока ТЭД

Структурная схема САУ предназначена для:

- составления главной передаточной функции разомкнутой системы и расчёта логарифмических частотных характеристик системы (ЛЧХ);

- расчёта динамических характеристик (переходных функций) выходной переменной i_я(t) замкнутой системы при возмущающем ступенчатом воздействии изменения уровня напряжения контактной сети

Структурную схему контура регулирования тока ТЭД системы автоматического управлениятяговыми электродвигателямисоставляют по уравнениям (13), (14), (23), (26), (30), (32), (36) содержащим операторные передаточные функции звеньев системы. Методы составления структурных схем рассмотрены в [3,4].

На рис.6 приведены структурные схемы контура регулирования тока ТЭД с ПИ- и ПД-регуляторами. Эквивалентные звенья объекта регулирования ТЭД передают возмущающее воздействие U_кс(p) на выходную переменную ∆I_я(p) объекта регулирования.

      а)

      б)

Рис.6. Структурные схемы контура регулирования тока ТЭД.

Контур главной обратной связи содержит:

- операторную передаточную функцию ПИ-регулятора или ПД-регулятора;

- усилительные звено фазорегулятора K_фр ; ВИП K_в ,

- усилительные звено и звено запаздывания фазового управления тиристорными плечами ВИП K_в ,

- апериодическое звено 1-го порядка и звено запаздывания обработки сигналов датчика тока

Задающим воздействием в структурной схеме является сигнал изменения уставки тока , возмущающим воздействием – сигнал изменения уровня напряжения контактной сети .

Главная передаточная функция разомкнутой системы контура регулирования тока ТЭД, соответствующая приведенной одноконтурной  структурной схеме имеет следующий  вид:

-для САУ с ПИ- регулятором:

;                      (39)

-для САУ с ПД- регулятором:

.(40)

Общий коэффициент усиления САУ с ПИ-регулятором по контуру регулирования К₀ определяется следующей формулой :

                                    ;       [1/с:].                   (41)

Для САУ с ПД-регулятором общий коэффициент усиления К₀ определяется следующей формулой :

                                    .                                               (42)

4.2.Логарифмические амплитудно-частотные характеристики

контура регулирования тока ТЭД.

Упрощенные логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) разомкнутой системы используют для расчета общего коэффициента усиления САУ при условии обеспечения удовлетворительного качества регулирования.

Линеаризованная ЛАЧХ, соответствующая передаточной функции разомкнутой системы САУ с ПИ-регулятором W₀(p) (39) при соотношении постоянных времени T_вх>T_пр>T_ир>T_дт и частоте среза <ω_ср< показана на рис.7,а.

а)

      б)

    

Рис.7.ЛАЧХ контура регулирования тока ТЭД.

Линеаризованная ЛАЧХ, соответствующая передаточной функции разомкнутой системы САУ с ПД-регулятором W₀(p) (40) при соотношении постоянных времени T_вх>T_пр>T_др>T_дт>T_фд и частоте среза  <ω_ср< показана на рис.7,б.

4.3.Параметры настройки регуляторов РТЯ

4.3. Коэффициенты усиления САУ и регуляторов РТЯ

Длительность переходного процесса в замкнутой САУ является величиной обратной частоте среза ЛАЧХ разомкнутой системы. Поэтому параметры настройки регулятора следует выбирать таким образом, чтобы реализовать возможно больший коэффициент усиления системы при достаточно высокой частоте среза ω_ср ЛАЧХ. Эквивалентное звено запаздывания МПСУ вносит ограничение для выбора величины частоты среза ЛАЧХ, так как оно увеличивает фазовый угол логарифмической фазо-частотной характеристики (ЛФЧХ), снижая запасы устойчивости, и ухудшает качество регулирования САУ.

Уравнение ординаты ЛАЧХ при частоте среза имеет следующий вид:

- для САУ с ПИ-регулятором при соотношении постоянных времени T_вх>T_пр>T_ир>T_дт и частоте среза <ω_ср<:

;

- для САУ с ПД-регулятором при соотношении постоянных времени T_вх>T_пр> T_др>T_дт>T_фд и частоте среза <ω_ср<:

.

Из решения приведенных уравнений общий коэффициент усиления системы K₀ определятся следующим выражением:

- для САУ с ПИ-регулятором:

                                    ,  [1/с],                                                  (43)

- для САУ с ПД-регулятором при соотношении постоянных времени T_вх>T_пр> T_др>T_дт>T_фд и частоте среза <ω_ср<:

.                                      (44)

- для САУ с ПД-регулятором при соотношении постоянных времени T_вх>T_пр> T_др>T_фд>T_дт и частоте среза <ω_ср<:

.                                       (45)

Коэффициент усиления пропорционального канала регулятора определяется следующей формулой:

- для ПИ-регулятора с учетом выражения (41)

                     ,                [1/А];.                  (46)

- для  ПД-регулятора с учетом выражения (42)

                     ,            [1/А].                                  (47)

В выполняемом разделе надо привести структурную схему ТЭД, структурную схему САУ, пояснить отображение динамическими звеньями физических свойств элементов проектируемой САУ. Кроме того надо привести формулу главной передаточной функции, расчетную формулу общего коэффициента усиления САУ, коэффициента усиления регулятора.

Контрольные вопросы к разд.4

1.Поясните отображение динамическими звеньями физических свойств элементов проектируемой САУ.