Расчет статических характеристик и динамических параметров элементов систем автоматического управления, страница 4

          - преобразует посредством сравнения сигнала рассогласования DU_у с пилообразным напряжением U_пл преобразование сигнала обратной связи U_дт непрерывного уровня в периодическую последовательность импульсных сигналов (см. рис.9).

          Относительная длительность положительных выходных импульсов компаратора (отнесённых к периоду τ следования сигнала ГПН) зависит от отношения сигнала обратной связи DU_дт к амплитуде пилообразного напряжения U_пл:

                                               .(38)

          На интервале положительного уровня выходного напряжения компаратора DA1 происходит переключение транзистора VT1 промежуточного усилителя, управляющего транзистора VT3 и силового транзистора VT4 блока транзисторного прерывателя в состояние насыщения (высокой проводимости). На этом интервале к обмотке ОНВ подводится импульс напряжения от источника питания U_н.

    Коэффициент преобразования регулятором сигнала обратной связи DU_дт тока рекуперации в относительную длительность Δλ импульса напряжения БТП, 1/В :

                                              .                            (39)

                                           

Среднее напряжение U_нв, подводимое к обмотке независимого возбуждения через транзистор VT4, пропорционально относительной длительности λ его состояния насыщения и напряжение питания U_H:

  .(40)

Непрерывность тока возбуждения i_н обеспечивается буферным диодом VD5. Резистор R_р ограничивает максимальную величину тока I_н ОНВ генератора так, чтобы максимальный токе возбуждения тяговых электродвигателей I_в при максимальном коэффициенте заполнения  не превышал 600 А.

Передаточную функцию БТП надо учесть добавлением в правую часть уравнения (23) операторного изображения сигнала К_прΔλ(р) , преобразуемого БТП с коэффициентом преобразования:

                                           .                                   (41)

          Передаточная функция регулятора определяется заданным законом регулирования [3].

          П-регулятор является безынерционным, преобразование сигнала обратной связи определяется линейным уравнением  ,  его передаточная функция равна коэффициенту усиления W_рег(р)=К_рег.

          Преобразование ПИ- регулятором ΔU_дт сигнала обратной связи в сигнал управления U_y  определяется уравнением:

 .

          Передаточная функция ПИ-регулятора содержит интегрирующее и форсирующее звенья с постоянной времени Т_ир:

                                           .                          (42)

Определение параметров настройки регулятора К_рег и Т_пр , входит в задачу выполнения курсового проекта.

Преобразование ПД- регулятором U_дт сигнала обратной связи  в сигнал управления U_y  определяется  дифференциальным уравнением :

.

Передаточная функция ПД-регулятора содержит форсирующее звено с постоянной времени Т_др и апериодическое звено 1^-го порядка с постоянной времени Т_ар, причём Т_ар<<Т_др :

                                         .                                                  (43)

Расчет коэффициентов усиления K_рег и постоянных времени регуляторов T_ир, T_др, T_ар и производится на основании анализа динамических параметров САУ (см. разд. 5.1,5.2).

4.Расчёт статических характеристик системы

автоматического управления

          Целью расчёта статических характеристик является:

          1.Определение уровней и диапазонов изменения выходной переменной I_я, регулирующего воздействия I_в, задающего воздействия U_зу или I_н в интервале изменения скорости движения от v₁ до v₂.

          2.Расчёт динамических параметров элементов системы автоматического управления для заданных величин скорости движения v₁ и v₂ , напряжения контактной сети U_кс, тока рекуперации I_яо.

          3.Расчёт статических ошибок регулирования ΔI_я систем автоматического управления с пропорциональным и пропорционально-дифференциальными законами регулирования, обусловленных изменениями скорости движения на величину  и напряжения контактной сети на величину .

4.1.Графоаналитический расчёт статических характеристик

систем автоматического управления

Для расчёта характеристик графоаналитическим методом надо построить статические характеристики элементов системы автоматического управления в четырёх квадрантах системы координат (формат А4) [3].

Статические характеристики систем электрического рекуперативного торможения электровоза ВЛ-10 показаны на рис. 10, электровоза ВЛ11М - на  рис 11.

Статические характеристики объекта управления I_я(I_в) для скорости движения v₁ и v₂ надо начертить в первом квадранте, характеристику исполнительного устройства I_в(I_н)- в IV квадранте, характеристику обратной связи DI_ос(I_я) или U_дт(I_я) - во II квадранте, характеристику регулятора- преобразователя - в III квадранте.

Для системы рекуперативного торможения электровоза ВЛ-10 требуется определить ошибку регулирования , обусловленную изменением скорости движения. Построение характеристики замкнутой системы производят относительно заданного уровня тока якорей I_я0( см.рис.10).  Этот

          уровень устанавливается при работе электровоза в начале торможения при скорости v₁ машинистом электровоза посредством тормозной рукоятки контроллера.

          Последовательность построения на графике задана направлением стрелок. Вначале надо провести горизонтальную прямую в первом - втором квадрантах на  уровне I_я0 до пересечения с характеристиками объекта управления для скорости v₁ (точка а₁) и обратной связи (точка а₂).

Из точки а₁ надо провести вертикальную прямую в четвертый квадрант  до пересечения с характеристикой исполнительного устройства I_в(I_н) (точка а₄).     Из точки а₄ надо провести горизонтальную прямую в третий квадрант.    Из точки а₂ надо также провести вертикальную прямую в третий квадрант до пересечения с горизонтальной прямой (точка а₃), проведённой из точки а₄. Через полученную таким построением точку а₃ надо провести прямую под углом .

Как было отмечено в п.3.4 в системе рекуперации электровоза ВЛ-10 применяется непосредственное регулирование с коэффициентом усиления регулятора К_рег = 1. Поэтому прямая, проведённая через точку а₃ под углом , и представляющая собой характеристику регулятора, имеет коэффициент наклона – 1.

Отрицательный наклон характеристики отображает отрицательный характер обратной связи.

          Точка пересечения характеристики регулятора с горизонтальной осью определяет заданную величину тока возбуждения I_но генератора возбуждения В, устанавливаемую машинистом посредством задающего  устройства- тормозной рукояткой. Заданное значение тока I_но определяет величину сопротивлений  цепи ОНВ в формулах (31)(32)