Характеристики систем автоматического управления электродвигателями. Практическое руководство. Исследование статических свойств системы автоматического управления скоростью

ВВЕДЕНИЕ

По учебному плану специальности 53.01.05 – «Автоматизированные электроприводы» дисциплина «Теория автоматического управления» читается в 5 и 6 семестрах и в каждом из них сопровождается лабораторными работами.

Данное пособие содержит лабораторные работы по тем разделам, которые изучаются в 6-м семестре. Это работы, посвященные расчету и исследованию статических и динамических характеристик  систем автоматического управления электродвигателями.

С целью индивидуализации процесса обучения, лабораторные работы выполняются фронтальным методом бригадами по

2-3 студента по персональному расчетному заданию для каждого студента.

Поскольку в одной лабораторной работе экспериментально проверяется расчет одного из членов бригады, то разрешается оформлять общий отчет по работе на бригаду с одной экспериментальной проверкой, но с представлением расчетов всех членов бригады.

Отчет по лабораторной работе должен содержать: цель работы, результаты расчетов, схемы эксперимента, расчетные и экспериментальные графические зависимости, выводы в виде ответов на контрольные вопросы.

Рабочее место при проведении лабораторных работ состоит из генератора, лабораторного стенда и двухлучевого осциллографа, аналогичных используемым в 5 семестре.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЦИКЛ 1

Исследование статических свойств системы автоматического управления скоростью

электродвигателя постоянного тока

независимого возбуждения

Лабораторная работа 1.1

Статические характеристики и статизм

разомкнутой системы управления

электродвигателем постоянного тока

независимого возбуждения

Цель работы

Изучить принципы построения электронной модели ДПТ НВ и разомкнутой САУ управления им. Аналитически и экспериментально исследовать влияние на вид их статических характеристик и величину статизма параметров электродвигателя и системы управления.

Краткие теоретические сведения

1.1.1.Операторная модель ДПТ НВ

При постоянстве магнитного потока возбуждения и управлении скоростью   за счёт регулирования якорного напряжения математическая модель электродвигателя постоянного тока в виде системы дифференциальных уравнений имеет вид [1.2]

                              (1)

где  - напряжение, ток, активное сопротивление и индуктивность якорной обмотки;  - угловая скорость якоря; – конструктивная константа ДПТ НВ; – момент инерции вращающихся частей;  - статический момент сопротивления на валу двигателя.

Переходя к изображению по Лапласу и преобразовывая, представим (1) в операторной форме

                    (2)

где  - постоянная времени якорной обмотки;   - электромеханическая постоянная времени.

Операторную матмодель (2) в относительных переменных

         

где  - номинальные значения  тока, ЭДС, скорости вращения якоря и момента двигателя, можно записать так

                        (3)

где  - относительный коэффициент передачи электродвигателя по току якоря.

Операторную матмодель (3) можно изобразить в виде структурной схемы, представленной на рис. 1а, если ввести новые переменные:

 - относительное падение напряжения на активном сопротивлении якорной обмотки от полного тока якоря;

 - относительное падение напряжения на активном сопротивлении якорной обмотки от статической составляющей тока якоря.

Из структурной схемы электродвигателя следует, что

                    (4)

где  - передаточные функции по управлению (якорное напряжение) и по возмущению (статический момент нагрузки).

1.1.2.Электронная модель ДПТ НВ

Из структурной схемы видно, что якорная обмотка является апериодическим звеном, а электромеханическая часть двигателя – интегрирующим звеном.

По электронным схемам типовых динамических звеньев можно построить электронную модель ДПТ НВ, соответствующую структурной схеме (рис. 1а) в виде, изображённом на рис. 1б.

Напряжения  соответствуют переменным .

Система операторных уравнений, описывающих  модель с учётом инвертирования операционных усилителей, имеет вид