Разработка системы непрерывного управления скоростью асинхронного двигателя с фазным ротором с помощью импульсно-ключевого регулятора добавочного сопротивления роторной цепи (стр. 2 из 3)
Определим значение эквивалентного сопротивления:
;примем среднее значение
=0.5, S=0.95 Þ 
Т.к. эквивалентная электромагнитная постоянная времени соизмерима с постоянной времени преобразователя, то мы не можем пренебречь дискретностью преобразователя. Для искусственного увеличения Тэ введем в цепь ротора дополнительный реактор с индуктивностью Ld’=6мГн.
ÞДискретность широтно-импульсного преобразователя можно не учитывать. Коэффициент передачи ШИМ примем равным Кшим=1.
Произведем настройку контура тока на технический оптимум. Рассчитаем необходимый регулятор тока:
за малую постоянную времени примем:
Кot – коэффициент обратной связи по току Id.
;итак, получили ПИ – регулятор тока, с постоянной Тpt=0.059.
Передаточную функцию замкнутого контура тока представим в виде:
Контур скорости также настроим на технический оптимум:
;Кос – коэффициент обратной связи по скорости
Мы получили П – регулятор скорости Крс=22
4. Расчет динамических характеристик
Расчет динамических характеристик проведем с помощью комплекса МИК-АЛ, используя структуру на рис.3 (но с учетом упругой механической части). Ниже приведена программа моделирования данного объекта:
$Ввод *kurs
КОНСТ
Uu=1,Mc=10.3,Kрc=22,Tрт=0.059,Kшим=1,Udn=509.44,L=0.0104,
J1=0.78,Koc=0.147,Kот=0.156
17V V=Uu
111U W=1 Вх=17
1U W=Kрc Вх=111+15
2N огран пар=10 Вх=1
3L W=1/Tрт*p Вх=2+16
4N огран пар=10 Вх=3
5U W=Kшим Вх=4
6U W=Udn Вх=5
7L W=1/L*p Вх=6+100+200
*Cm*
21U W=1.05 Вх=7
*Ce*
100U W=-1.85 Вх=9
*R*
200U W=-40.6 Вх=7
9L W=1/J1*p Вх=21+14
14V V=-Mc
15U W=-Koc Вх=9
16U W=-Kот Вх=7
Инт RKT4
Нач вр=0
Кон вр=0.65
Шаг инт=0.0001
шаг выв=0.001
Вывод 7,21,9
Выходы 7=I,21=M,9=w1
Диспл 7,21,9
$Кон
$Стоп
Результаты моделирования представлены в виде графиков:
1.Пуск на минимальную скорость при минимальном моменте сопротивления (Uy=1, Mc=30 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор) tр=0.2 с;
Перерегулирование s=0.2%;
Ошибка DWуст=0.038рад (DWмах=0.0524 рад)
2.Пуск на минимальную скорость при максимальном моменте сопротивления (Uy=1, Mc=150 Нм)
3.Пуск на максимальную скорость при минимальном моменте сопротивления (Uy=10, Mc=30 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор) tр=0.5 с;
Перерегулирование s=1%
Ошибка DWуст=0.41рад (DWмах=0.52 рад);
4.Пуск на максимальную скорость при максимальном моменте сопротивления (Uy=10, Mc=150 Нм)
Как видно из приведенных графиков, результаты не только не удовлетворяют техническому заданию, но и смоделированная структура не отражает в полном объеме свойств системы.
Заменим в структуре постоянные коэффициенты См, Се, R на переменные, в соответствии со следующими формулами:
,где S, g, Id – переменные.Для улучшения свойств системы, введем адаптивный регулятор с эталонной моделью, формирующей оценку управляющей координаты при настройке контура на технический оптимум с постоянной времени Тm=0.002 с.
Передаточная функция эталонной модели составляет два последовательно соединенных звена
, 
, охваченных отрицательной единичной обратной связью. Передаточная функция замкнутого контура ЭМ имеет вид: 
Суммарная структурная схема представлена на рис.4.
В процессе моделирования экспериментально подбираем значения следующих коэффициентов:
Коэффициент П - регулятора скорости (Крс=10),
Коэффициент усиления адаптивного регулятора (Kку=30).
Листинг модели.
$ввод
*kurs
констUu=1,Mc=150,Krs=10,Trt=0.059,Ksh=1,Udn=509.44,L=0.0104,
J1=0.78,Koc=0.147,Kot=0.156,R1=0.77,
R2=0.33,Edo=295.6,Rd=7.96
17V V=Uu
111U W=1 bx=17
555l W=1/0.000008p2+0.004p+1 en=111
557U W=30 en=555+558
558U W=-0.147 en=9
1U W=Krs bx=111+15
2N огран пар=10 bx=1+557
3L W=1/Trt*p bx=2+16
4N огран пар=10 bx=3
5U W=Ksh bx=4
6U W=Udn bx=5
7L W=1/L*p bx=6+100+200
*Cm*
8U W=-2*R1 bx=7
20V V=Edo
1111U W=0.00955 bx=7+20
21N умн bx=1111+7
*21U W=1.88 bx=7
*Ce*
22U W=-R1 bx=7
23V V=Edo
24U W=0.00955 bx=22+23
99N умн bx=24+9
100U W=-1 bx=99
*100U W=-2.35 bx=9
*R*
25U W=-1 bx=5 *gamma*
26V V=1
27U W=Rd bx=26+25 *Rd*(1-gamma)*
28V V=2*R2
29U W=-1 bx=9 *-W1*
30V V=104.7
31U W=0.00955 bx=30+29 *S*
125U W=2*R1 bx=31
199U W=-1 bx=125+27+28 *-R*
200N умн bx=199+7
*200U W=-5.37 bx=7
9L W=1/J1*p bx=21+18
15U W=-Koc bx=9
16U W=-Kot bx=7
32N реле пар=Mc bx=9
18U W=-1 bx=32
инт RKT4
нач вр=0
кон вр=0.3
шаг инт=0.0001
шаг выв=0.001
вывод 7,21,9
выходы 7=I,21=M,9=w
диспл 7,21,9
$кон
$стоп
Ниже приведены результаты моделирования. Как видно из графиков, спроектированная система практически полностью удовлетворяет требованиям технического задания.
1.Пуск на минимальную скорость при минимальном моменте сопротивления (Uy=1, Mc=30 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор) tр=0.06 с;
Перерегулирование s=1.5% ;
Ошибка DWуст=0.035рад (DWмах=0.0525 рад);
2.Пуск на минимальную скорость при максимальном моменте сопротивления (Uy=1, Mc=150 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор) tр=0.067 с;
Перерегулирование s=1% ;Ошибка DWуст=0.01рад (DWмах=0.0525 рад);
3.Пуск на максимальную скорость при минимальном моменте сопротивления (Uy=10, Mc=30 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор) tр=0.23 с;
Перерегулирование s=0.1% ;
Ошибка DWуст=0.4рад (DWмах=0.525 рад)
4.Пуск на максимальную скорость при максимальном моменте сопротивления (Uy=10, Mc=150 Нм)
Время регулирования (время вхождения в пятипроцентный коридор)tр=0.61 с;
Перерегулирование s=0.3%;
Ошибка DWуст=0.45 рад (DWмах=0.525 рад);
5. Разработка принципиальной схемы и выбор ее элементов
Выбор элементов эталонной модели.
Представим схемную реализацию эталонной модели:
рис.5
Выбираем прецизионные операционные усилители DA1 и DA2 серии КР140УД25А. Параметры ОУ: Uпит=±15 В, Iпотр=5 мА, напряжение смещения Uсм=0.03 мВ.
Примем емкость С1 и С2 – по 0.5мкФ
Выбираем конденсаторы К71-7-0.5мкФ±0.5%
Исходя из того, что Тm=0.002 с, рассчитаем величины сопротивлений R1, R2, R3
Выбираем:
R1,R3 – C2-29B-0.25-8.06 кОм±0.5%
R2 - C2-29B-0.25-4.02 кОм±0.5%
С3-С6 – блокировочные конденсаторы (для предотвращения обратной связи по питанию) серии К10-17-25В-0.1мкФ±0.5%
Для исключения интегрирования собственной ошибки ОУ необходимо в начальный момент времени закоротить ключ, роль которого выполняет микросхема КР590КН2 в состав которой входит четыре аналоговых ключа, Uпит=±15 В.
Реализация регулятора скорости:
рис.6
Выбираем R1 – 10 кОм, тогда для реализации Крс=10:
Для создания обратной связи по скорости первой массы применим тахогенератор ТП50-100-1 с параметрами Uмах=150 В Þ в нашем случае примем, что на максимальной скорости тахогенератор вырабатывает 75 В. Jp=360*10-7 кгм2, Мтр=270*10-4 Нм. Видно, что момент инерции ротора тахогенератора и дополнительный момент сопротивления настолько малы по сравнению с основными параметрами системы, что ими можно пренебречь.
Для согласования выходного напряжения тахогенератора с системой управления, применим делитель, представленный на рис.7
рис.7
Примем R5=10 кОм Þ
Итак:
R1, R5 – C2-29B-0.25-10кОм±0.5%