РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
Дисциплина: Теория управления
Тема: Расчет системы автоматического управления электроприводом постоянного тока с полупроводниковым преобразователем
Вариант №25
Выполнил студент гр. В4297/1: Мендес Д.Э.
(подпись)
Проверил проф.: Серов А.Е.
(подпись)
«» 2015 г.
Сосновый Бор
2015
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 4
1. ЗАДАНИЕ.. 6
2. ТРЕБУЕТСЯ.. 7
3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 8
3.1. Функциональная схема управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по U, по I, по 
. 8
3.2. Структурная схема и расчет параметров ее отдельных элементов. 9
3.2.1. Передаточная функция регулятора. Расчет передаточной функции регулятора. 9
3.2.2. Передаточная функция двигателя. Расчет передаточной функции регулятора. 9
3.3 Расчет полной структурной схемы.. 11
3.3.1 Преобразование полной структурной схемы.. 12
3.3.1.1 Охват ТП отрицательной обратной связью (по напряжению) 12
3.3.1.2 Последовательное соединение звеньев 
и 
: 12
3.3.1.3 Охват 
обратной связью по току 
: 12
3.3.1.4 Сложение двух параллельных обратных связей: 13
3.3.1.5 Перенос сумматора и нахождение управляющей функции замкнутой системы по управлению: 13
3.3.2 Операторная передаточная функция замкнутой и разомкнутой системы по управлению: 14
3.3.3 Операторная передаточная функция замкнутой системы по возмущению: 15
3.4 Перерегулирование по управлению.. 15
3.5 Быстродействие системы (Время переходного процесса) 16
3.6 Статическое падение скорости в разомкнутой и замкнутой системе. 17
3.6.1 Статические характеристики САУ.. 18
3.7 Проверка быстродействия системы. График. 18
3.8 Расчеты с использованием «MatLab». 19
3.8.1. Задание полученных значений коэффициентов b0, a0-a3, d0- d3; с0-с2. Определение передаточной функции разомкнутой и замкнутой (по управлению и возмущению) САУ 19
3.8.2. Определение нулей и полюсов замкнутой (по управлению и возмущению) САУ {команда: “zpk(Wzam)”} 20
3.8.3.Определение полей нулей и полюсов замкнутой системы по управлению и возмущению 21
{команда: “[p,z]= pzmap(Wzam)”}; 21
3.8.4. Построение годографа Найквиста и вывод об устойчивости исходной системы {команда: “ nyquist(Wraz)”}. 22
3.8.5 определить характеристики Боде, частоты среза и автоколебаний { команда: “ margin(Wraz)”}; 23
3.8.6. График переходных процессов Ω=f(t),команды: t=[0: 0.001: 1]; [Ω,t]=step(Wzam*Uzad,t); plot(t,Ω),gridи t=[0: 0.001: 1]; [Ω,t]=step(Wraz*Ia,t); plot(t,Ω),grid. 24
Исходя из формы переходных процессов по графикам рис.19, можно сделать вывод, при возмущающем воздействии САУ необходимо больше времени, чтобы перейти в устойчивое состояние. 24
3.9. Моделирование САУ в SIMULINK.. 25
3.9.1. Моделирование по схеме и по передаточной функции. Сравнение графиков переходных процессов. 25
3.9.2.Частотные характеристики с использованием линейного анализа в SIMULINK.. 27
3.9.2.1 Годограф Найквиста. 27
3.9.2.2 Характеристика Боде. 28
3.9.3 График переходного процесса: Ω=f(t) при управлении и возмущении. 29
3.9.4. Анализ максимальных значений напряжения, тока и скорости и ввод соответствующих ограничений. Построение графиков. 30
ВЫВОД.. 34
ВВЕДЕНИЕ
Современный автоматизированный электропривод – сложная система автоматического управления (САУ), которая может входить в состав более сложной САУ.
Эти системы должны собирать информацию о ходе технологического процесса, обработать её на основании заданного алгоритма, вырабатывать и выдавать управляющие воздействия на устройство, обеспечивающее целесообразный ход технологического процесса.
Интенсификация технологического прогресса в различных отраслях промышленности связана с усложняющейся технологией производства, с повышением требований к качеству продукции при более сложных процессах технического изготовления, что привело к большому количеству разнообразных систем управления электроприводами. В связи с этим возникает необходимость их классификации, позволяющая более рациональное их изучение.
Принципиально системы управления различаются по уровню основных функций, которые они выполняют:
· пуск, реверс, торможение, а также поддержание угловой скорости с невысокой точностью в статике и динамике. Такую функцию выполняют разомкнутые релейно-контакторные системы управления электроприводов постоянного и переменного тока;
· поддержание скорости с высокой точностью в статике, а также формирование требуемых переходных процессов. Такую функцию выполняют системы «преобразователь – двигатель» с различными обратными связями, например, по скорости, току двигателя, напряжению преобразователя;
· слежение за любыми, произвольно изменяемыми входными воздействиями. Эту функцию выполняют следящие системы;
· отработка заданной программы. Такую функцию выполняют системы программного управления;
· выбор оптимальных режимов работы. Эту функцию выполняют адаптивные системы управления, автоматически изменяющие свою структуру или параметры системы управления с целью, например, выработки оптимальных режимов работы.
Выбор системы управления определяется как технологическим процессом, так и технико-экономическими обоснованиями.
Системы управления различают по роду аппаратуры:
· релейно-контакторные,
· с электромашинными усилителями,
· с магнитными усилителями,
· с электронными и полупроводниковыми преобразователями;
· с программно-технологическими, цифровыми и аналоговыми средствами автоматизированного управления.
Наиболее целесообразно группировать системы управления электроприводами (СУЭП) по тем основным функциям, которые они выполняют в производственном процессе. Требования производства к СУЭП могут быть простыми для отдельных несложных технологических механизмов и довольно сложными для технологических комплексов, выполняющих различные операции при обработке материалов и деталей.
Требования производства лежат в основе функций, которые выполняются САУ.
Простые функции соответствуют простым требованиям, более сложные– более сложным системам и функциям.
Группирование систем по основным функциям довольно сложно при изучении систем управления. Классификация их по основным функциям является более целесообразной и с методической точки зрения.
В данном случае каждый класс системы отличается от других классов:
· структурной схемой;
· принципами действия;
· способами построения;
· расчётами и типовыми схемами.
Кроме основных функций, выделяются дополнительные, каждая из которых вызывает создание лишь дополнительных узлов в СУЭП.
Системы управления электропривода представляют собой совокупность управляющих и информационных систем, предназначенных для управления электроприводом с целью обеспечения заданного движения рабочего органа исполнительного механизма.
ЗАДАНИЕ
Задана система автоматического управления (САУ) с исполнительным механизмом приводимым электродвигателем постоянного тока, который питается от тиристорного преобразователя.
Таблица 1- исходные данные из РГР по дисциплине «Электротехника и электроника»
| № варианта | Тип двиг. | РН | UH. | nN | Ia | Ra | rf | Jд | Режимы работы |
| - | - | кВт | В | об/мин | А | Ом | Ом | кгм2 | - |
| П-51 | 0,091 | 0,15 | ПВ-Р-Тп |
ТРЕБУЕТСЯ
1) Составить функциональную схему управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по 
,по 
, по .
2) В соответствии с функциональной схемой составить структурную схему и рассчитать параметры ее отдельных элементов (тиристорного преобразователя, двигателя постоянного тока, значения коэффициентов обратных связей).
3) Определить передаточные функции:
3.1) Разомкнутой системы.
3.2) Замкнутой системы по управляющему воздействию.
3.3) Замкнутой системы по возмущающему воздействию.
4) Рассчитать и построить статические характеристики системы по управлению и возмущению.
5) Используя MATHLAB, получить графики переходных процессов не скорректированной системы и качественные показатели переходного процесса.
6)Рассчитать параметры регулятора: “И” – регулятора, “ПИ” – регулятора, “ПД” – регулятора, обеспечивающих заданные показатели качества системы.
7) Используя Simulinkполучить графики переходных процессов скорректированной системы и качественные показатели переходного процесса.
Примечание:
1) Данные для расчета системы взять из задания на РГР по дисциплине “Электротехника и электроника”.
2)
а) перерегулирование по управлению принять: 
;
б) перерегулирование по возмущению: 
;
в) время переходного процесса (быстродействие): 
.
3) Рекомендуемые значения коэффициентов обратной связи:
- коэффициент обратной связи по напряжению;
- коэффициент обратной связи по времени;
- коэффициент обратной связи по скорости.
4) Требования по точности:
.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Функциональная схема управления электроприводом постоянного тока с тремя обратными связями: по U, по I, по .
Рисунок 2
Рисунок 3
Структурная схема и расчет параметров ее отдельных элементов