Лабор.раб.9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА.
1.ЦЕЛИ РАБОТЫ:
1.Закрепление теоретических знаний по теме «Системы автоматического
управления двигателями постоянного тока»;
2.Изучение схемы замкнутой системы управления ДПТ с управляемым
выпрямителем;
4.Экспериментальное определение
параметров процесса управления
электродвигателем;
5.Формирование практических навыков по сборке схем автоматического
управления и проведению электрических измерений.
2.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.
2.1.Замкнутые системы автоматизированного управления обеспечивают
высокое качество регулирования координат электропривода за счет введения
в схему обратных связей. Через цепи обратных связей сигналы с выхода
системы передаются на ее вход.
На выходе электропривода чаще всего контролируются скорость вращения,
ток двигателя и положение управляемого объекта. Измерение этих
параметров
осуществляется с помощью датчиков, преобразующих
регулируемую выходную величину привода в электрический сигнал.
2.2.При отрицательной обратной связи задающий сигнал Uзв, подаваемый на
вход узла сравнения
(Рис. 9.1), вычитается с сигналом обратной связи
Uос. При положительной обратной связи эти сигналы складываются.
Результирующий сигнал определяется выражением
U = Uзв ± Uос
Uзв
U
Uос
Рис.9.1. Узел сравнения сигналов
2.3.В современном электроприводе замкнутые системы строятся в большинстве
случаев по схеме с подчиненным регулированием.
В такой схеме применяется принцип компенсации инерционности объекта
регулирования. Этот принцип заключается в введении в систему
последовательно с объектом различных регуляторов. Число вводимых
регуляторов равно числу регулируемых параметров.
2.4.Регуляторы обеспечивают формирование качественного протекания
переходных процессов в электроприводе. Регулятор позволяет задавать
необходимый закон регулирования координат электропривода.
Регуляторы строятся на основе операционных усилителей и обычно реализуют
функции
типовых
динамических
звеньев.
Широко
применяются
пропорциональные (П), пропорционально – интегральные (ПИ) и другие
регуляторы (Рис. 9.2).
П – регулятор содержит в цепи обратной связи операционного усилителя А
резистор R2. Его выходной сигнал Uвых изменяется прямо – пропорционально
изменению входного напряжения Uвх.
В схеме
ПИ – регулятора
в цепи обратной связи устанавливаются
последовательно соединенные резистор R2 и конденсатор C. При этом
выходное напряжение является интегральной функцией от входного
воздействия и обеспечивает за счет заряда конденсатора медленное нарастание
Uвых при ступенчатом изменении Uвх.
R2
R1
R2
A
Uвх
R1
Uвых
а)
C
A
Uвх
Uвых
б)
Рис.9.2. Схемы П – регулятора (а) и ПИ – регулятора (б)
2.5.Для ограничения выходных параметров привода обратная связь регулятора
шунтируется встречно направленными стабилитронами. Выходное напряжение
регулятора Uвых изменяется пропорционально входному Uвх до определенного
предела, определяемого напряжением стабилизации стабилитрона. В режиме
стабилизации напряжение на выходе регулятора остается неизменным.
2.6.Типовая схема подчиненного регулирования содержит два контура
регулирования: внутренний контур тока и внешний контур скорости (рис.9.3).
Каждый контур содержит свой датчик обратной связи и регулятор. При этом в
схеме входным подчиняющим воздействием для внутреннего контура Uзв1
является выходной сигнал внешнего контура регулирования. Входной сигнал на
внешний контур Uзв подается от задатчика скорости.
сеть
Uзв
U
1 Uзв1
U1 2 Uу 3
Uост
4
Uдв
М
I
ω
Uосс
5
Рис.9.3. Структурная схема управления с подчиненным регулированием
координат электропривода:
1 – регулятор скорости; 2 – регулятор тока; 3 – управляемый преобразователь; 4 – датчик тока; 5 – датчик
скорости.
Uзв – внешний задающий сигнал; Uост – сигнал обратной связи по току; Uосс – сигнал обратной связи по
скорости; Uу – сигнал управления преобразователем; Uдв – напряжение на двигателе; I – ток двигателя;
ω – скорость вращения двигателя.
Подчиненное регулирование обеспечивает высокое качество регулирования
параметров работы электропривода, позволяет получить оптимальное
соотношение между величиной перерегулирования (максимальное отклонение
регулируемого параметра от его устанавливаемого значения) и временем
переходного процесса.
2.7.В замкнутых системах происходит автоматическое поддержание
постоянства скорости вращения. Механические характеристики электропривода
 = f ()
являются значительно более жесткими по сравнению с
характеристиками электропривода, работающего в разомкнутых системах.
Применение ПИ – регулятора скорости позволяет получить абсолютно жесткие
характеристики, однако, переходной процесс сопровождается большим
перерегулированием.
2.8.При снижении скорости, вызванном перегрузкой двигателя, напряжение на
выходе регулятора скорости Uзв1 стабилизируется (Uзв1 = соnst). Прекращается
регулирующее воздействие на входе регулятора тока. Увеличившийся сигнал
Uост снижает U1 и, соответственно, сигнал управления преобразователем Uу.
Это ведет к снижению напряжения Uдв (ограничению) и остановке двигателя.
В режиме ограничения на уровне максимально допустимого момента Мдоп
механическая характеристика имеет резко падающий характер (Рис.9.4).
ω
Мдоп
М
Рис.9.4. Механическая характеристика электропривода
3.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
3.1. В работе используется универсальный лабораторный стенд НТЦ – 02.
Схема системы управления ДПТ представлена на Рис.9.5. Данная схема
выведена на переднюю панель стенда.
Схема содержит : управляемый выпрямитель; двигатель постоянного тока с
нагрузочным устройством, обеспечивающим возможность изменения нагрузки;
ПИ – регулятор скорости на усилителе А1; ПИ – регулятор тока на усилителе
А2; шунт Rш и датчик тока ДТ; тахогенератор ТГ в качестве датчика скорости.
Нагрузочным устройством является асинхронный двигатель М2, работающий в
режиме динамического торможения.
3.2. Параметры цепи якоря измеряются
вольтметром
РV2 (Uя) и
амперметром РА2 ( Iя ).
Для измерения напряжения Uв и тока Iв обмотки возбуждения двигателя
предназначены вольтметр РV3 и амперметр РА3.
Задатчиком скорости вращения является реостат R1. Задающее напряжение
измеряется вольтметром РV1 ( Uзв ).
Рис.9.5. Схема замкнутой системы управления ДПТ
Внимание: показания индикатора частоты вращения двигателя (об ∕ мин)
необходимо умножать на 10.
4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
4.1.Собрать схему электропривода, выполнив соединения, указанные на
схеме рис.9.5 знаком
. Установить резистор R1 в крайнее левое положение.
Установить тумблеры S2, S3, S5, S42 в положение «выключено».
4.2. Собрать схему нагрузочного устройства по схеме рис.9.6, выполнив
соединения, указанные знаком
.
Рис. 9.6. Схема нагрузочного устройства
4.3.Включить цепи питания схемы выпрямителя тумблером S3 и обмотки
возбуждения двигателя тумблером S2. Включить питание стенда.
4.4.Закоротить конденсатор С1 перемычкой. При этом регулятор скорости
является пропорциональным (П).
4.5.Для значения Uзв , по указанию преподавателя, определить параметры
работы двигателя на холостом ходу в схеме с П – регулятором скорости и
записать их в таблицу.
4.6.Установить переключатель S43 «Нагрузка» в положение «min».
Включить тумблеры S5 и S42.
Провести измерение параметров работы двигателя при 3х – 4х значениях
нагрузки. Нагрузка изменяется переключателем S43.
4.7.Перевести двигатель в режим холостого хода, для чего S43 установить в
положение «min», тумблер S5 выключить.
4.8.Установить новое значение Uзв .
Повторить опыт как указано в пунктах 4.5 и 4.6.
4.9.Установить резистор R1 в крайнее левое положение для остановки
двигателя. Установить режим холостого хода по п.4.7.
4.10.Снять перемычку с конденсатора С1. При этом регулятор скорости
преобразуется в ПИ – регулятор.
4.9.Повторить опыты как указано в пунктах 4.5…4.8 для схемы с ПИ –
регулятором скорости. Результаты записать в таблицу.
5.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.
5.1.Отчет по лабораторной работе должен содержать: указание целей работы
и выводы об их достижении; схему экспериментов; таблицу с результатами
измерений; графики зависимостей Uя= f (Iя) , ω = f ( Iя ) для схем с П –
регулятором и ПИ – регулятором скорости для различных значений Uзв;
ответы на контрольные вопросы.
5.2.Статическое снижение скорости Δω при каждом значении нагрузки
определять относительно скорости, измеренной при холостом ходе двигателя ω1
Δω = ω1 – ωi ,
где ωi = 0,105ni – скорость вращения при каждом значении нагрузки.
6. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
6.1.Какая обратная связь в замкнутой системе управления называется
отрицательной?
6.2.Какой принцип регулирования реализуется в схеме подчиненного
регулирования?
6.3.Какая величина выходного параметра электропривода называется
перерегулированием?
6.4.Каково назначение регуляторов в схеме подчиненного регулирования?
6.5.Сколько контуров регулирования содержит исследуемая схема?
6.6.Какой функцией по отношению к входному сигналу является выходное
напряжение ПИ - регулятора ?
6.7.Как изменяется задающий сигнал на входе регулятора тока при достижении
максимально допустимой нагрузки на двигателе?
6.8.Как различаются по жесткости механические характеристики в разомкнутых
и замкнутых системах управления электроприводами?
6.9.Какие регуляторы скорости позволяют получить абсолютно жесткие
механические характеристики электропривода?
6.10.Как отражается процесс перерегулирования на величине напряжения якоря
в схеме с ПИ – регулятором скорости?
7. ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
Таблица 9.1
№
Uзв
Uя
п.п.
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
В
В
Измерено
Iя
n
А
об∕ мин
Uв
Iв
В
А
Вычислено
ω
Δω
1∕с
Схема
1∕с
П – регулятор
скорости
ПИ – регулятор
скорости