САУ электроприводом шпинделя горизонтально-расточного станка

4. Разработка  структуры САУ.

 

Управление скоростью  вращения двигателя до величины номинальной  скорости ( ) осуществляется изменением напряжения на якоре. В этой области двигатель может быть нагружен постоянным моментом                         ( номинальным). При повышении скорости допустимый момент нагрузки понижается.

На рис.4.1. представлена структурная схема САУ. Структурная  схема САУ разработана в соответствии с принципиальной электрической схемой комплектного электропривода ЭПУ1-2-3724Д-УХЛ4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Синтез систем автоматического регулирования и выбор элементов контуров регулирования

 

 

5.1. Канал якоря 

Синтез проводим для  случая с  ( )

5.1.1. Контур тока якоря

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.1. Канал тока якоря

Выбираю в качестве малой  постоянной времени:

;

В этом случае ; нельзя пренебречь внутренней обратной связью по ЭДС. Тогда представляю объект регулирования как:

 ;

Так как условие  не выполняется, а выполняется, тогда:

, где  ,

;

;

Передаточная функция  замкнутого контура тока якоря:

;

 

 

 

 

 

 

 

5.1.2 Контур скорости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.2.Контур скорости

;

;

Для контура скорости принимаем регулятор скорости с передаточной функцией:

;

Выведем передаточную функцию  для контура скорости по возмущению:

Разомкнутого контура:

;

Замкнутого контура:

;

5.2. Канал возбуждения:

5.2.1. Контур тока возбуждения

 

 

 

 

 

 

Рис.5.3. Контур тока возбуждения

Объект регулирования  в контуре тока возбуждения:

;

Малая постоянная контура тока возбуждения:

;

 

Для настройки на ТО используем ПИ-регулятор  и апериодический фильтр в ОС:

Передаточная функция регулятора тока возбуждения:

;

Передаточная функция фильтра:

,

где ; ;

Коэффициент передачи регулятора контура  тока возбуждения:

;

Передаточная функция разомкнутого контура тока возбуждения:

;

Передаточная функция  замкнутого контура тока возбуждения:

;

5.2.2. Контур ЭДС

 

 

 

 

Рис.5.4. Структурная схема  контура ЭДС

Объект регулирования  в контуре ЭДС:

;

- малая постоянная времени  контура ЭДС.

Для регулирования выбираю И-регулятор:

- передаточная функция и-регулятора;

Постоянная времени:

;

;

;

Рассчитаю номиналы комплектующих  регулятора:

а) Регулятор тока якоря:

; ; ;

Принимаю  ;

;принимаю ;

; принимаю ;

б) Регулятор скорости:

;   ;

принимаю  ;                   ;принимаю    

в) Регулятор тока возбуждения:

; ; ;

Принимаю  ;

;принимаю ;

; принимаю  ;

г) Фильтр в контуре тока возбуждения:

Принимаю  ;

д) Регулятор ЭДС

; ; принимаю ;

 

6.Статический  расчёт

 

1) Канал возбуждения:

Для тока возбуждения:

Статическая характеристика по управлению для тока возбуждения:

;

Для ЭДС:

  ;

Статическая ошибка в  канале якоря по возмущению (для  )

;

;

Для :

; ;

 

Наибольшая ошибка при  в номинальном режиме:

;

Статическая ошибка на нижней характеристике

,

где

 

Т.к. статическая ошибка больше требуемой, то нужно произвести настройку контура на СО. Для этого  в прямой канал добавим ПИ-регулятор.

Настройка контура на СО (контур скорости)

В прямой канал добавим  звено с передаточной функцией:

 

;

 

 

 

 

 

 

Получаем следующий  вид структурной схемы:

 

 

 

 

 

Передаточная функция разомкнутого контура:

;

Передаточная функция замкнутого контура:

;

Статическая характеристика по управлению:

  ;

Из передаточной функции замкнутого канала по возмущению получим статическую  характеристику:

 

 

 

 

 

 

;

Таким образом статическая  ошибка по возмущению равно 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Анализ  динамики электропривода

 

Используя программу SMED получаю переходные процессы представлены на рис.7.1. – 7.6.

Рис 7.1. На этом этапе рисунке  представлен переходной процесс при . Здесь ;  ; ; ;

( это меньше, чем  ), т.е. есть запас устойчивости по фазе и амплитуде.

Рис.7.2. Представлены переходные процессы при  стремится или равно .

Здесь , т.е. переход во зону не произошёл.

; . Система устойчива, есть запас по фазе и амплитуде.

Рис.7.3. Представлены переходные процессы при  и . Здесь ; ; ; ;

Система устойчива, есть запас по фазе и амплитуде ( ).

Рис.7.4. Представлены переходные процессы при  , т.е. происходит переход во вторую зону регулирования ( ).

Здесь ; . Система устойчивая.

Рис.7.5. Представлены переходные процессы при  , и равен ; .

Рис.7.6. Представлены переходные процессы на холостом ходу  ( т.е. ). Перерегулирование и динамичность с быстродействием остаётся тем же.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.1. Переходные процессы при 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.2. Переходные процессы при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.3. Переходные процессы при  и .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.4. Переходные процессы при 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.5.Переходные процессы при , и равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.6. Переходные процессы на холостом ходу 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.7. Переходные процессы при и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Синтез  и расчёт узлов ограничений  и защит

 

Расчёт узла зависимого токоограничения.

Узел зависимого токоограничения  УЗТ обеспечивает снижение уставки  токоограничения в функции скорости. Сигнал на вход УЗТ поступает с тахогенератора BR1 через двигатель R2, R7. Резистором R42 устанавливается максимальное значение уставки токоограничения. С целью более точной аппроксимации зависимости тока двигателя от частоты вращения, последняя разбивается на два участка регулируемой точкой перегиба.

Резистором R40 устанавливается точка перегиба, а резистором R41 угловой коэффициент за точкой перегиба.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;      

;      

;      

Найдём коэффициенты:

;

;

,

где соответствует наибольшему значению тока ( момента) двигателя при .

Определим резисторы:

;

;

;

;

Узел защиты содержит следующие составляющие:

1. Максимально-токовая защита.
2. Времятоковая защита.
3. Защита от перегрева преобразователя.
4. Защита двигателя от перегрева.
5. Защита от исчезновения напряжения в силовой управления цепи.
6. Защита от обрыва цепи тока возбуждения.
7. Защита от обрыва цепи тахогенератора.
8. Защита от неправильного чередования фаз двигателя.
9. Защита от превышения максимальной скорости двигателя.

Расчёт максимально-токовой  защиты:

Составим уравнения  для расчёта сопротивления R108.

 

9. Синтез  схемы включения электропривода. Выбор аппаратов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   Рис.9.1.

При синтезе системы  управления предусматривается защита силовой части предохранителями и автоматическим выключателем. В  схеме также предусмотрена возможность реверса, подача питающего напряжения на блок защит, сброс защит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9.3.

 

 

 

Вводной аппарат выбираем по напряжению и току ПВМ3 – 160:

Номинальный ток 160А, число  полюсов – 3

 

Реле напряжения К1, К2, Кав, КТ выбираем по номинальному напряжению U = 220В: ПЭ – 20.

Число контактов – ( 4р + 4з).

Длительный ток контактов  – 5А.

Износостойкость, число  срабатывания:

коммутационная – (1-2) ;

механическая –  .

 

Плавкие предохранители:

F1, F2, F3 – ПР-2-200 : номинальный ток 200А. Номинальные токи плавких вставок 100, 125, 160, 200А.

F4, F5 – ПР-2-15 :номинальный ток 15А. Номинальные токи плавких вставок 6, 10, 15А.

  

Заключение

 

В результате проведенных  расчётов получена система электропривода для управления шпинделем горизонтально-расточного станка на основе стандартного ЭПУ1-2Д.

В станке отсутствует  статическая ошибка по управлению и  по возмущению, что удовлетворяет  требованиям к данной системе  автоматического управления. В динамике переходные процессы удовлетворяют требованиям динамики в системе автоматического управления.

Спроектированная система  автоматического управления имеет  достаточно хорошие показатели:

- быстро реагирует  на возмущение со стороны нагрузки;

- имеет небольшую перегрузку  тока якоря;

Система автоматического  управления обладает достаточно жёсткими статическими характеристиками. 

Литература

 

1. Соколов М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов. М: Энергия, 1996.
2. Чернов .Е.А., Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ. Горький, 1989.
3. Металлорежущие станки. М: Машиностроение, 1980.
4. Справочник по электрическим машинам. Под ред. Копылова. Том1,2. Энергоиздат, 1988.
5. Перельмутер А.А. Комплексные тиристорные ЭП. Справочник.
6. Перельмутор А.А. Система управления ЭП постоянного тока.
7. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М: В.ш., 1982.
8. Сандлер А.С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. М: Высшая школа, 1972.

 

Содержание

стр.

Введение………………………………………………………………………  3

1. Технические характеристики механизмов. Требования к САУ…..  4
2. Выбор системы ЭП и типоразмера ЭД……………………………….  7
3. Выбор силового оборудования и расчёт параметров ЭП…………11
4. Разработка структуры САУ……………………………………………..14
5. Синтез САР и выбор элементов контуров регулирования………..16
6. Анализ статических показателей………………………………………20
7. Анализ динамики ЭП……………………………………………………..22
8. Синтез и расчёт узлов ограничений и защит………………………...30
9. Синтез схемы включения ЭП и составление спецификации.

Выбор аппаратов………………………………………………….................32

Заключение…………………………………………………………………….35

Литература…………………………………………………………………......36