МУ Управление приводами (Много полезностей по лабораторным работам), страница 3

7. Представление программы контроллера в виде диаграммы функциональных блоков.- 15 Алгоритм работы программы контроллера (см. рис. 7) можно условно разделить натри этапа:1) Инициализация параметров системы пользователем;2) Выполнение программы регулирования;3) Обработка результатов и выдача их ЭВМ верхнего уровня.Инициализация параметров работы системы осуществляется в блоке Preset.

В начальный момент времени, т.е. при поступлении команды Start_process, происходит инициализация режима управления (по скорости, по положению, по скорости и положению), задаютсянастройки регуляторов и фильтра сигнала ОС, а также вводятся параметры движения: времядвижения, требуемая скорость или требуемый угол поворота.По завершении процесса предустановки происходит запуск собственно процесса регулирования (блок Regulation). В блоке Regulation осуществляется решение разностногоуравнения фильтра сигнала ОС, а также решение разностного уравнения непосредственнодля вычисления результата регулирования на текущем шаге.В качестве фильтра сигнала ОС применено апериодическое звено, имеющее передаточную функциюW (s) =KF,1 + TF sгде TF - постоянная времени фильтра, KF - коэффициент усиления фильтра.Разностное уравнение такого звена имеет видX Ф [ nT ] = X Ф [ nT - T ]TFK T+ g [ nT ] FT + TF(T + TF ),где X Ф [ nT ] - результирующее значение фильтрованного сигнала ОС, X Ф [ nT - T ] - значение результата фильтрации сигнала ОС на предыдущем шаге регулирования, T - интервалрегулирования, g [ nT ] - фактически измеренное значение сигнала ОС.В качестве регулятора положения и скорости выбран пропорционально-интегральныйрегулятор.

Передаточная функция регулятора имеет видW (s) = K П +KИs,где K П - коэффициент усиления пропорциональной составляющей, K И - коэффициент усиления интегральной составляющей.Разностное уравнение регулятора имеет видx [ nT ] =xИ [ nT - T ] + g [ nT ] ⋅ ( K П +K ИT ) ,- 16 где xИ [ nT - T] - результат вычисления интегральной составляющей регулятора на предыдущем шаге.Таким образом, процесс регулирования сводится к решению двух уравнений, однимиз параметров которого является сигнал обратной связи, выбираемый в зависимости от режима работы контроллера.После расчета сигнала управления осуществляется его преобразование в напряжение.Операции, необходимые для такого преобразования выполняются в блоке Output.В блоке Save_results реализуется сохранение массива результатов регулирования ипередача их ЭВМ оператора.4. Интерфейс оператора4.1.

Описание интерфейса оператораПараметры и режимы работы системы могут задаваться как с использованием специализированных средств разработки программ ПЛК, так и с помощью пользовательскихинтерфейсов, разработанных с использованием библиотек ActiveX компонентов, поставляемых для ПЛК. Использование встроенного интерфейса и библиотек компонентов позволяетлегко создавать приложения верхнего уровня управления, не заботясь о вопросах связи между контроллером и управляющей ЭВМ.Внешний вид главного окна интерфейса управления представлен на рис. 8.Рис.

8. Главное окно интерфейса управления.- 17 Левая часть окна служит для отображения текущих настроек регуляторов и фильтрасигнала ОС ПЛК.В правой части окна осуществляется установка параметров движения: задание скорости и времени движения при управлении по скорости, а также задание величины угла поворота при управлении по положению.Настройка параметров регуляторов осуществляется в меню «Настройки» (рис. 9).Рис. 9. Меню «Настройки».Пункт «По умолчанию» позволяет установить параметрам регуляторов значения поумолчанию. Эти значения соответствуют устойчивой работе системы управления и могутслужить базовыми значениями при выполнении настройки системы при выполнении заданий.Пункт «Характеристика привода» позволяет получить переходную характеристикупривода во всех режимах управления без использования контроллера в качестве регулятора.Пункт «Настройка параметров» выводит окно настройки параметров регуляторов (рис.

10).Рис. 10. Вид окна настройки параметров регуляторов и фильтра сигнала ОС.В главном меню (рис. 11) устанавливается соединение с контроллером, осуществляется просмотр результатов экспериментов и выход из программы.Рис. 11. Главное меню.При выборе пункта «Результат эксперимента» выводится область построения графикапереходного процесса или осциллограмма сигнала ошибки регулирования (рис. 12).- 18 -Рис.

12. Область графического отображения результатов эксперимента.Выбор отображаемой величины производится в меню «Отображаемая величина». Характер отображения задается в меню «Настройка способа отображения». В этом меню выбирается детальный или общий способ отображения исследуемого процесса.4.2 Порядок работы с интерфейсом оператораВнимание! Перед началом работы необходимо проверить наличие физического подключения между контроллером и ПЭВМ оператора.Для начала работы необходимо установить соединение с контроллером.

Для этого вменю «Главное» следует выбрать пункт «Установка соединения». Если установка соединения прошла успешно, в левом нижнем углу главного окна будет выведено сообщение «Готовк работе», иначе - «Проверь соединение».После установки связи с контроллером необходимо ввести настройки параметров регуляторов («Настройки»/«Настройка параметров»).

Правила настройки параметров регуляторов рассмотрены в разд. 5.После настройки параметров необходимо определить режим управления по скоростиили по положению, а также параметры движения в главном окне программы: при управлении по скорости необходимо установить требуемую скорость и время движения, а приуправлении по положению – угол поворота ротора.Для начала эксперимента необходимо нажать кнопку «Старт».- 19 Внимание! В случае, если во время эксперимента возникает нештатная ситуация илисистема управления становится неустойчивой, необходимо нажать кнопку «Стоп».По окончании эксперимента также необходимо нажать кнопку «Стоп».

Результатыэксперимента будут записаны в текстовый файл, находящийся в директории программы.Для просмотра результатов эксперимента необходимо выбрать пункт меню «Главное»/«Результаты эксперимента».В открывшемся окне (рис. 12) необходимо в меню «Отображаемая величина» выбрать пункт «Обобщенная координата», если необходимо отобразить изменение сигнала ОСв процессе регулирования, или пункт «Ошибка регулирования», если требуется отобразитьизменение ошибки регулирования в процессе эксперимента.В меню «Настройка способа отображения» необходимо выбрать пункт «Общий вид»,если требуется отобразить изменение величины в ходе всего эксперимента, или пункт «Детально», если требуется показать изменение сигнала за 1 с.На графике по оси абсцисс откладывается собственно отображаемая величина, по осиординат – интервалы времени в миллисекундах.5.

Математические модели электропривода в различных режимахработыПеред началом каждого физического эксперимента в соответствии с заданием необходимо провести аналогичное исследование с использованием модели привода.Настройка контуров регулирования скорости и положения осуществляется на основепроведения моделирования поведения системы. Математическое моделирование осуществляется в программном комплексе «Моделирование в технических устройствах» (МВТУ).Данный программный комплекс позволяет осуществлять моделирование, анализ и расчетсистем автоматического управления любой сложности.Целью проведения моделирования является определение требуемых настроек регуляторов в соответствии с заданием, приведенным в разд 8.Моделирование привода проводится с учетом следующих упрощений:1) Не учитываем электромагнитную постоянную времени статорных обмоток;2) Не учитываются изменения характеристик электродвигателя при увеличениитемпературы обмоток статора и ротора;3) Значение скольжения не превышает критической величины.- 20 5.1.

Математическая модель асинхронного электропривода при управлении по законуU / f = constМодель получим в виде зависимости угловой скорости вращения ротораω от задан-ной частоты питающего напряжения f . Семейство механических характеристик двигателяпри управлении по закону U / f = const согласно [3] имеет вид, представленный на рис. 13.Рис. 13. Семейство механических характеристик двигателя при управлении по законуU / f = const .Заданную угловую скорость холостого хода ротора ωЗАД можно определить по формулеωЗАД = 2πf ЗАД / pП ,(1)где f ЗАД - задаваемая частота питающего напряжения обмоток статора, pП - число пар полюсов статора.Аппроксимируем наклонные участки механических характеристик двигателя отрезками прямых.

Поскольку угол наклона отрезков одинаков для всех характеристик при заданном законе управления, для произвольной точки А характеристики (см. рис. 13) запишем равенство- 21 -MДωЗАД − ω=M НОМω0 − ωНОМПодставив в полученную формулу выражение для номинального скольженияsНОМ = (ω0 − ωНОМ ) / ω0 , найдем M ДMД =M НОМ ( ωЗАД − ω)sНОМω0Подставляя в последнюю формулу выражения для ω0 и для ωЗАД , получимMД =M НОМsНОМ 2πf ЗАД− ωрП  рП2πf НОМВ случае, если на ротор не действует внешний момент ( M В = 0 ), уравнение динамического равновесия ротора будет иметь видJpω ( t ) =M НОМsНОМ 2πf ЗАДрП − ω рП,2πf НОМгде J – момент инерции ротора, p – оператор дифференцирования.Из данного уравнения можно получить требуемую зависимость в видеW ( p) =ω( t )2π / PП=,f ЗАД ( t ) 1 + JS HОМ 2πf HОМ pM HОМ PП(2)Выражение (2) представляет собой передаточную функцию асинхронного электродвигателя при малых значениях скольжения.

Входным параметром является частота питающего напряжения обмоток статора, выходным параметром - скорость вращения ротора электродвигателя.Согласно выражению (2) асинхронный электродвигатель под управлением преобразователя частоты в режиме U/f-регулирования представляет собой апериодическое звено спостоянной времениTM =JS HОМ 2πf HОМM HОМ PП.(3)Коэффициент усиления данной системыK ДВ = 2π / PП .(4)- 22 Тогда передаточная функция асинхронного электродвигателя под управлением преобразователячастотыврежимеW ( p) =U/f-регулированиябудетК ДВω( t ).=f ЗАД ( t ) 1 + Т М pиметьвид(5)5.2. Модель привода в режиме управления скоростьюМодель привода в режиме управления скоростью представлена на рис.

14. Измерение скорости происходит в течение 10 мс, что обуславливает соответствующую задержку вцепи ОС.Рис. 14. Модель привода в режиме управления скоростью.При разработке данной модели учитывались основные нелинейности, возникающиепри использовании в качестве управляющего устройства ПЛК. Нелинейности типа «зона нечувствительности» возникают из-за наличия минимального порога преобразования АЦПпреобразователя частоты, а также предустановленного порога задания минимальной частоты.5.3. Модель привода в режиме управления положениемВ данной лабораторной работе рассматривается две возможных реализации приводас управлением по положению: с контуром регулирования скорости, реализованным на, преобразователе частоты, а также без него.