МУ Управление приводами (Лаба 1)

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаВ.А. Польский, А.В. ВанинИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКАНА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХКОНТРОЛЛЕРОВМетодические указанияпо курсу «Электроприводы роботов»Под редакцией А.С. ЮщенкоМоскваИздательство МГТУ им. Н.Э. Баумана2008-2Польский Вячеслав Анатольевич, Ванин Алексей ВладимировичИзучение способов управления электроприводом переменного тока на базе программируемых логических контроллеров: Метод. указания по курсу «Электроприводы роботов»/Под ред. А.С. Ющенко. – М.: Изд-во МГТУ им.

Н.Э. Баумана, 2008. – 40 с.Рецензент: старший преподаватель каф. РК – 9 МГТУ им. Н.Э. Баумана Е.О. Петренко.Рекомендовано к изданию кафедрой РК – 10 МГТУ им. Н.Э. Баумана 08.09.2008 г., методической комиссией факультета «Робототехника и комплексная автоматизация» 19.09.2008 г.Рассмотрены способы управления электроприводом на базе трехфазного асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты и программируемого логического контроллера.

Целью лабораторной работы является изучение системы управления скоростью иположением ротора электродвигателя. Работа проводится в два этапа. На первом этапе с помощью математического моделирования исследуется влияние структуры регуляторов скорости и положения, а также их настроек на качество управления. На втором этапе проводится экспериментальное подтверждение результатов моделирования, а также оценка степенисоответствия выбранной математической модели реальному приводу.Для студентов 4-го курса, обучающихся по специальности 220400 «Мехатроника и робототехника», изучающих курс «Электроприводы роботов».-3-ОГЛАВЛЕНИЕ1.

Введение ...................................................................................................................- 4 1.1 Современное состояние развития электроприводов....................................................... - 4 1.2. Принцип работы и основные характеристики асинхронного электродвигателя скороткозамкнутым ротором ....................................................................................................

- 5 2. Описание лабораторной установки .....................................................................- 7 2.1. Краткое описание преобразователя частоты LG IS-5 .................................................... - 8 2.2. Краткое описание программируемого логического контроллераMitsubishi FX 2N-16MT.......................................................................................................... - 11 3. Управляющая программа ПЛК.............................................................................- 13 4. Интерфейс оператора ...........................................................................................- 16 4.1.

Описание интерфейса оператора ................................................................................... - 16 4.2 Порядок работы с интерфейсом оператора.................................................................... - 18 5. Математические модели электропривода в различных режимах работы - 19 5.1. Математическая модель асинхронного электропривода при управлениипо закону U / f = const............................................................................................................ - 20 5.2.

Модель привода в режиме управления скоростью ...................................................... - 22 5.3. Модель привода в режиме управления положением ................................................... - 22 6. Проведение исследования качества работы привода ..................................- 23 6.1 Порядок выполнения практической части..................................................................... - 23 6.2 Предварительная настройка преобразователя частоты ................................................

- 24 6.3 Оценка качества переходного процесса привода.......................................................... - 25 6.4. Пример оценки качества переходного процесса привода при скоростномуправлении .............................................................................................................................. - 26 6.5. Пример оценки качества переходного процесса привода при позиционномуправлении .............................................................................................................................. - 26 7.

Контрольные вопросы и задания.......................................................................- 27 8. Задания для самостоятельной работы .............................................................- 28 8.1. Скоростное управление .................................................................................................. - 28 8.2. Позиционное управление................................................................................................ - 28 Литература ..................................................................................................................- 31 --4-1. ВведениеЦелью данной лабораторной работы является изучение способов управления электроприводом на базе трехфазного асинхронного двигателя при помощи преобразователя частоты и программируемого логического контроллера.

Исследуются системы управления скоростью и положением ротора электродвигателя. В результате математического моделированияисследуется влияние структуры регуляторов скорости и положения, а также их настроек накачество управления. Затем проводится экспериментальное подтверждение результатов моделирования, а также оценка степени соответствия выбранной математической модели реальному приводу.В ходе проведения лабораторной работы студенты рассматривают вопросы, связанные с настройкой контура регулирования скорости, после чего настраивают и осуществляютпроверку работы контура регулирования положения вала двигателя.1.1 Современное состояние развития электроприводовСовременный этап развития приводов характеризуется значительным расширениемобласти применения регулируемых электроприводов переменного тока.

Это касается большинства отраслей промышленности, в которых ранее применялись электроприводы на базедвигателей постоянного тока.Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее распространенной электрической машиной, используемой в промышленности. Существуетмножество способов регулирования скорости вращения вала асинхронного электродвигателя. Такие способы, как изменение амплитуды напряжений, подаваемых на обмотки статораили переключение числа пар полюсов, не позволяют осуществить управление скоростьювращения ротора в широком диапазоне.

В случае, когда требуется поддерживать скорость свысокой точностью и регулировать её в широком диапазоне, применяется способ частотногорегулирования.Управление частотой напряжений, подаваемых на обмотки двигателя, осуществляетсяс помощью преобразователя частоты. Данное устройство не только реализует силовую коммутацию, но и позволяет организовать замкнутую систему управления электроприводом, поскольку имеет возможность подключения сигналов датчиков обратных связей и сигналоввнешних управляющих модулей, формирующих управляющие воздействия в соответствии стребуемым алгоритмом управления.

В цифровом электроприводе в качестве внешнего-5управляющего модуля можно использовать программируемый логический контроллер(ПЛК). Такой контроллер представляет собой микропроцессорное устройство, в состав которого входит собственно процессор, память, устройства ввода/вывода дискретной и аналоговой информации (ЦАП и АЦП).1.2. Принцип работы и основные характеристики асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым роторомПринцип работы асинхронного электродвигателя основан на законах электромагнитной индукции. При подаче в обмотки статора, соединенные по схемам «звезда» или «треугольник», переменного трехфазного напряжения возникает вращающееся магнитное поле,скорость вращения которого пропорциональна частоте напряжения. Вращающееся магнитное поле статора индуцирует в короткозамкнутой обмотке ротора токи.

При взаимодействиитоков ротора с вращающимся магнитным полем статора возникает электромагнитный момент, который действует на ротор. Направление действия электромагнитного момента зависит от знака выражения ( ω0 − ω ) , гдеω - угловая скорость вращения ротора, ω0 =2πfpугловая скорость магнитного поля статора ( f - частота питающего напряжения, Гц, p –число пар полюсов). Если ротор вращается со скоростью, меньшей скорости поля ω < ω0 ,то на него действует момент, направленный в сторону вращения, благодаря чему ротор разгоняется. Если ротор вращается со скоростью, превышающей скорость магнитного поля статора ω > ω0 , на него действует момент, направленный в противоположную сторону и роторзамедляется.

При ω = ω0 магнитные силовые линии поля статора неподвижны относительно проводников обмоток ротора, ЭДС индукции в них равна нулю и электромагнитный момент, действующий на ротор, также равен нулю. Это состояние называется идеальным холостым ходом, при котором угловая скорость вращения ротора (скорость холостого хода) будетопределяться выражением ωХ.Х = ω0 = 2πf / p .Ротор электродвигателя развивает скорость идеального холостого хода в случае, есливнешний момент М В , действующий на него, равен нулю. Если М В ≠ 0 и направлен противвращения ротора, его скорость вращения уменьшается до тех пор, пока электромагнитныймомент М Д не уравновесит внешний момент М В .

При М Д = М В ротор вращается со скоростью ω < ω0 .-6Зависимость ω = f ( M Д ) в установившемся режиме работы называется механической характеристикой двигателя. Механическая характеристика асинхронного электродвигателя имеет вид, представленный на рис. 1. Номинальную угловую скорость вращения ротора двигателя можно найти по формуле ωНОМ = πnНОМ / 30 ( nНОМ – номинальная скоростьвращения ротора, об/мин).Рис.