Курсовая работа: Математическое моделирование замкнутой по сигналу наблюдателя состояния электромеханической системы ШИП ДПТ НВ

Реферат

Курсовая работа содержит 80 страниц, 84 рисунка, 1 таблицу, 22 источника.

Ключевые слова: НАБЛЮДАТЕЛЬ ЛЮЕНБЕРГЕРА, ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ, БИЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ, ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ.

Предмет исследования – алгоритмы оценивания неизмеряемых переменных состояния.

Цель работы: произвести настройку различных вариантов наблюдателей состояния для такой динамической системы, как двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Полученные результаты позволят качественно настраивать наблюдатель состояния на основе выявленных тенденций изменения координат при варьировании параметров алгоритма оценки. Это в перспективе сделает возможным реализацию замкнутой системы ШИП-ДПТ-НВ по вычисленному сигналу и решит задачу управления такими объектами.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2019 с использованием программ MathCAD; пакет MATLAB: Simulink; Mathtype.

Оглавление

Список сокращений.................................................................................................................... 5
Введение....................................................................................................................................... 6

1 Общие сведения....................................................................................................................... 8

1.1 Структура рассматриваемой ЭМС........................................................................... 8

1.2 Расчет основных параметров ДПТ НВ................................................................... 12

2 Математическое моделирование ДПТ НВ....................................................................... 14
2.1 Допущения при моделировании ДПТ НВ.................................................................. 14

2.2 Составление математической модели....................................................................... 15

3 Алгоритмы оценки неизмеряемых переменных............................................................. 18

3.1 Наблюдатели состояния............................................................................................... 18

3.1.1 Непрямые измерители положения....................................................................... 19
3.1.2 Измерители ошибки ориентирования................................................................. 19
3.1.3 Неадаптивные наблюдатели на основе моделей двигателя............................ 20
3.1.4 Адаптивные наблюдатели на основе модели двигателя.................................. 20
3.1.5 Наблюдатели на основе фильтра Калмана......................................................... 22

3.2 Наблюдатель угловой скорости ДПТ НВ с П-принципом отработки сигнала

невязки..................................................................................................................................... 24

3.3 Наблюдатель момента сопротивления с П-принципом отработки сигнала

невязки..................................................................................................................................... 30

3.4 Наблюдатель момента сопротивления с ПИ-принципом отработки сигнала

невязки..................................................................................................................................... 38

4 Цифровые системы управления.......................................................................................... 50

4.1 Билинейное преобразование....................................................................................... 50

4.2 Дискретный наблюдатель угловой скорости ДПТ НВ с П-принципом отработки сигнала невязки..................................................................................................................................... 53

4.3 Дискретный наблюдатель момента сопротивления с П-принципом отработки сигнала невязки..................................................................................................................................... 59

4.4 Наблюдатель момента сопротивления с ПИ-принципом отработки сигнала

невязки..................................................................................................................................... 67

Выводы........................................................................................................................................ 77

Список используемых источников....................................................................................... 78

Список сокращений

ЭП - электропривод;

ДУ – дифференциальное уравнение;

АЭП – автоматизированный электропривод; КПД- коэффициент полезного действия; САУ – система автоматического управления; РЭП – регулируемый электропривод;

ДПТ НВ – двигатель постоянного тока независимого возбуждения; СУ – система управления.

ШИП – широтно-импульсный преобразователь.

Введение

В данной курсовой работе речь пойдет о математическом моделировании наблюдателей электропривода постоянного тока. что является актуальной задачей, связанной с исследованием процессов, происходящих в электромеханических системах.

Цель данной работы - разработка математической модели электромеханической системы ШИП-ДПТ независимого возбуждения с замкнутой по сигналу наблюдателем состояния.

Для достижения этой цели будут рассмотрены следующие задачи: анализ устройства электромеханической системы ШИП-ДПТ НВ, изучение принципов работы наблюдателей в электроприводах, построение математической модели наблюдателя и проведение моделирования процессов в электроприводе.

Одной из основных задач, которую необходимо решить в данной работе, является определение параметров системы, необходимых для построения математической модели наблюдателя. Для этого будут использованы паспортные данные оборудования, а также известные физические законы для описания протекающих процессов и поиска необходимых передаточных коэффициентов модели.

Еще одним важным аспектом данной работы является анализ существующих методов моделирования наблюдателей электроприводов и выбор наиболее оптимального метода для данной конкретной системы. Для этого будут проанализированы различные методы аналогового и цифрового типов.

Важным элементом работы является проведение математического моделирования процессов в электроприводе с использованием разработанного наблюдателя. В ходе моделирования будут рассмотрены различные сценарии работы электропривода (под нагрузкой и без) и оценены качественные и количественные показатели работы наблюдателя, такие как статическая

ошибка, перерегулирование, колебательность, скорость установления режима работы.

Результаты данной работы могут быть использованы для улучшения проектирования и эксплуатации электроприводов в различных отраслях промышленности, таких как автомобильная, энергетическая, металлургическая и другие. Также результаты работы могут быть использованы в научных исследованиях, связанных с разработкой новых методов управления и контроля электроприводами.

Разработка математической модели наблюдателя электропривода может привести к улучшению качества управления электроприводом, а также к повышению его эффективности и надежности работы. Важным аспектом работы наблюдателя является его способность обеспечивать точное оценивание состояния электропривода, что в свою очередь может привести к уменьшению расходов на обслуживание и ремонт оборудования.

Таким образом, разработка математической модели наблюдателя электропривода является актуальной и важной задачей, которая может способствовать улучшению работы электроприводов и повышению их эффективности.