Антиплагиат Перевалов П.Г. (1228686), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

ТМ можно просто загрузить вLabVIEW с помощью технологии Экспресс ВП. После этого данные эмуляции можно наложить на полученные результаты дляпроверки схемы. Чтобы загрузить данные Multisim из файлов .LVM или . ТМ, воспользуйтесь командой Прочитать файл измерений(Read from Measurement File). Этот ВП находится на палитре Программирование/Запись и чтение файлов (Programming/File IO). ЭтотВП можно настроить на чтение либо .LVM, либо . ТМ файлов. SignalExpress – это инновационное средство настройки измерений на основе нескольких шагов работы с мышью, которые нетребуют разработки программного кода. В отличие от традиционных инструментов, в SignalExpress сочетается оптимальный балансфункциональности измерений и простота использования, позволяющая разработчикам стандартизировать создание различныхприложений: Моделирование схем, Проверка схем, Анализ схем, Проверка приборов, Автоматический поиск неполадок. Чтобыпередать данные эмуляции в SignalExpress добавьте соответствующий шаг: например Добавить шаг/Аналоговый/Загрузить исохранить сигнал/Загрузить из LVM английский вариант Аdd Step/Analog/Load and save Signals/Load from LVM. Укажите имя файладля загрузки и выберите зависимости, которые нужно импортировать. В поле Область укажите временную или спектральнуюобласть записанных данных. Закройте окно и запустите рабочий файл SignalExpress, чтобы загрузить данные.National Instruments ELVIS – это идеальный прибор для любой электротехнической лаборатории, в которой есть Multisim. В ELVISесть среда разработки макетных плат со встроенными приборами, включая генератор сигналов, цифровой мультиметр, осциллографи источник питания переменной мощности. Макетная плата съемная, это позволяет студентам выполнять часть лабораторной работыотдельно от модуля ELVIS. В ELVIS есть программное обеспечение на базе LabVIEW для взаимодействия с виртуальными приборами.В эти приборы можно добавить возможность загрузки данных Multisim для сравнения результатов эмуляции и измерений.Multisim используется в колледжах и университетах по всему миру, он стал необходимым инструментом образовательного процесса.В Multisim студенты знакомятся с теорией схемотехники с помощью интуитивно понятных методов. Продукция Electronics Workbenchприменяется на всех уровнях: от начального до профессионального, поэтому уровень образованности студентов будет постояннорасти и позволит им переходить на более сложные задачи, не изучая для каждой новую среду.В Multisim Целый набор компонентов предназначен для студентов. [1]Они расположены в Основной группе (asic group) Главной базы данных (Master atabase) в семействе 3_VIRTUAL. Анимированные компоненты изменяются во время работы схемы. К ним относятся светодиоды, 7­сегментные дисплеи и некоторыедругие компоненты, например, переключатели и потенциометры. Анимированные компоненты находятся в разных разделах базыданных Multisim.Параметрические компоненты имитируют свойства настоящих. Уровень параметров может задать пользователь в свойствахкомпонента. Если мощность, рассеиваемая виртуальным резистором превысит установленный порог, то он перегорит и разомкнетцепь. Параметрические компоненты расположены в Основной группе ([1]asic group) Главной базы данных (Master atabase) в семействе RATE_VIRTUAL. Трехмерные макетны�� платы – это еще одно средство Multisim, на котором студенты учатся важным элементам созданияпрототипов. Если элементы на плате соединены правильно, соответствующие соединения и компоненты на схеме окрасятся взеленый цвет. Также в плату входят следующие средства: Проверка соблюдения проектных норм ([1]esign Rules Check, RC) и проверка соединений (Connectivity Check). Кроме стандартной макетной платы студенты могут создать схему NI ELVIS с соответствующим трехмерным изображением.Виртуальные приборы ELVIS, например, генератор сигналов, осциллограф и источник питания также имеют модели. Создание схемыELVIS выполняется из меню Файл/Новый/Схема ELVIS (File/New/ELVIS Schematic). http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=113/2020.06.2016АнтиплагиатПреподаватель может внести в схему неполадку и попросить студента отточить свои навыки, обнаружив ее. Внесенные неполадкиможно скрыть от студента. Чтобы поиск выполнялся стандартными средствами отладки. [1]Неполадку можно добавить в закладкеНеполадки (Faults). В качестве неполадки можно задать отсутствие контакта на терминале, короткое замыкание двух терминаловили резистивные потери в Омах. Преподаватель может задать неизвестную подсхему, чтобы студенты отработали навыки анализанеизвестных элементов. Ограничения схем – очень важный элемент создания задач на неизвестную схему или поиск неполадок.Они позволяют преподавателю видеть подсхемы, скрывать неполадки и ограничивать число доступных компонентов и приборов.Например, можно вынудить студентов воспользоваться осциллографом для исследования амплитудной передаточной характеристикисхемы, ведь плоттера Боде или анализатора переменного тока может не оказаться. Ограничения общие и на схему открываются вменю Опции (Options). Доступ к ним защищен паролем [18].1.3 [1]Выбор САЕ пакета для моделированияТема выпускной квалификационной работы требует разработать лабораторную модель системы автоматического регулирования в САЕ пакете.Разработка лабораторной модели требуется для дальнейшей разработки задач. Данные задачи, в виде лабораторных работ, должны решатьсястудентами на практических занятиях предметов САПР, для ознакомления со средой имитационного моделирования. Учебный процесс ВУЗа имеетограниченное время. Также решаемые задачи на практических занятиях должны иметь специфику специальности студентов, имеющих в своейпрограмме предметы САПР. Поэтому нам необходимо выбрать ЕСА систему, наиболее удовлетворяющую учебному процессу ВУЗа. Помимо этого системадолжна иметь базу данных, в которой будут иметься все аналоги разрабатываемой в ВКР схемы.В первом разделе главы мы рассмотрели пять популярных ЕСА систем. Наиболее примечательной стоит отметить Electronics Workbench Multisim. Вкомплект программы Multisimвходят средства для описания схем и их эмуляции, [2]также проверки и тестирования созданных схем. Модуль описания схем входящий в данную систему, включает всебя безрежимное редактирование, удобное соединение и всестороннюю базу данных, [2]логически распределенную в рабочем пространстве программы. Все эти средства позволяют, экономит время, не тратя его на разработку библиотек,настройку моделирования, что требуется делать в других рассмотренных ЕСА системах. Очень важным свойством программы является просмотр, иизменение параметров в режиме реального времени. Все эти преимущества позволяют приступить к редактированию практически сразу после запускапрограммы Multisim. Так же одним из направлений развития программного обеспечения Electronics Workbench является работа с ВУЗами. Что делаетпакет Electronics Workbench Multisim наиболее подходящим под критерии выбора пакета для моделирования. 1.4 Вывод по главеОбзор САПР показал, что система Workbench Multisim имеет удобный и интуитивно понятный интерфейс, мощный инструмент описания иредактирования электронных схем, мощный инструмент эмуляции работы схемы, средство просмотра данных эмуляции.2 АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ2.1 Постановка задачиДля построения схемы тягового электродвигателя в пакете разработки электронных систем необходимо решить задачу представления моделидвигателя, в полной мере отражающей параметры реальной тяговой машины. Для понимания работы имеющихся систем, имитирующих работутягового двигателя необходимо описать процессы тягового двигателя в виде формул. Следующим шагом необходимо описать схемы с помощьюфункций алгебры логики. В конце главы необходимо выбрать ту схему объекта регулирования, которую будем в дальнейшем использовать дляпроектирования.2.2 Модели в виде электронных схем2.2.1 Основные данныеВ полной мере модель ТЭД была реализована в блоке контроля блоков автоматического управления. Предназначался он для проверкиработоспособности кассет БАУ1 и БАУ2 при стоянке электровоза. В БКБАУ смоделированы все процессы, происходящие в тяговом режиме и врекуперативном. Структурная схема блока контроля кассет БАУ для режима тяги представлена на рисунке 2.1.Рисунок 2.1 – Структурная схема модели ТЭДНа рисунке блок ВИП является управляющем элементом выполняющим функцию выпрямительно­инверторного преобразователя. После поступленияна вход сигнала U40, на выходе формирует напряжение питания ТЭД Ud. ЭС – элемент сравнения формирует на выходе сигнал Uid соответствующийвходному току двигателя, в зависимости от входных сигналов. Входными сигналами являются напряжение питания ТЭД Ud и противо­ ЭДС двигателя.ДТЯ – датчики тока якоря формируют сигнал соответствующий максимальному и минимальному значению тока тяговых двигателей. V – являетсяблоком моделирующим управление движением, на выходе формируется сигнал соответствующий скорости ТЭД. Ф – блок формирующий напряжениесоответствующее магнитному потоку ТЭД. Е – формирует напряжение соответствующее значению противоэлектродвижущей силе.2.2.2 Модель цепи якоряНеобходимо представить модель тягового электродвигателя в виде электронной схемы. После появления в цепи якоря напряжения, появляется токдвигателя, и параллельно с ней возникает противо ЭДС. Для начала необходимо получить математическую модель цепи якоря. Имеем зависимостьмежду колебаниями тока двигателя и частотой регулирования:(2.1)где U1 – импульсное значение напряжения; Е – ЭДС самоиндукции; Lд – индуктивность цепи якоря; di/dt – изменение тока по времени; rдв –активное сопротивление обмоток двигателя; iд – ток двигателя.Под действием импульса U1 ток в цепи двигателя будет нарастать до максимального значения, при достижение этого значения действие импульсапрекращается. Скорость нарастания определятся индуктивностью Lд. После того как импульс перестал действовать, ток протекает под действием ЭДСсамоиндукции, снижаясь до минимального значения тока.Для получения необходимой математической модели, по которой будем реализовывать электронную схему, необходимо определить выходной параметрматематической модели [3]. Данная система автоматического регулирования осуществляет регулирование скорости тягового электродвигателя по токуТЭД. Следовательно, выходным параметром будет изменяющийся ток во времени di/dt. Тогда уравнение 2.1 принимает вид:(2.2)С учетом того, что произведение iдRд мало по сравнению с U1 – E данное уравнение реализуется по следующей схеме, представленной в соответствиис рисунком 2.2.Рисунок 2.2 – модель электрической цепи якоря двигателяНапряжение U1 соответствует напряжению Ud; Е – ЭДС двигателя; U2 – напряжение на выходе операционного усилителя А1, Uid – значениевыпрямленного тока.Приведем уравнения модели.(2.3)(2.4)На рисунке 2.3 изображена модель в пакете Miltisim.Рисунок 2.3 – модель цепи якоря в Multisim2.2.3 Модель магнитной цепи двигателя.Модель магнитной цепи преобразует напряжение тока возбуждения Uiв, в сигнал Uф пропорциональный магнитному потоку, в соответствии схарактеристикой намагничивания. Нелинейное преобразование реализуется за счет диода. Схема представлена на рисунке 2.4.Рисунок 2.4 – модель магнитной цепиУравнение модели приведено ниже(2.5)http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=114/2020.06.2016АнтиплагиатНа рисунке 2.5 изображена модель в пакете Miltisim.Рисунок 2.5 – модель магнитной цепи в Multisim2.2.4 Модель процесса движенияПримем допущение, при котором ускоряющая сила в тяговом режиме прямо пропорциональна якорному току. Тогда скорость для тягового режимабудем, находит следующим образом:(2.6)где к – коэффициент пропорциональности;V0 – начальная скорость.Модель процесса движения представлена на рисунке 2.6.Рисунок 2.6 – модель процесса движенияУравнение модели приведено ниже.Для операционного усилителя А1:(2.7)Для операционного усилителя А2:(2.8)где UV0 – начальное значение UV, при t = 0. На рисунке 2.7 изображена модель в пакете Miltisim.Рисунок 2.7 – модель процесса движения2.2.5 Модель ЭДС вращенияДля получения модели ЭДС вращения необходима следующая формула:(2.9)где Е – ЭДС вращения двигателя;См – машинная постоянная;Ф – магнитный поток;V – скорость.Модель представлена на рисунке 2.8Рисунок 2.8 – модель ЭДС вращенияУравнение модели приведено ниже.(2.10)где Uбэ – напряжение база­эммитер транзистора с общим коллектором; α ­ коэффициент усилиения напряжения транзистора с общей базой.На рисунке 2.9 изображена модель в пакете Miltisim.Рисунок 2.9 – модель ЭДС вращения в пакете Multisim2.2.6 Модель ВИПМодель ВИП формирует сигнал напряжения двигателя, который регулируется напряжением с БАУ1 (U40), поступающий на вход модели.Модель ВИП представлена на рисунке 2.10. На рисунке U1 соответствует U40, U2 соответствует Ud.Рисунок 2.10 – модель ВИПУравнения модели приведены ниже.(2.11)На рисунке 2.11 изображена модель в пакете MultisimРисунок 2.11 – модель ВИП в Multisim2.2.7 Модель датчиков тока якоряДатчики тока якоря необходимы для выявления максимального и минимального значения тока тягового двигателя. Модель датчиков тока тяговыхдвигателей представлена на рисунке 2.12. На рисунке U1 соответствует напряжению тока тяговых двигателей.Рисунок 2.12 – модель датчиков тока якоряНа рисунке 2.13 изображена модель в пакете Miltisim.Рисунок 2.13 – модель датчика тока якоря в Multisim2.2.8 Альтернативная модель ТЭДВ базе данных Multisim имеется функциональный блок с названием C_MACHINE_WOUN_FIEL. Данный компонент представляет из себя щеточныйдвигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Функциональный блок в среде Multisim представлен на рисунке 2.15.Рисунок 2.15 – модель двигателя в среде MultisimНа рисунке имеются следующие выводы. T – вывод для измерения электромагнитного момента. θ – вывод для измерения угла поворота вала. Еа –вывод для измерения напряжения противо­ ЭДС. Два вывода слева, от изображения катушки индуктивности являются входами питающегонапряжения обмоток возбуждения. Выводы расположенные вертикально являются входами питающего напряжения статора. Одиночный вывод справаявляется входным выводом цепи якоря.ЭДС якоря рассчитывается по формуле 2.12.(2.12)где Еа – противо ЭДС двигателя; ωm – угловая скорость якоря; Laf ­ индутивность якоря; If – ток возбуждения.Электромагнитный момент вращения якоря считается по формуле 2.13.(2.13)где Ia – ток якоря.Индуктивность якоря находится по формуле 2.14(2.14)где Vt – напряжение приложенное к двигателю; Ra – сопротивление якоря. В меню настройки компонента указываются параметры двигателя, такие как индуктивность якоря, сопротивление якоря, индуктивность обмоткивозбуждения, сопротивление обмотки возбуждения, взаимная индукция, момент инерции, тормозной момент, угловая скорость и начальный угол.Окно настройки компонента представлено на рисунке 2.16.Рисунок 2.16 – окно настройки компонента C MACHINE WOUN FIELДанный компонент нам позволяет только снять некоторые характеристики двигателя. В системе БАУ имеется функционал обеспечивающий сравнениемаксимального и минимального значений тока двигателей, для выявления боксования. В имеющемся функциональном блоке отсутствуют инструментыдля формирования токов с двигателей, что не позволит БАУ в полной мере функционировать, как было задумано. Также в данной модели ТЭД обмоткавозбуждения подключена независимо. БАУ была разработана для двигателей с последовательным возбуждением.2.3 Модели в виде логических схем2.3.1 Основные положенияВ цифровой схемотехнике принято описывать работу микросхем с помощью функций алгебры логики. В цифровой технике для обозначения различной информации пользуются кодовыми словами. Данные кодовые слова практически всегда имеют одинаковую длину, и строятся они из двухбукв. Эти буквы являются логическим 0 и логической 1. При поступлении на входы узла кодовых слов, на выходе образуется новое кодовое слово.Выходное слово зависит от того какие слова поступают на вход. Зная это можно утверждать, что выходное слово является функцией, аргументамикоторой являются входные слова. Эти функции являются функциями алгебры логики. Логические устройства или цифровые устройствапредназначены для формирования функций алгебры логики.В цифровых устройствах логическому 0 и логической 1 соответствуют напряжения определенного уровня. Для представления логических уровнейнаиболее часто пользуются потенциальным способом. В данном способе высокому уровню соответствует логическая 1, низкому уровню логический 0[3].2.3.2 Логическая схема ВИПаКак видно из рисунка 2.10 схема ВИПа имеет два входных сигнала. Первый сигнал приходит на неинвертирующий вход операционного усилителя, ивсегда остается неизменным. Он всегда имеет логическую 1. Второй сигнал изменяется по мере работы БАУ 1, значит, имеет сигнал высокого и http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=115/2020.06.2016Антиплагиатнизкого уровня. Тогда логической схемой ВИПа будет являться логический элемент И.Данному логическому элементу соответствует уравнение 2.15.(2.15)2.3.3 Логическая схема цепи якоряИсходя из рисунка 2.2, в модели цепи якоря, имеется два сигнала. Это сигнал, приходящий с ВИПа, и сигнал ЭДС. В первый момент времени, приходитсигнал с ВИПа, в этот момент сигнал ЭДС равняется логическому 0, так как разгон еще не начался, но система на выходе выдает логическую 1,чтобыначать разгон. Значит, модель цепи якоря можно обозначит блоком логики дизъюнктором.Данному логическому элементу соответствует уравнение 2.16.(2.16)2.3.4 Логическая схема модели движенияСогласно рисунку 2.6 модель движения состоит из двух операционных усилителей. Первый операционный усилитель будет являться повторителем.Вторая часть схемы имеет два напряжения. Модель движения должна на выходе иметь логическую единицу только в одном случае, когда нанеинвертирующий вход подается логическая 1. Для представления в виде логической схемы подходит операция конъюнкция. Данной операциисоответствует уравнение 2.15.2.3.5 Логическая схема магнитной цепиМагнитная цепь изображена на рисунке 2.4. В данной схеме имеется одно входное напряжение. Значит, логическим блоком будет, являетсяповторитель.2.3.6 Логическая схема ЭДС вращенияПо рисунку 2.8 видно, что модель ЭДС вращения имеет два входных сигнала. Схема описывает умножение сигнала скорости и сигнала магнитногопотока. Следовательно, значение ЭДС будет истинным только тогда, когда истинны два входных сигнала, значит, логической схемой являетсяконъюнкция. Уравнение конъюнкции представлено на рисунке 2.15.2.3.7 Логическая схема ДТЯМодель датчиков тока якоря представлена на рисунке 2.12. Количество двигателей, с которых снимаются измерения 4. В данной логической схемебудет 4 входа. Если имеется разность токов с одним из двигателей, значит, этому состоянию будет соответствовать логический 0. Если имеется хотя быодин нуль, значит, имеется скольжение. На выходе при этом будет логический нуль. Данному описанию соответствует блок конъюнктор.Данному логическому элементу для датчиков тока и якоря соответствует уравнение 2.16.(2.16)Теперь объединим все полученные блоки. Полная схема представлена на рисунке 2.17.Рисунок 2.17 – полная логическая схема модели ТЭД2.4 Выбор схемы объекта регулированияДля дальнейшей разработки компьютерной модели объекта регулирования, будем пользоваться моделями электронных схем, представленные впунктах 2.2.2­2.2.7. Данные модели в полной мере отражают устройство того или иного функционального блока модели тягового электродвигателя.Такая схема дает возможность моделировать различные ситуации, возникающие в реальном ТЭД.2.5 Вывод по главеНаиболее приемлемой схемой объекта регулирования является схема БКБАУ. Так как с помощью этой схемы возможно в полной мере воссоздать всепроцессы, происходящие в тяговом электродвигателе. Также с помощью схемы БКБАУ можно сымитировать проскальзывание колес, которое БАУуспешно ликвидирует.3 РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ3.1 Постановка задачиВ данной главе требуется описать устройство и работу блока автоматического управления БАУ1. Так как пакет моделирования иностранногопроизводства, в его базе данных нет российских компонентов. Следовательно, нам необходимо подобрать аналогичные компоненты из базы данныхпакета моделирования. Подобранные аналоги не ��олжны уступать российским компонентам по характеристикам, они могут быть только лучше.Иначе схема будет работать неправильно. В итоге требуется представить на рисунках собранные схемы регулятора и объекта регулирования.3.2 Описание БАУ13.2.1 Назначение САУСистема автоматического управления предназначена для автоматического управления выпрямительно­инверторным преобразователем и возбудителемв режиме тяги и рекуперативного торможения. В данном проекте разрабатывается только режим тяги.3.2.2 Функции САУ в тяговом режимеПуск с заданным током тяговых двигателей до заданной зоны регулирования;Подача песка при возникновении боксования и сброс силы тяги с последующим восстановлением её после прекращения боксования;Увеличение заданного тока при включении ступеней ослабления поля.3.3 Модель регулятора3.3.1 Подбор аналоговРегулятором имеющейся САР является блок автоматического управления БАУ 1. Регулятор БАУ 1 полностью построен на операционных усилителях,диодах, транзисторах, сопротивлениях и емкостях.В системе установлены операционные усилители типа К140УД7. В элементной базе пакета Multisim такого усилителя не имеется. Требуется подобратьаналогичный усилитель, имеющийся в базе данных Multisim. По рекомендации сайта [22], аналогом будет являться ОУ UA741CP, фирмы Fairchild.Сведем параметры операционных усилителей в таблицу 3.1.Таблица 3.1 – основные характеристики ОУОУUИП,ВUСМ, мВIВХ, нАКУ, дбVUВЫХ, В/мксКОС.СФ дбRВХ, МОмРПОТ, мВтfПР, МГцК140УД7±5.±176400680,3720,41200,8UA741CP ±5.±182201060,5http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=116/2020.06.2016Антиплагиат902500,1Напряжение UИП необходимо для питания операционного усилителя. Как правило, операционные усилители питаются двуполярным напряжением.Напряжение смещения UСМ в ОУ появляется в связи с рассогласованием параметров схемных элементов. Из­за этого даже при отсутствии входногосигнала, на выходе появляется небольшое постоянное напряжение. Данные параметр является главным показателем определяющим точность работыоперационного усилителя.Входные токи IВХ зависят от входного сопротивления, и характеризуются двумя параметрами. Первым является начальный входной ток, зависит отвходного сопротивления. Вторым является начальный разностный ток, определяется он разностью начальных входных токов входов усилителя.Коэффициент усиления КУ определяется отношением изменения выходного напряжения к изменению напряжения между входами усилителя приразомкнутой обратной связи.В системе регулятор­объект регулирования используются биполярные транзисторы двух типов, p­n­p и n­p­n. Транзисторами n­p­n являются КТ3102Б.Транзисторами p­n­p являются КТ3107Б и КТ814Г. Для данных транзисторов также необходимо подобрать аналоги. По рекомендации сайта [22],выбираем аналог C547 для транзистора КТ3102Б. А для транзистора КТ814Г выбираем 140. Основные характеристики сведем в таблицу 3.2 и 3.3.Таблица 3.2 – основные характеристики транзисторовКТ3102БC547IKMAX, A0,10,1UKЭRMAX,5045UKБ0,5050PKMAX, мВт250500ТПМАХ, C125150h21Э200…500450IКБ0, мкА0,055FГР, МГц150300СК, пф62,5RT, C/Вт 400250Таблица 3.3 – основные характеристики транзисторовКТ814Г140IKMAX, A1,51,5UKЭRMAX,8080UKБ0,100100PKMAX, Вт108ТПМАХ, C125150h21Э3040…250IКБ0, мА0,050,0001FГР, МГц375RT, C/Вт 1010Для транзистора КТ3107Б выбираем 2SA1015 [22]. Основные характеристики сведем в таблицу 3.4. Таблица 3.4 – основные характеристики транзисторовКТ3107Б2SA1015 IKMAX, мА100150http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=117/2020.06.2016АнтиплагиатUKЭRMAX,4550UKБ0,5050PKMAX, мВт300400ТПМАХ, C150125h21Э120…22070IКЭR, мкА0,30,1FГР, МГц20080Продолжение таблицы 3.4RT, C/Вт 420250В системе установлены диоды КД509А. Рекомендуемый аналог 1N3064 [22]. Сведем основные параметры диодов в таблицу 3.5.Таблица 3.5 – основные характеристики диодовДиодIПРM, АIОБРМ, мкАUОБРМ, ВUПРМ, ВtВОСОБ, нсСД, пфКД509А0,15501,10,0141N306400,1751423.3.2 Источники напряжения задатчика тока и задатчика зоныЗадатчик тока (UЗТ) и задатчик зоны (UЗЗ) регулирования формируют напряжение постоянного тока, на входе БАУ. Напряжение UЗТ находится вдиапазоне от 0 до 40 В. Напряжение UЗЗ находится в диапазоне от 0 до 10 В.В реальном электровозе, в качестве регулятора напряжений задатчиков зоны и тока, используется сельсин. Для имитации работы ЗТ и ЗЗ будемиспользовать элемент из базы данных под названием C_INTERACTIVE_VOLTAGE. Данный элемент позволяет посредством бегунка изменятьнапряжение на его выходе. Элемент представлен на рисунке 3.1.Рисунок 3.1 – модель регулятора напряженияНа рисунке 3.2 изображено окно настройки элемента C INTERACTIVE VOLTAGE. Рисунок 3.2 – Окно настройки элемента C INTERACTIVE VOLTAGE Из рисунка видно что можно настраивать минимальное и максимальное значение напряжения которое может выдавать регулятор, в данном случае 0Ви 40 В соответственно. Также можно настроит процент приращения тока, позволяющий изменять напряжение от 0 до 40 В на значениесоответствующее значению процента приращения. В данном случае процент составляет 1,25%, что от 40В дает шаг приращения в 0,5В.Модель регулятора представлена на рисунке 3.3.3.4 Совмещенная модель регулятора и объекта регулированияПолученные модели регулятора и объекта регулирования занимают много места, из­за этого невозможно разместить обе схемы на одном листе. Чтобыпоместить схемы на одном листе воспользуемся иерархическими блоками. Модели регулятора и объекта регулирования в виде иерархических блоковизображены на рисунке 3.4.Рисунок 3.4 – модели регулятора и объекта регулирования в виде иерархических блоковНа рисунке 3.4 напряжение поступает из иерархического блока БАУ1 в ИБ Модель ТЭД. Напряжения UTMAX и UTMIN поступают из ИБ модели ТЭД в ИББАУ1.3.5 Модель объекта регулированияМодель объекта регулирования также состоит из операционных усилителей, диодов, емкостей, транзисторов и нагрузок. На основании полученныхмоделей в пункте 2 и 3 составляем модель объекта регулирования в пакете Multisim.Модель объекта регулирования в пакете Multisim представлена на рисунке 3.5.3.6 Проверка работоспособности системыДля проверки работоспособности системы проведем опыт пуска и разгона электровоза. Перед этим необходимо установить осциллографы на выходысигналов, которые будем контролировать.Разгон электровоза производится путем увеличения напряжения задатчика тока до значения 33В соответствующего току в 1000А. Задатчиком зоныосуществляется изменение зоны регулирования. После пуска электровоза подаем напряжение задатчика зоны равное 2,5В, соответствующее 1 зонерегулирования. Далее подаем напряжение задатчиком тока. На рисунке 3.6 представлен осциллограф регистрирующий изменения напряжения U40.Рисунок 3.6 – изменение U40По рисунку в момент времени 0,287 секунд подаем напряжение 33В с задатчика тока. Далее оно начинает автоматически возрастать до напряжения10В, ограниченное задатчиком зоны. Достигает предела роста в момент времени 1,266 секунды. В момент времени 1,71 секунды подаем напряжениезадатчика зоны соответствующее второй зоне регулирования. Напряжение U40 начинает расти до предела в 20В.3.7 Вывод по главеКак выяснилось, в базе данных пакета Multisim имеются все аналоги необходимые для описания работы САУ. Подобранные аналоги позволили вполной мере отразить схемы регулятора и объекта регулирования. Полученные схемы позволят нам в дальнейшем получить характеристикиhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=118/2020.06.2016Антиплагиатизменения напряжения каждого блока модели ТЭД и характеристику изменения напряжения U40.4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ4.1 Постановка задачиПо полученным данным в предыдущих главах требуется разработать методику для лабораторных работ по дисциплине САПР. Лабораторные работыСАПР должны научить студента пользоваться имеющейся системой проектирования, в данном случае Multisim, работать с заданными схемами. Такженеобходимо понимать работу заданных схем. Лабораторные работы должны быть выполнены для режима тяги и ликвидации боксования.4.2 Теоретические сведения4.2.1 Класс схемыСистема автоматического регулирования «Океан» работает по принципу регулирования по отклонению [4]. Основой принципа являетсярегулирование по замкнутому циклу. Автоматический регулятор отправляет с помощью чувствительного элемента, на элемент сравнения сигнал,соответствующий действительному значению регулируемой величины. Элемент сравнения производит сравнение сигнала заданного изначально идействительный сигнал с объекта регулирования и получает значение отклонения. В итоге на основании полученного сигнала с элемента сравнения,в управляющем и исполнительном элементе выделяется сигнал, сводящий это отклонение к минимуму [4]. На рисунке 4.1 изображена одноконтурнаяСАР.Рисунок 4.1 – Одноконтурная САРНа рисунке 4.1: ЗЭ – задающий элемент; ЭС – элемент сравнения; УЭ – управляющий элемент; ИЭ – исполняющий элемент; ОР – объектрегулирования; ЧЭ – чувствительный элемент.Блок автоматического управления БАУ1 состоит из операционных усилителей всех классификаций. В том числе инвертирующий усилитель,неинвертирующий усилитель, компаратор, интегратор и дифференциатор. Представим принципиальные схемы перечисленных устройств.4.2.2 Схемы на операционных усилителяхНа рисунке 4.2 представлен инвертирующий усилитель. Его выходное напряжение находится по формуле 4.1.(4.1)Рисунок 4.2 – инвертирующий усилительНа рисунке 4.3 представлен неинвертирующий усилитель. Его выходное напряжение находится по формуле 4.2.(4.2)Рисунок 4.3 – неинвертирующий усилительНа рисунке 4.4 представлен интегратор. Его выходное напряжение находится по формуле 4.3.(4.3)Рисунок 4.4 – интеграторНа рисунке 4.5 представлен дифференциатор. Его выходное напряжение находится по формуле 4.4.(4.4)Рисунок 4.5 – дифференциаторНа рисунке 4.6 представлен компаратор. Его выходное напряжение находится по формуле 4.5.(4.5)Рисунок 4.6 – компаратор4.2.3 Принцип работы регулятораДля выполнения лабораторной работы понадобится принципиальная схема регулятора и объекта регулирования, в виде приложений. Описание такженужно для понимания работы САУ.Принципиальная схема БАУ1 представлена на рисунке 4.7.Разгон электровоза производится с помощью регулятора ВИП. Он состоит из интегратора на ОУ А1 и усилителя напряжения и мощности,выполненного на ОУ А3 и транзисторах V14 и V15. Выходное напряжение U40 регулятора является входным напряжением ВИПа. Оно с коллекторатранзистора V15 подаётся на провод Н804.Напряжение на выходе задатчика тока, задает величину пускового или тормозного тока в соответствии с коэффициентом передачи датчиков тока,равного 0,033 В/А, т.е. при UЗ.Т. = 20В заданный ток равен 606 А. Наибольшая величина задатчика тока равна 40 В.Когда контроллер машиниста выключен напряжение задатчика тока Uзт равно нулю. При этом на инвертирующий вход ОУ А1 через резистор R15 идиод V4 подаётся отрицательное напряжение. На выходах ОУ А1 и А3 имеются соответственно положительное и отрицательное напряжение,ограниченное прямым падением напряжения на диодах V11 и V13.Отрицательное напряжение на выходе ОУ А3 приводит к запиранию транзисторов V14 и V15.При выключенном КМ, когда Uзт = 0 и Uзз = 0 на И­вход А5 подаётся отрицательное напряжение через диод V16 и резистор R63. При этом на выходеА5 поддерживается положительное напряжение, которое запирает диод V9.При увеличении Uзз с помощью делителя R42 и R45 половина положительного напряжения от провода Н801 подаётся на Н­вход А5, что такжеспособствует поддержанию на его выходе положительного напряжения.При повороте ЗТ на проводе Н804 появляется положительное напряжение Uзт, которое через R2 и R10 подаётся на И­вход А1. Одновременнозапирается диод V4, так как на средней точке делителя R15–R16 отрицательное напряжение изменяется на положительное. Под действием входногонапряжения Uзт А1 начинает интегрировать. На его выходе появляется возрастающее отрицательное напряжение, которое усиливается инвертором,состоящим из ОУ А3 и транзисторов V14 и V15. На коллекторе транзистора V15 появляется положительное напряжение U40 увеличивающееся поабсолютной величине, в R30\R29=100\20=5 раз. Это напряжение является входным напряжением БУВИПа и приводит к появлению тока в ТЭД.Ток наиболее нагруженного двигателя соответствует отрицательному напряжению – Uтmax, которое выделяется в БИ. По проводу С400 оно через R2 иR10 оно подаётся на И­вход А1. Когда Uтmax по абсолютной величине сравняется с Uзт, то установится заданное значение тока ТЭД, которое будетподдерживаться неизменным до выхода на заданную зону регулирования, обусловленную напряжением Uзз.Фиксация зоны регулирования. Когда с ростом U40 падение напряжения на R39, равное напряжению на И­входе А5, несколько превзойдёт падениенапряжения на R42, которое равно напряжению на его Н­входе, то есть, когда изменится знак дифференциального входного напряжения, товыходное напряжение ОУ А5 изменится с положительного на отрицательное. Поэтому откроется диод V9 и через R23 начнётся резкоеразинтегрирование А1. В результате U40 немного уменьшится, и восстановятся прежние полярности на входах А5. Далее процесс будет повторяться,за счёт чего U40 ,будет стабилизировано.Модель регулятора и объекта регулирования полностью построена на операционных усилителях К140УД7. Помимо этого в схеме используются диодыКД509А. Марки транзисторов указаны в приложении к лабораторной работе.Принципиальная схема модели ТЭД представлена на рисунке 4.8.4.2.4 Порядок работы в MultisimС рабочего стола запустить программу NI Multisim 14.0. В открывшемся окне найти вкладку «Вставить» далее выбрать «Компонент», раскроется окно сбазой данных компонентов. Данная последовательность представлена на рисунке 4.9.Рисунок 4.9 – вкладка «Вставить»Далее необходимо найти подобранные аналоги и разместить их в рабочем поле листа. Рабочее поле листа с окном выбора компонентов представленона рисунке 4.10.Рисунок 4.10 – Рабочее поле листа и окно компонентовПосле размещения всех нужных компонентов их необходимо в правильном порядке соединить, как представлено на рисунке 4.7 и 4.8. Далеезапускаем схему с помощью кнопки RUN на панели запуска. Панель запуска представлена на рисунке 4.11.Рисунок 4.11 – панель запуска эмуляции4.3 Лабораторная работа «Изучение работы системы автоматического регулирования тока ТЭД в режиме тяги в пакете Multisim»Цель работы: Изучить процесс регулирования тока ТЭД, научится работать в САПР Multisim.Ход работы:Подобрать аналоги российским элементам схемы из базы данных САЕ пакета;Собрать схемы, изображенные на рисунках 4.7 и 4.8;Сымитировать разгон электровоза по приведенному в пункте 6.2.3 теоретическому материалу;Снять показания на выходе магнитного потока;http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=119/2020.06.2016АнтиплагиатПолученные данные свести, в таблицу 4.1;По полученным данным построить характеристику намагничивания;Дать вывод о соответствии магнитных параметров реальной и имитационной модели.Ток якоря тягового двигателя в модели имитируется напряжением, в соотношении 1В на каждые 30,3А.Таблица 4.1 – Исследуемые параметрыtUПАСП.UiUфIФ00101802035030480Продолжение таблицы 4.1406245068960747Величина магнитного потока определяется по формуле 4.6.(4.6)где кф – коэффициент масштабности по потоку, принимаем кф = 10.Коэффициент масштабности по току принимаем ki = 200.Вопросы на защиту:Как осуществляется разгон электровоза?Для чего мы сравнивали магнитные характеристики?Принцип работы операционного усилителя?Какой коэффициент усиления ОУ в модели магнитного потока?Каким классом характеризуется имеющаяся САР?4.4 Лабораторная работа «Изучение работы системы http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.24068897&repNumb=120/20.

Характеристики

Список файлов ВКР