ПЗ (1230312), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Последостижения заданной скорости движения САР начинает работать как двухконтурная. В тот момент, когда сигнал Iз с выхода регулятора скорости РСстанет меньше сигнала Iззадот задатчика тока ЗТ, на выходе логическойсхемы ИЛИmin1 будет присутствовать сигнал Iз с выхода регулятора скоростиРС, определяющий задание тока якоря ТЭД для заданной скорости, то естьСАР переходит в режим стабилизации скорости.
В этом режиме задание тока якоря определяется регулятором скорости РС. Таким образом, регуляторскорости РС выполняет функцию автоматического задатчика тока якоря ТЭДдля контура регулирования тока якоря, когда фактическая скорость движения приближается к заданной скорости движения электровоза. После достижения заданной скорости движения САР начинает работать как двухконтурная [14].При равенстве фактической и заданной скорости движения электровозарассогласование по скорости ΔV равно нулю и сигнал Iз с выхода регулятораскорости РС также равен нулю.
Так как сигнал от задатчика тока ЗТ не мо-ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист26жет быть равен нулю, то минимальным сигналом в этом случае являетсясигнал от РС, который проходит на выход логической схемы ИЛИ min1 , определяя нулевое значение тока якоря ТЭД для САУ, система автоматики «зарегулирует» ток якоря до нуля.При изменении значения заданной скорости движения Vзад работа рассмотренных выше элементов схемы осуществляется аналогичным образом,то есть логическая схема ИЛИmin1 в зависимости от величины выходных напряжений элементов ЗТ и РС определяет задания тока якорей ТЭД для САУ.Сигнал с выхода логической схемы ИЛИmin1, определяющий задание тока якоря ТЭД для контура регулирования тока якоря Iз, поступает на вход задатчика интенсивности ЗИ, который преобразует его в линейно-зависимыйот времени выходной сигнал, то есть обеспечивает плавное нарастание токаякорей ТЭД до заданной величины.Сигнал с выхода задатчика интенсивности ЗИ поступает на вход ограничителя максимального тока якоря ОГР.
Если величина этого сигнала меньшемаксимального значения тока якоря ТЭД, то ОГР пропускает сигнал на выход, в противном случае ОГР ограничивает выходной сигнал на уровне 1450 50 А.Выходной сигнал ограничителя тока якоря ОГР, пропорциональный заданному значению тока якоря Iз зад, поступает на элемент сравнения ЭС2, гдесравнивается с сигналом, поступающим на ЭС2 по цепи обратной связиконтура регулирования тока якоря ДТЯ – БИ-027 и соответствующим фактическому значению тока якоря Iяф ТЭД. Блоки измерения БИ-027 выделяютсигнал, пропорциональный току якоря наиболее нагруженного ТЭД.
Такимобразом, в режиме тяги поддержание заданного тока якоря ведется по наиболее нагруженному ТЭД [14].Элемент сравнения ЭС2 определяет величину рассогласования по токуякоря, то есть разность между сигналом от ОГР, пропорциональным заданному значению тока якоря, и сигналом от БИ-027, пропорциональным фак-ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист27тическому значению тока якоря ТЭД.Сигнал с выхода ЭС2, пропорциональный величине рассогласования потоку якоря, поступает на вход регулятора тока якоря РТЯ, который формирует управляющее воздействие α для автоматического регулирования заданного значения тока якоря. Если величина рассогласования по току якоря равнанулю, то есть заданное значение тока якоря равно фактическому, РТЯ работает как повторитель напряжения и сигнал на его выходе также равен нулю.Контур регулирования тока якоря работает по принципу стабилизации тока.Выходной сигнал регулятора тока якоря РТЯ является управляющим ипоступает на вход согласующего элемента СЭ.
Значение α в СЭ преобразуется в фазу импульсов управления αр и зону N управления ВИП. Здесь жереализуется алгоритм переключения зон регулирования и наложение ограничения на значение фазы αр. Этот сигнал поступает в БУВИП, который всоответствии с управляющим сигналом БАУ, обеспечивает работу электровоза в режиме тяги. Функциональная схема приведена на рисунке 1.7.ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист28ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист29ЗС vзадЗТ I я задКМБДСvфЭС1ΔvРСIзИЛИminЗИIзI я maxΔIαI я maxСЭИЛИminБИ-026БАУРТЯvТГСИЛИmaxIяБУВИПБИ-027NзαрРисунок 1.7 – Функциональная схема САУ в режиме тягиОГРЭС2ТЭДДТЯВИПТ2СОЗДАНИЕВЗАИМОСВЯЗАННОЙМОДЕЛИLABVIEW–MULTISIMТемпы развития компьютерной техники, которая за последнее времяувеличила свою вычислительную мощность в несколько десятков раз, вопрос моделирования сложных комплексов и систем из теоретических становится практическим.
Благодаря развитию программ моделирования появилась возможность применения компьютерного математического моделирования при проектировании новых поколений подвижного состава с принципиально новыми технологиями и оборудованием.Не так давно большинство программ для моделирования базировалисьна обязательном описании создаваемой схемы на внутреннем языке программы. Сейчас большое число средств разработки перешло на визуальноепредставление, как объекты моделирования, так и результаты расчетов. Иесли результаты расчетов не являются новшеством, то возможность представления схем в графическом виде позволяет моделировать значительноболее сложные системы, моделирование которых ограничено мощностьюэлектровычислительных машин и возможностями программ.2.1 Средства математического моделированияВ настоящем существует большое количество программ для моделирования работы электрических машин и электронных компонентов.
К ним относятся: Mathcad, Matlab, ELCUT, StarSim, JMAG, VisSim, LabVIEW.В данном проекте моделирование осуществлялось в программном пакетеMultisim от компании National Instruments.Компания National Instruments была создана в американском городе Остин, штат Техас, тремя основателями в 1976 году – Джефом Кодоски,Джеймсом Тручардом и Биллом Новлинным (Jeff Kodosky, James Truchard,Bill Nowlin). Основной специализацией компании являлись инструменталь-ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист30ные средства для измерений и автоматизации производства [4].Флагманским программным продуктом компании является среда графического инженерного программирования NI LabVIEW.
LabVIEW (LaboratoryVirtual Instrumentation Engineering Workbench) – это среда разработки иплатформа для выполнения программ, созданных на графическом языкепрограммирования «G» фирмы National Instruments. Первая версияLabVIEW для Apple Mac вышла спустя десять лет после создания компании– в 1986 году.
Инженеры National Instruments решили бросить вызов «традиционным» языкам программирования и создали полностью графическуюсреду разработки [12].Основным идеологом графического подхода стал Джефф Кодоски. Изгода в год выпускались обновленные версии программы. Первой кроссплатформенной версией (включая операционную систему Windows) была третьяверсия, выпущенная в 1993 году. На начало 2016 года актуальной являетсяверсия 14.0.Внешний вид окон запуска программ LabVIEW 2013 с установленныммодулем и программой Multisim 13.0 представлен на рисунках 2.1 и 2.2.Рисунок 2.1 – Внешний вид окна запуска программы LabVIEW 2013ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист31Рисунок 2.2 – Внешний вид окна запуска программы NI Multisim 13.0Для объединения возможности моделирования в Multisim, обработки,визуализации и сохранения данных в LabVIEW применяется модуль NI Control Design and Simulation Module (рисунок 2.3).Рисунок 2.3 – Установка модуля NI Control Design and Simulation ModuleДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист32Система управления реализована в программной среде NI LabVIEW, амодель электродвигателя в среде NI Multisim.Модуль представляет собой программную среду, основанную на принципе графического программирования, предназначенную для компьютерного моделирования линейных и нелинейных, непрерывных и дискретных динамических систем.
Для моделирования доступны многие численные методы решения дифференциальных уравнений, различные методы Рунге-Кутта.Интеграция модели NI Multisim в LabVIEW должна проходить в следующем порядке. Сначала, в собранную электрическую схему в Multisimдобавляютсясоединительныеразъемы«Выводиерархическогобло-ка/подсхемы» (Hierarchical connector) (рисунок 2.4).Рисунок 2.4 – Создание соединительного разъема в MultisimВ окне свойств присваивается название этого разъема и задается направ-ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист33ление сигнала на вход или на выход (рисунок 2.5).Рисунок 2.5 – Окно свойств разъема в MultisimЗатем в окно блок-диаграмм среды LabVIEW добавляется цикл «Control& Simulation Loop» и блок «Multisim Design».Математическая модель обязательно должна быть заключена в цикл«Simulation Loop», который во многом похож на обычный цикл «WhileLoop» [13].Цикл «Simulation Loop» продолжает выполнять процесс моделированияпока не пройдет заданное время или не прейдет сигнал логической единицыв блок остановки моделирования «Halt Simulation».
Также необходимо, чтобы все элементы программы, необходимые для работы модели, должны находиться внутри цикла. Данный цикл нужно размещать в под блоки «SubVI» с указанием точек подключения.Вызов окна настройки параметров моделирования производится двойным нажатием кнопки мыши на входной узел управления циклом. На рисунке 2.6 представлено диалоговое окно настроек параметров моделирова-ДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист34ния.В диалоговом окне настраиваются следующие параметры моделирования:- время моделирования «Simulation Time» – настройка промежутка времени решения обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ);Рисунок 2.6 – Окно настройки параметров моделирования- начальное время «Initial Time» – время, с которого начинается решениеОДУ;- конечное время «Final Time» –время окончания ОДУ, при выборе значения «inf» (бесконечность) остановка моделирования произойдет толькоДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист35после подачи сигнала логической единицы на блок «Halt Simulation»;- метод решения «Solver Method»;- решение ОДУ «ODE Solver» – определяет метод решения ОДУ.
Первыечетыре метода являются численными методами решения ОДУ с фиксированным шагом (Fixed-step) [13]:1) Runge-Kutta 1 – метод Эйлера (первого порядка);2) Runge-Kutta 2 – метод Хойна (второго порядка);3) Runge-Kutta 3 – метод Богацкого-Шампена (третьего порядка);4) Runge-Kutta 4 – метод Рунге-Кутта (четвертого порядка).В списке присутствуют методы с переменным шагом (Variable-step):1) Runge-Kutta 23 – одношаговый метод Рунге-Кутта второго и третьего порядка, содержит набор коэффициентов Богацкого-Шампена для решения уравнений второго порядка;2) Runge-Kutta 45 – одношаговый метод Рунге-Кутта четвертого и пятого порядка, содержит набор коэффициентов Дорманда-Принса для решения уравнений четвертого порядка;3) BDF – метод Гира (с первого по пятый порядок) для эффективногорешения жестких задач;4) Adams-Moulton – метод Адамса-Мултона для эффективного и точного решения нежестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений;5) Rosenbrock – метод Розенброка для решения уравнений вторым порядком с оценкой ошибки третьим порядком;6) Discrete State Only – алгоритм с фиксированным размером шага.- начальный шаг моделирования «Initial Step Size» доступен только привыборе метода решения ОДУ с постоянным шагом;- минимальный шаг моделирования «Minimum Step Size» доступен привыборе переменного шага решения ОДУ;- максимальный шаг моделирования «Maximum Step Size» доступен приДП 190301.65.К13-Л-133в.ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист36выборе переменного шага решения ОДУ;- допустимая относительная погрешность «Relative Tolerance» в зависимости от ошибки решения ОДУ изменяет шаг моделирования;- допустимая абсолютная погрешность «Absolute Tolerance» в зависимости от ошибки решения ОДУ изменяет шаг моделирования [13].2.2 Элементы цифровой системы автоматического регулированиятокаВнедрение систем автоматического регулирования электроподвижнымсоставом выдвигает ряд задач, связанных с разработкой и применением новых средств автоматики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
