ДП.190301.65.К08-Л-031ПЗ (1230861), страница 3
Текст из файла (страница 3)
для моделирования процессов и расчета электронных устройств на аналоговых и цифровых элементах. Большой выбор виртуальных генераторов, осциллографов.
Особенностью данной программы является присутствие контрольно-измерительных приборов, по наружному виду и характеристикам схожие с аналоговыми приборами используемыми при разработке и создании схем. Данная программа довольно проста, легко осваивается и удобна в работе. После составления схемы можно наглядно посмотреть ее работу путем нажатия одной кнопки.
Multisim 12 – одна из последних версий программного обеспечения схемотехнического проектирования и моделирования. Программное обеспечение Multisim предлагает подойти с графический точки зрения к изучению и графическому моделированию и позволяет уйти от употребления традиционных методов моделирования схем, и обеспечивающий преподавателей, студентов и профессионалов мощным инструментом для оценки и создания схем.
Multisim 12 позволяет специалистам оптимизировать собственные проекты, снизить число ошибок при разработке. В сочетании с новым N1 Ultiboard 12 - программным снабжением для разработки топологии печатных плат, Multisim являет собой платформу сквозного проектирования. Тесная интеграция со средой графической разработки N1 Lab VIEW позволяет специалистам различного уровня внедрять собственные алгоритмы анализа и улучшать верификацию своих проектов.
Уже многие университеты и технические колледжи перешли на платформу Multisim благодаря тому что на данной платформе имеется множество интерактивных компонентов, возможности контроля и снятия показаний с измерительных приборов в процессе моделирования схем, а еще благодаря возможности проведения измерений аналоговых и цифровых сигналов.
Одним из основных отличий Multisim 12.0 Professional Edition от других сред моделирование - комфорт и простота. В комплект инструментов моделирования входят настраиваемые процедуры оценки на языке N1 Lab VIEW и обычные средства SPICE.
Разработка системы выполняется на основе цифровых микросхем, так как цифровые регуляторы обеспечивают реализацию высоких показателей надежности, качества регулирования, расширение функциональных возможностей при ограниченных габаритах и потребляемой мощности, а также повышение технико-экономической эффективности автоматических систем. Поэтому исследование таких регуляторов в учебном процессе является наиболее перспективным.
В качестве основы для системы выбирается четырёхразрядный регулятор скорости. Четырёхразрядный цифровой код обеспечивает наглядность работы системы при неплохой точности регулирования. Немаловажным аспектом при выборе именно четырехразрядной системы является её небольшая требовательность к ресурсам вычислительной машины, в отличии от систем с более высокой разрядностью.
Для исследования работы системы выбираются такие же контуры регулирования, как и в САУ электровоза ВЛ65, два замкнутых контура регулирования: по току, и по скорости. При этом схема САУ упрощается: из схемы исключаются контуры обнаружения боксования и юза, а также блок токовой защиты, так как они не имеют большой ценности при исследовании цифровой системы автоматического регулирования в учебном процессе.
2 РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ
2.1 Разработка функциональной схемы САР скорости
На рисунке 2.1 представлена функциональная схема системы автоматического регулирования скорости двигателя. Функциональные связи в схеме разделены на 3 типа:
- цифровой четырёхразрядный сигнал;
- аналоговый сигнал;
- импульсный сигнал.
Система состоит из следующих функциональных блоков:
- Блок задатчиков (БЗ), который содержит задатчик скорости;
- Блок автоматического управления (БАУ), осуществляющий управление выпрямителем, и поддерживающий заданное значение скорости тягового электродвигателя.
- Блок нагрузки (БН) содержит силовые элементы схемы, включая выпрямитель и тяговый электродвигатель.
- Блоки индикации и осциллографы, необходимые для индикации значений тока и скорости, а также для снятия исследуемых показаний.
Ниже подробно рассматриваются составные элементы функциональных блоков, их работа, и назначение. Так, в состав блока задатчиков входят следующие элементы: Задатчик скорости необходим для задания скорости, которую система будет поддерживать при заданном токе. Конструктивно и функционально задатчик скорости аналогичен задатчику тока. С выхода задатчика скорости цифровой сигнал поступает на эелемент сравнения скорости (ЭСС) и блок индикации скорости (БИ-С).
Показания о текущей скорости принимаются от датчика-преобразователя скорости (ДПС) и сравниваются с сигналом заданной скорости от задатчика скорости (ЗС) Регулятор тока (РТ) осуществляет выдачу управляющего воздействия на узел фазового регулирования (УФУ) в зависимости от результата измерений рассогласования между заданной величиной тока, и фактической. При отрицательной разности регулятор увеличивает управляющее воздействие. Если разность между заданной величиной тока и фактической положительна -управляющее воздействие уменьшается. Помимо узла фазового регулирования с выхода регулятора тока снимается аналоговый сигнал для отображения величины
Рисунок 2.1- Функциональная схема САР скорости двигателя
управляющего воздействия на осциллографе XSC2. Управляющее воздействие от регулятора тока к узлу фазового регулирования передаётся в виде четырёхразрядного цифрового сигнала. Также на вход регулятора тока поступают тактовые импульсы от узла синхронизации с сетью (УСС). Узел фазового регулирования (УФУ) необходим для формирования импульсов регулирования определенно
го угла открытия тиристоров выпрямителя в зависимости от величины управляющего воздействия, полученной от регулятора тока. Кроме этого в данном узле осуществляется двухпозиционное регулирование по скорости. Сигнал управляющего импульса передаётся на один из входов осциллографа XSC2 для наблюдений. Генератор изменяющегося кода (ГИК) предназначен для генерации кода, изменяющегося от максимального значения до минимального за полупериод. Это необходимо для работы узла фазового регулирования. Таким образом обеспечивается выдача только одного управляющего импульса за полупериод. Код генерируется с шагом, соответствующим количеству тактовых импульсов, поступающих на вход генератора от узла синхронизации с сетью. Также осциллографом XSC2 снимаются показания данного кода. Узел распределения импульсов (УРИ) осуществляет распределение импульсов по плечам тиристоров выпрямителя с необходимой очередностью. Распределение осуществляется под воздействием сигнала, поступающего от узла синхронизации с сетью. Узел синхронизации с сетью (УСС) необходим для распределения импульсов по тиристорам выпрямителя в зависимости от полупериода. Кроме этого, данный узел обеспечивают необходимую разрядность, и обеспечивает синхронную работу всех узлов системы. Узел синхронизации с сетью генерирует 3 типа импульсов:
- импульс, длиной в полупериод, генерируется только в положительный полупериод напряжения сети, необходим для распределения импульсов по тиристорам выпрямителя;
- импульс, генерируемый в начале каждого полупериода, необходим для работы генератора изменяющегося кода, обеспечивая максимальное значение кода в начале полупериода;
- тактовые импульсы, за полупериод генерируется 16 тактовых импульсов, что обеспечивает необходимую разрядность системы, а также синхронную работу узла регулятора тока и генератора изменяющегося кода.
Чувствительный эелемент (ЧЭ) служит для снятия показаний текущего значения тока якоря тягового электродвигателя, и преобразования его в четырёхразрядный цифровой сигнал. Это значение цифрового кода поступает на элемент сравнения тока, где сравнивается со значением заданного тока. Также сигнал значения текущего тока якоря поступает на индикаторы блока индикации тока (БИ-Т). Датчик-преобразователь скорости (ДПС) конструктивно и функционально аналогичен чувствительному элементу. Значение текущей скорости с ДПС поступает на вход элемента сравнения скорости (ЭСС) и на индикаторы блока индикации скорости (БИ-С).
Блок нагрузки (БН) включает в себя контактную сеть (КС), обеспечивающую питание тягового двигателя (ТЭД) через трансформатор (Т) и выпрямитель (В). Также напряжение контактной сети поступает на вход узла синхронизации с сетью для определения положительности полупериода. Трансформатор (Т)
обеспечивает питание выпрямителя (В) с нулевым выводом от контактной сети. Выпрямитель (В) обеспечивает регулирование напряжения, подаваемого на тяговый двигатель (ТЭД), в зависимости от величины управляющего воздействия регулятора тока. От Узла распределения импульсов на тиристоры выпрямителя подаются управляющие импульсы, необходимые для открытия тиристоров, и обеспечения фазового регулирования. Тяговый электродвигатель с последовательным возбуждением (ТЭД) является объектом регулирования. Также с него снимаются показания тока якоря, и скорости вращения, необходимые для осуществления обратной связи системы автоматического регулирования.
Блоки индикации (БИ-Т, БИ-С) необходимы для индикации заданного и текущего значений тока и скорости. Каждый блок содержит 8 индикаторов, 4 из которых показывают заданной значение тока или скорости, а другие 4 - текущее значение. Входы блока индикации тока (БИ-Т) соединены с выходами задатчика тока (индикация заданного значения), и выходами чувствительного элемента (индикация текущего значения). Входы блока индикации скорости (БИ-С) с выходами задатчика скорости и датчика-преобразователя скорости соответственно.
Четырёхканальные осциллографы XSC1 и XSC2 необходимы для снятия показаний и демонстрации работы системы. Осциллограф XSC1 демонстрирует работу силовой части системы: он снимает показания напряжения, подаваемого на тяговый двигатель выпрямителем (В), текущий ток якоря двигателя, а также текущей скорости вращения двигателя. Из четырёх входов осциллографа используются 3. На вход «А» поступает сигнал, соответствующий текущему току якоря двигателя. На вход «В» подается сигнал, соответствующий напряжению, поступающему на тяговый двигатель от выпрямителя. На вход «С» поступает сигнал с тахогенератора двигателя, соответствующий скорости вращения. Осциллограф XSC2 необходим для отображения процессов, происходящих при регулировании тока в цифровой части системы: он снимает показания изменяющегося кода (от ГИК), управляющего воздействия регулятора тока (РТ), а также сигнал управляющего импульса, от узла фазового регулирования (УФУ). В XSC2 также используются 3 канала. На вход «А» поступает значение изменяющегося кода от генератора изменяющегося кода. На вход «В» подается сигнал управляющего воздействия с регулятора тока (РТ). На вход «С» поступают импульсы управления, от узла фазового управления (УФУ).
2.2 Работа САР в режиме поддержания скорости
Система автоматического регулирования скорости вращения якоря тягового электродвигателя является двухконтурной, с двумя замкнутыми контурами регулирования.
Контур регулирования скорости движения образован следующими функциональными блоками и элементами:
- задатчик скорости (ЗС);
- элемент сравнения скорости (ЭСС);
- узел фазового управления (УФУ);
- узел распределения импульсов (УРИ);
- выпрямитель (В);
- тяговый электродвигатель (ТЭД);
- датчик-преобразователь скорости (ДПС);
- элемент сравнения скорости (ЭСС);
В контуре регулирования скорости для получения информации о фактическом значении скорости вращения якоря имеется цепь обратной связи ДПС - ЭСС.
Регулирование по скорости является двухпозиционным. Значение заданной величины скорости КУз, полученной от задатчика скорости (ЗС) поступает на вход элемента сравнения скорости (ЭСС), где сравнивается с фактическим значением скорости Kv, полученным от датчика-преобразователя скорости (ДПС). Если разность заданного и фактического значения скорости Клу положительна, то на вход узла фазового регулирования (УФУ) поступает сигнал, разрешающий выдачу импульсов управления Uca на тиристоры выпрямителя, что позволяет выполнять регулирование по току по принципу, описанному выше. Если фактическая скорость больше заданной, то импульсы на вход УФУ от элемента сравнения скорости (ЭСС) не поступают, и подача управляющих импульсов UCa на тиристоры прекращается до снижения скорости до достижения значения фактической скорости меньше заданного. Когда фактическая скорость вновь становится меньше заданной, ЭСС снова начинает подавать сигнал на УФУ, разрешающий регулирование по току. Значение текущей скорости вращения якоря V снимается со встроенных тахогенераторов тягового электродвигателя (ТЭД), и поступает на вход датчика-преобразователя скорости (ДПС), который преобразует это значение в четырёхразрядный двоичный код Ку, и подаёт этот код на элемент сравнения скорости (ЭСС), где он сравнивается с заданным значением скорости KV3. Величина заданного и текущего значений скорости контролируется по индикаторам блоков индикации скорости (БИ-С), на которых значение тока представлено в виде четырёхразрядного двоичного кода. Включенное состояние индикатора соответствует о наличии логической единицы в данном разряде, отключенное - наличию логического нуля.
Показания изменяющегося кода Ки от ГИК, управляющего воздействия ju от РТ, а также управляющих импульсов UCa от УФУ непрерывно снимаются и отображаются на экране осциллографа XSC2 в реальном времени. Также, на экране осциллографа XSC1 отображаются значения напряжения U& тока /, и скорости V вращения ТЭД.
2.3 Диаграммы работы узлов САР
Рисунок 2.2 - Диаграммы работы САР
На рисунке 2.2 изображены диаграммы работы узлов системы автоматического регулирования тока и скорости двигателя. Масштаб времени t для всех значений и узлов одинаковый. Масштаб значений является условным, и не соответствует реальным величинам. Данное упрощение принимается для возможности отображения всех необходимых величин на одном графике, что обеспечивает максимальную наглядность, и формирует быстрое понимание работы системы автоматического регулирования.
- заданный ток К1з;
- заданная скорость КУз;
- убывающий код Ки;
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
