книги / Системы управления электроприводом

12.Микродвигатель, использованный в качестве механической нагрузки.

13.Маховик для увеличения инерционности микропривода.

14.Датчик скорости вращения.

Порядок выполнения работы

иметодические указания

1.Изучить «Руководство пользователя» NI ELVIS II (входит

вкомплект поставки NI ELVIS II) [13].

2.Ознакомиться с теоретическими материалами по теме, чтобы четко представить задачу, которую надо выполнить.

3.Установить плату МИКРОПРИВОД на рабочую станцию следующим образом:

– поместить плату МИКРОПРИВОД над рабочей станцией лицевой стороной вверх, приставив ламельные контактные площадки на плате к соответствующему разъему рабочей станции;

– слегка покачивая плату МИКРОПРИВОД влево-вправо, осторожно ввести контактные площадки в разъем на рабочей станции. При этом пластмассовые скобы на рабочей станции должны войти

вкрепежные отверстия на противоположной стороне платы МИКРОПРИВОД. Не следует применять силу в случае, если плата будет входить вразъем рабочейстанциис затруднением.

4.Подключить источник питания к плате (входит в комплект поставки платы МИКРОПРИВОД).

5.Включить питание рабочей станции NI ELVIS II при помощи выключателя, расположенного на торце устройства в задней части платформы NI ELVIS II. Сначала должен загореться желтый светодиод USBActive, затем через несколько секунд (когда компьютер распознает устройство) он потухнет и загорится желтый светодиод USBReady. Если светодиод USBReady не загорелся, то это означает, что на прибор не поступает напряжение питания. Проверить исправность шнура и сетевой розетки, убедиться в исправности блока питания(горит зеленыйсветодиод наблокепитания).

21

6. Для корректной работы лабораторного стенда установить программное обеспечение, поддерживающее работу аппаратной платформы NI ELVIS II, а также программное обеспечение для проведения лабораторных работ.

Для установки программного обеспечения National Instruments необходимо произвести следующие действия:

–войти в систему как администратор или как пользователь

справами администратора;

–убедиться, что в настройках операционной системы MS Windows включена поддержка вывода русских символов для программ, не использующих Unicode;

–вставить диск с программным обеспечением в привод компьютера. Если диалоговое окно мастера установки не запустилось автоматически, запустить его двойным щелчком по файлу setup.exe на диске. После появления на экране диалогового окна следовать инструкциям мастера установки;

–щелкнуть по кнопкеFinish длявыхода из мастераустановки;

–завершив установку программного обеспечения National Instruments, перезагрузить компьютер.

Далее необходимо установить с компакт-диска следующее программное обеспечение:

–программу проведения опытов по микроприводу (запустить setup.exe и следовать инструкциям инсталлятора);

–программу Adobe Acrobat Reader.

Для того чтобы иметь возможность сохранения результатов лабораторных работ в формате MS Excel, на том же персональном компьютере должен быть установлен программный пакет MS Office (не входит в комплект поставки).

Завершив установку программного обеспечения, перезагрузить компьютер.

7. Для всех лабораторных работ, проводимых без маховика, маховик должен быть снят с вала двигателя, помещен на держатель и закреплен фиксирующим винтом.

22

Для установки маховика на вал двигателя снимите прозрачный защитный кожух, ослабьте фиксирующий винт, переместите маховик с держателя на вал двигателя и закрепите фиксирующим винтом.

Для установки маховика на ось держателя ослабьте фиксирующий винт, переместите маховик с вала двигателя на ось держателя и закрепите фиксирующим винтом.

При выполнении определенных лабораторных работ возникнет необходимость зафиксировать маховик в неподвижном положении. Для этого установите маховик на вал двигателя, закрепив его фиксирующим винтом, затем застопорите его стопорным винтом, введя последний в отверстие стопорного винта на маховике. Установите прозрачный защитный кожух.

Примечание: все действия, связанные с установкой на вал, фиксацией или снятием маховика, необходимо производить при выключенных электродвигателях (ключи К1 и К2 на лицевой панели должны быть разомкнуты). Нельзя касаться маховика в процессе вращения. В процессе проведения любой лабораторной работы маховик или открытый конец вала, на который устанавливается маховик, должен быть защищен прозрачным кожухом.

8. В соответствии с методикой синтеза контуров регулирования СУЭП, приведенной в «Руководстве пользователя» NI ELVIS II, рассчитать значения параметров аналоговых регуляторов и установить вручную с помощью переключателей на плате значения этих параметров.

9.Оценить реакцию замкнутой СУЭП на ступенчатое изменение задающего и возмущающего воздействий. Зафиксировать полученные результаты в формате MS Excel.

10.Составить отчет о лабораторной работе.

Содержание отчета:

1. Титульный лист, отвечающий требованиям к оформлению лабораторных работ, представленным на сайте кафедры МСА.

23

2.Обобщенная функциональная схема СУЭП на аппаратной основе рабочей станции NI ELVIS II.

3.Структурная схема двухконтурной СУЭП с соподчиненными контурами аналогового регулирования тока якоря и скорости двигателя.

4.Принципиальная электрическая схема системы управления с аппаратно реализованными регуляторами тока якоря и скорости двигателя.

5.Расчет значений параметров аналоговых регуляторов тока якоря и скорости двигателя.

6.Реакции замкнутой СУЭП на ступенчатое изменение задающего и возмущающего воздействий.

7.Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

1.Функциональная и структурная схемы СУЭП, краткая характеристика ее основных аппаратных модулей.

2.Порядок выполнения лабораторной работы, меры безопасности.

3.Принципиальные схемы контурных регуляторов на базе операционных усилителей; методика расчета их параметров.

4.Основные положения принципа подчиненного регулирования координат электропривода; достоинства и недостатки этого подхода.

5.Типовая методика структурно-параметрического синтеза контурных регуляторов СУЭП.

6.Типовые настройки контуров регулирования СУЭП и прямые оценки качества регулирования тока якоря и скорости двигателя.

7.Результаты экспериментальных исследований СУЭП на основе данных лабораторной работы. Выводы о показателях качества регулирования СУЭП и их соответствии расчетным значениям согласно теории структурно-параметрического синтеза.

24

Лабораторная работа № 3 Исследование программно-аппаратурной реализации СУЭП на основе стендов МИК-1

фирмы National Instruments

Цель работы – ознакомление студентов с рабочей станцией NI ELVIS II и программно-аппаратурным обеспечением стенда для изучения работы микроприводов, приобретение студентами навыков расчетов настроек регуляторов и параметрирования контроллера, а также изучение характеристик САУ и микродвигателей постоянного тока в качестве объекта регулирования.

Краткие теоретические сведения и описание работы

Эта работа также выбирается из лабораторного практикума по микроприводам постоянного тока, разработанного с использованием технологии виртуальных приборов в графической среде программирования NI LabVIEW на аппаратной основе рабочей станции NI ELVIS II и специальной платы для изучения работы микроприводов [13]. Основные сведения об аппаратурном обеспечении и подключении платы МИКРОПРИВОД к базовой станции NI ELVIS II представлены в теоретическихсведениях кработе № 2.

При программно-аппаратном варианте СУЭП все действия по выполнению лабораторных работ и настройке цифровых регуляторов осуществляются в программном обеспечении. На мониторе отображается вся необходимая информация, приводятся пошаговые инструкции по проведению лабораторных работ.

Студент работает с программным обеспечением практикума, запускаемым на персональном компьютере. Выбранная работа запускается через меню программы. Перед началом работы студент должен зарегистрироваться, введя свои имя, фамилию, группу. После завершения лабораторной работы эти данные могут быть сохранены и распечатаны вместе с результатами проведенных экспериментов. Ниже приведены основные сведения по программным опциям меню программы.

25

На вкладке «Описание» приводятся теоретические материалы по изучаемой теме, а также электрические схемы подключений для проведения данной лабораторной работы и общие рекомендации по проведению опыта.

На вкладке «Проведение опыта» имеются:

–кнопки для управления лабораторной работой;

–схема электрических подключений лабораторной работы с интерактивными коммутирующими ирегулирующими элементами;

–стрелочные и цифровые индикаторы, осциллограммы, графики и таблицы с результатами опыта.

Кнопки управления лабораторной работой предназначены для выполнения следующих операций:

–кнопка «Старт» предназначена для приведения электрической мнемосхемы в активное состояние;

–кнопка «Новый сеанс» предназначена для обновления по-

лей таблицы и вычерчивания новых графиков при переходе

кследующей стадии лабораторной работы;

–кнопка «Пауза» приостанавливает проведение работы, сигналы задания обнуляются, и электродвигатели выключаются. Для продолженияработынеобходимо нажать кнопку «Продолжить»;

–кнопка «Сброс» приостанавливает проведение работы, сигналы задания обнуляются, и электродвигатели выключаются. Система приводится на исходное состояние;

–кнопка «Измерить» предназначена для измерения соответствующих параметров и их отображения в таблице и на графике;

–кнопка «Отменить» предназначена для удаления неудачных измерений из таблицы и графика и действует в пределах одного сеанса;

–кнопка «Калькулятор» вызывает стандартную программу Calculator для того, чтобы студент мог произвести необходимые вычисления;

–кнопка «Сохранить» предназначена для сохранения данных, полученных при выполнении лабораторной работы, даты и времени ее проведения, а также образа соответствующей лице-

26

вой панели. При нажатии кнопки «Сохранить» на основании регистрационных данных и наименования проведенной лабораторной работы формируется название файла, который сохраняется

вMyDocuments\Microdrives\;

–кнопка «Выход» предназначена для выхода из текущей лабораторной работы и возвращения в главное меню. Рекомендуется нажимать еетолько посленажатия кнопки «Пауза» или «Сброс»;

–кнопки К1 и К2 предназначены для активации регуляторов напряжения двигателей.

В правом верхнем углу всех графиков и осциллограмм расположена панель с палитрой инструментов выбора масштаба.

Нажатие первой пиктограммы (с изображением крестика) блокирует действие остальных двух кнопок.

Нажатие третьей пиктограммы (с изображением ладони) позволяет перетягивать график при помощи курсора мыши влево, вправо, вверх и вниз для выбора интересующей области.

При нажатии на среднюю пиктограмму (с изображением увеличительного стекла) открывается меню выбора типа развертки (масштаба).

Порядок выполнения работы

иметодические указания

1.Изучить «Руководство пользователя» NI ELVIS II (входит

вкомплект поставки NI ELVIS II).

2.Ознакомиться с теоретическими материалами по теме, чтобы четко представить задачу, которую надо выполнить.

3.Установить плату МИКРОПРИВОД на рабочую станцию

всоответствии с рекомендациями в работе № 2.

4.Включить питание рабочей станции NI ELVIS II и проконтролироватьсостояние светодиодных индикаторов(работа№ 2).

5.Установить программное обеспечение, поддерживающее работу аппаратной платформы NI ELVIS II, а также программное обеспечение для проведения лабораторных работ (работа № 2).

27

6.Придерживаться приведенных в работе № 2 рекомендаций по установке маховика на вал привода и снятию с него.

7.Установить прозрачный защитный кожух.

8.В соответствии с методикой синтеза контуров регулирования СУЭП, приведенной в «Руководстве пользователя» NI ELVIS II, рассчитать и ввести значения параметров цифровых регуляторов.

9.Оценить реакцию замкнутой СУЭП на ступенчатое изменение задающего и возмущающего воздействий. Зафиксировать полученные результаты в формате MS Excel.

10.Составить отчет о лабораторной работе.

Содержание отчета:

1.Титульный лист, отвечающий требованиям к оформлению лабораторных работ, представленным на сайте кафедры МСА.

2.Обобщенная функциональная схема СУЭП на программ- но-аппаратной основе рабочей станции NI ELVIS II.

3.Структурная схема двухконтурной СУЭП с соподчиненными контурами дискретного регулирования тока якоря и скорости двигателя.

4.Расчет значений параметров дискретных (цифровых) регуляторов тока якоря и скорости двигателя.

5.Реакции замкнутой СУЭП на ступенчатое изменение задающего и возмущающего воздействий.

6.Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

1.Функциональная и структурная схемы СУЭП, краткая характеристика ее основных программно-аппаратных модулей.

2.Порядок выполнения лабораторной работы, меры безопасности.

3.Основные положения принципа подчиненного регулирования координат электропривода, достоинства и недостатки этого подхода.

28

4.Типовая методика структурно-параметрического синтеза контурных регуляторов СУЭП, основанная на «переоборудовании» аналоговых регуляторов.

5.Дискретные передаточные функции и параметры контурных регуляторов СУЭП; методика расчета их параметров.

6.Метод прямоугольников и метод трапеций при «переоборудовании» аналоговых регуляторов в дискретную форму.

7.Типовые настройки контуров регулирования СУЭП и прямыеоценки качества регулирования вкаждом случае.

8.Результаты экспериментальных исследований СУЭП на основе данных лабораторной работы. Выводы о показателях качества регулирования СУЭП иих соответствиирасчетным значениям.

Лабораторная работа № 4 Исследование электроприводных систем «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока» (Стенд «ТП – ДПТ – нагрузка»)

Цель работы – ознакомление студентов с электроприводной системой «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока», устройством, техническим описанием и инструкцией по эксплуатации электропривода Simoreg фирмы Siemens, приобретение студентами практических навыков по настройке контурных регуляторов тиристорных электроприводов постоянного тока в структуре систем подчиненного регулирования координат.

Краткие теоретические сведения

иописание работы

Впромышленно применяемых электроприводах постоянного тока наиболее важной задачей является регулирование угловой скорости электропривода. Наибольшее распространение для решения такой задачи получила система управления электроприводом, выполненнаяпо принципу подчиненногорегулирования координат.

29

Системы подчиненного регулирования используют последовательную коррекцию свойств объекта. В общем случае структурная схема многоконтурной системы строится по иерархическому принципу с промежуточным регулированием переменных х1, х2 … на уровне соответствующих заданных значений хз,1 и хз,2, как это показано на рис. 2.4. При этом число контуров регулирования, как правило, от двух до четырех.

Рис. 2.4. Структура системы подчиненного регулирования

Для двухконтурной системы подчиненного регулирования структурная схема состоит из регуляторов с передаточными функциями Wр,1 и Wр,2 и объекта регулирования с последовательно соединенными передаточными функциями WОУ,1 и WОУ,2.

При этом объект регулирования включает в себя набор динамических звеньев, которые имеют инерционности, компенсируемые регуляторами, а также некомпенсируемые инерционные составляющие (малые постоянные времени). Наличие этих некомпенсируемых составляющих в большинстве случаев обусловлено особенностями технической реализации конкретной системы и свойственно датчикам тока и скорости электропривода и силовому полупроводниковому преобразователю.

Структурная схема электропривода, построенная по системе «тиристорныйпреобразователь– двигатель», изображенанарис. 2.5.

На этой схеме приняты следующие обозначения: КРТ, КРС – замкнутые контуры регулирования соответственно тока и скорости; WЯЦ – передаточная функция якорной цепи (ЯЦ); WМЧ – передаточная функция механической части (МЧ) электропривода; WТП – передаточная функция тиристорного (транзисторного) пре-

30