Презентация на тему Наблюдатель тока нагрузки электродвигателей

воздействию, причем реакция системы на возмущение нагрузкой существенно зависит

от параметров объекта управления. Так для электродвигателей большой мощности при пропорциональном регуляторе скорости статизм системы может превышать 30%. Применение системы с пропорционально-интегральным (ПИ) регулятором уменьшает быстродействие системы управления более чем в два раза, что приводит к большому перерегулированию тока якоря электродвигателя свыше 50% при отработке скачкообразного возмущающего воздействия по нагрузке.

ее быстродействие и уменьшить перерегулирование тока при приложении нагрузки

можно введением компенсирующей обратной связи по току нагрузки, обеспечивая тем самым, согласно [1], упреждающее управление, которое обеспечивает отработку нагрузки с существенно меньшим перерегулированием тока электродвигателя, чем система с ПИ регулятором.
Отсутствие простых, достаточно точных и надежных датчиков для измерения тока нагрузки переводит задачу в разряд трудноразрешимых. В связи с этим, в данной работе для решения указанной проблемы предлагается простой наблюдатель, построенный на основе легко измеряемых и уже применяемых в системе для формирования обратных связей сигналы по току и скорости электродвигателя. Структурная схема наблюдателя для оценки тока нагрузки электродвигателя постоянного тока, приведена на рисунке 1.

скорость вращения вала электродвигателя; IЯ, IС – соответственно полный

и ток нагрузки электродвигателя;
IИ – оценка тока нагрузки наблюдателем;
Wд - передаточная функция механической части электродвигателя;
W1, W2–подлежащие определению динамические звенья наблюдателя;
RЯ – сопротивление якорной цепи электродвигателя;
Кдт, Кдс – коэффициенты преобразования датчиков тока и скорости;

(1) , где
UЯ, Н - напряжение на якоре и номинальная скорость вращения вала.
Для определения передаточных функций звеньев W1, W2 наблюдателя, по структурной схеме на рисунке 1 запишем операторное уравнение, связывающее оценку IИ(р) возмущающего воздействия с его действительным значением IC(p):

() (2) (2)
Оцениваемое значение IИ(р) не должно зависеть от полного тока якоря электродвигателя IЯ(p). Для выполнения этого условия потребуем, чтобы выражение в квадратных скобках было равно нулю:
(3)
тогда соотношение (2) примет вид:
(4)

Получили звено чистого дифференцирования. Следовательно, абсолютная точность оценки тока нагрузки трудноразрешима из-за сложности реализации звена чистого дифференцирования. Для практической реализации заменим это звено дифференцирующим звеном в ограниченном диапазоне частот:
, <<1. (5)

найдем:


Чтобы установить связь оценки тока нагрузки IИ(р) с

действительным его значением IC(p), подставим найденные выражения для W2(p) из соотношения (5) и W1(p) из (6) в соотношение (4):

(7)
Из соотношения (7) следует, что ошибка оценки тока нагрузки тем меньше, чем меньше коэффициент . Согласно [1] для реального дифференцирования достаточно принять =0.2…0.1.
Выполним исследование синтезированного наблюдателя тока нагрузки. Исследования произведем для электродвигателя постоянного тока типа П2-1000-248-14С с номинальными данными [2, с.437, табл. 10.44]: мощность кВт; ток якоря А; частота вращения вала рабочего механизма ; электромеханическая постоянная времени ; сопротивление якорной цепи . Соответствующая модель наблюдателя тока нагрузки приведена на рисунке 2.

ступенчатое со сбросом воздействие, синусоидальное, косинусоидальное, синусоидальное с начальным

фазовым сдвигом. Кроме того, имеется возможность настраивать постоянную времени фильтра, изменяя коэффициент d в звеньях наблюдателя W1 и W2. Однако, необходимо при этом следить за тем, чтобы не нарушалось соотношение
d*Tm>Fixed-step size,
где Fixed-step size – конфигурационный параметр, расположенный в окне Configuration Parameter. Доступ до окна конфигурации осуществляется через последовательность меню: Simulation->Configuration Parameters. Кроме того, Simulink не поддерживает форматирование рисунков для вывода на печать. Чтобы добавить эту возможность воспользуемся компонентом To File, в который записывается матрица данных процессов моделирования.

тока нагрузки Ic и тока Iи, полученной с помощью

наблюдателя при d=0.1 при противоположных фазах тока двигателя Iя. Параметр Fixed-step size принят равным 0.001. Сравнение показывает их хорошую сходимость, которая не зависит от вида тока Iя. Если принять d=0.01 (рисунок 5), то расхождение действительного Ic и оцененного наблюдателем тока Iи становится исчезающим. При этом необходимо установить Fixed-step size =0.0001. Аналогичная картина наблюдается на рисунках 6 и 7, где показаны кривые тока при синусоидальном (рисунок 6) и косинусоидальном токах нагрузки. Отклонение Iи от Iс остается в тех же пределах, что и при ступенчатом характере изменения нагрузки.

d=0.1, прямоугольном импульсе тока нагрузки Ic и синусоидальном токе

Iя

d=0.1, прямоугольном импульсе тока нагрузки Ic и синусоидальном Iя

(в противофазе по отношению к рисунку 4)

d=0.01, прямоугольном импульсе тока нагрузки Ic и синусоидальном токе Iя

d=0.1, синусоидальном токе нагрузки Ic и синусоидальном токе Iя

d=0.1, косинусоидальном токе нагрузки Ic и синусоидальном токе Iя

независимого возбуждения. Схема наблюдателя отличается предельной простотой, высокой точностью

и в силу простоты высокой надежностью.
В данной работе наблюдатель реализован на аналоговой технике. Но его математическую модель, состоящую из двух передаточных функций (4) и (5) не составит труда преобразовать в уравнения состояния (уравнения в форме Коши), а за тем в разностные уравнения по схеме Эйлера, которые легко представить в виде программы на языке си или ассемблера. Последняя задача является предметом отдельной статьи.