Elektromechanikai rendszerek szimulációja

Kandó Polytechnic of Technology Institute of Informatics

Kóré László

Elektromechanikai rendszerek szimulációja

I

Budapest 1997


Mintapéldák és feladatok

Tartalom 1.MINTAPÉLDÁK......................................................................................................................................2 1.1 IDEÁLIS EGYENÁRAMÚ MOTOR FESZÜLTSÉG-SZÖGSEBESSÉG (FORDULATSZÁM) KARAKTERISZTIKÁJÁNAK MEGHATÁROZÁSA .............................................................................................................................................................. 2 1.2 DC MOTOR BEÁLLÁSI IDEJÉNEK MEGHATÁROZÁSA........................................................................................ 3 1.4 A STATIKUS HIBA CSÖKKENTÉSE A KÖRERŐSÍTÉS NÖVELÉSÉVEL........................................................................ 7 1.6KOMPENZÁLÁS...................................................................................................................................... 9 1.7 HATÁROZZA MEG A MÉRÉSVEZETŐ ÁLTAL MEGADOTT PARAMÉTERŰ DC MOTOR FESZÜLTSÉG-SZÖGSEBESSÉG ( FORDULATSZÁM) KARAKTERISZTIKÁJÁT........................................................................................................ 12 1.8 HATÁROZZA MEG A MÉRÉSVEZETŐ ÁLTAL MEGADOTT PARAMÉTERŰ DC MOTOR BEÁLLÁSI IDEJÉT.......................... 12 1.9 HATÁROZZA MEG EGY FORDULATSZÁM-SZABÁLYOZÁSSAL ELLÁTOTT DC MOTOR BEÁLLÁSI IDEJÉT........................ 12 1.10 HATÁROZZA MEG A DC MOTOR FORDULATSZÁM-SZABÁLYOZÁSÁHOZ SZÜKSÉGES KOMPENZÁLÓ ELEMEK ÉRTÉKÉT.. 13 1.11 HATÁROZZA MEG EGY FORDULATSZÁM-SZABÁLYOZÁSSAL ELLÁTOTT DC MOTOR BEÁLLÁSI IDEJÉT ÉS A SZABÁLYOZÁSI HIBÁT, KÜLÖNFÉLE MECHANIKUS TERHELÉSEK ESETÉBEN ................................................................ 14

1



1.Mintapéldák 1.1 Ideális egyenáramú motor feszültség-szögsebesség (fordulatszám) karakterisztikájának meghatározása Például: LV LV

Motor-modell: Motor jellemzői:

..................................................................DC_mot_i RA:............................................................ ___2.5 Ohm LA:.............................................................______2mH KE:............................................................ _____0.015 KT:............................................................ _____0.015 Maximális kapocsfeszültség..................... ______12 V

A kapcsolásban a motor tápfeszültségét egy impulzusgenerátorral hozzuk létre

Például:

2



Az impulzusgenerátor beállításánál a VZERO és a VONE értékeket a motor megengedett feszültség-tartományának megfelelően válasszuk meg. Ha a motor például csak unipoláris feszültséget kaphat és a megengedett maximális feszültség értéke nem lehet nagyobb 12 Volt-nál, úgy az alábbi beállítás célszerű: vzero=0 vone=12 p1=0 p2=10 p3=11 p4=12 p5=20 Végezzük el a tranziens analízist, a p2 időpontig, rajzoltassuk meg a szögsebességkapocsfeszültség karakterisztikát.

1.2 DC motor beállási idejének meghatározása Határozzuk meg az előbbi feladatban szereplő DC motor beállási idejét, figyelembe véve a forgórész és a motor tengelyére kapcsolt mechanikai terhelés inerciáját (tehetetlenségi nyomatékát). Ehhez a vizsgálathoz a motor kapocsfeszültségét egy egyenfeszültség-forrással (Battery) állítsuk be. A kapocsfeszültség szükséges értékét a laborvezető által megadott névleges szögsebesség/névleges fordulatszám érték alapján az előző feladat megoldásaként kirajzoltatott kapocsfeszültség-szögsebesség karakterisztikából kell meghatározni. LV:

Névleges szögsebesség/névleges fordulatszám................ _______400 rad/s Az inercia megadott értéke:............................................. ___________10 u A névleges szögsebességtől/fordulatszámtól megengedett maximális eltérés értéke.................................................................... _________+/- 5 %

3



A leolvasott kapocsfeszültség érték: 6 Volt. Ezt adva a motor bemenetére meghatározható a beállási idő:

4



1.3 Fordulatszám-szabályozással ellátott DC motor beállási idejének meghatározása Ennél a vizsgálatnál is vegyük figyelembe a forgórész és a motor tengelyére kapcsolt

mechanikai terhelés inerciáját (tehetetlenségi nyomatékát). A vizsgálat paraméterei megegyeznek az előző pontban megadottakkal. Szükséges irányítástechnikai elemek : • szabályozó:.............................................Anacntr1 • fordulatszám-mérő (tachométer-generátor)................DC_tachg A szabályozó alkalmazásához meg kell adni az erősítési tényező (A) értékét Válasszuk ezt kiindulásul A=100-ra

5



A fordulatszám-mérő (tachométer-generátor) használatához meg kell adni átalakítási tényezőjét, azaz azt a szorzószámot, amely meghatározza, hogy egységnyi szögsebesség (1 radián/sec) esetén hány Voltos lesz a kimeneti jele. Válasszuk ezt kiindulásul 0.01-nek.

Az alapjelet legegyszerűbben egy egyenfeszültség-forrás (Battery) segítségével állíthatjuk elő. (értéktartó szabályozás). Az alapjel szükséges értékét az előírt fordulatszám illetve szögsebesség és a tachométer generátor átalakítási tényezője ismeretében határozhatjuk meg: Alapjel értéke = Névleges szögsebesség-érték * Átalakítási tényező A szabályozási kör tehát a következő Végezzük el a beállási idő meghatározását:

6



Határozzuk meg a szabályozási eltérés, azaz a statikus hiba értékét:

1.4 A statikus hiba csökkentése a körerősítés növelésével Próbáljuk megnövelni az Anacntr1szabályozó erősítését (A paraméter) mindaddig, amíg a statikus hiba le nem csökken az előírt érték alá: Például LV..........................................................Maximális megengedhető statikus hiba

Növeljük meg az A értékét a tízszeresére: A=1000

7

1%



Ellenőrizzük a szabályozó kimeneti jelét, nem gerjed-e

1.5 Stabilitásvizsgálat Végezzük el a szabályozási kör stabilitásvizsgálatát a Bode-féle stabilitási kritérium alapján. Ehhez nyissuk fel a hurkot, az alapjelet állítsuk 0 Volt értékűre, a bemenetre kapcsoljunk egy (tetszőleges) szinuszos jelforrást.. Például:

Határozzuk meg az átviteli függvényt amplitudó és fáziskarakterisztikáját AC analízissel. Ellenőrizzük, megvan-e a kívánt fázistartalék. 8



LV..........................................................Előírt fázistartalék........

45 fok

1.6Kompenzálás

Ha a szabályozási kör fázistartaléka nem elegendő, kompenzálást kell alkalmazni. Elsőként a mechanikai jellemzők változtatásával hajtsuk ezt végre. Növeljük meg az inercia értékét mindaddig, amíg a Bode-diagram alapján ellenőrizve el nem érjük az előírt fázistartalék értéket.

A megfelelő nagyságú fázistartalék eléréséhez viszont az inercia értékét igen nagyra, jelen példánál a kezdeti 1u érték helyett 140u-ra kellett növelni. Határozzuk meg, hogyan rontotta le az inercia megnövelése a beállási időt: 9



A beállási idő megfelelő értéken tartásához a kompenzálást inkább a szabályozónál végezzük el. Az Anacntr1 szabályozó helyett alkalmazzuk az Anacntr2 szabályozót (lásd. 2. Melléklet). A szabályozó paraméterei: • Erősítés (DC erősítés) • A kompenzáló kapacitás értéke

Határozzuk meg a kapacitás szükséges értékét, és ellenőrizzük a Bode-diagram alapján az előírt fázistartalék értéket.

10


Határozzuk meg a ismét beállási időt:

11




I.

Feladatok 1.7 Határozza meg a mérésvezető által megadott paraméterű DC motor feszültség-szögsebesség ( fordulatszám) karakterisztikáját LV

Motor-modell Motor jellemzők

...............................................DC_mot_i ...............................................vagy________________ RA ......................................... ___________________ LA ..........................................___________________ KE ......................................... ___________________ KT ......................................... ___________________ Maximális kapocsfeszültség...___________________

1.8 Határozza meg a mérésvezető által megadott paraméterű DC motor beállási idejét LV


...............................................DC_mot_i ...............................................vagy________________ RA ......................................... ___________________ LA ..........................................___________________ KE ......................................... ___________________ KT ......................................... ___________________

A forgórész és a terhelés együttes inerciája............___________________ Névleges szögsebesség (fordulatszám)...................___________________ A névleges szögsebességtől (fordulatszámtól) megengedett maximális eltérés (statikus hiba) értéke ............................................. ___________________ 1.9 Határozza meg egy fordulatszám-szabályozással ellátott DC motor beállási idejét LV



A forgórész és a terhelés együttes inerciája............___________________ Névleges szögsebesség (fordulatszám)...................___________________ A névleges szögsebességtől (fordulatszámtól) megengedett maximális eltérés (statikus hiba) értéke ............................................ ___________________

12



Szabályozó típusa ...............................................Anacntr1 A szabályozó beállítható maximális erősítése......... ___________________ Fordulatszám-mérő (tachométer-generátor) típusa ___________________ A szabályozási kör minimális fázistartalék értéke...___________________ H

• Határozza meg az adott típusú szabályozóval elérhető legkisebb statikus hiba értékét. • Határozza meg a beállási időt ilyen paraméter-beállítás esetén.

1.10 Határozza meg a DC motor fordulatszám-szabályozásához szükséges kompenzáló elemek értékét LV



A forgórész és a terhelés együttes inerciája............___________________ Névleges szögsebesség (fordulatszám)...................___________________ A névleges szögsebességtől (fordulatszámtól) megengedett maximális eltérés (statikus hiba) értéke ............................................ ___________________ Szabályozó típusa

• Anacntr2 • Anacntr3 A szabályozó beállítható maximális erősítése......... ___________________ Fordulatszám-mérő (tachométer-generátor) típusa ___________________ A szabályozási kör minimális fázistartalék értéke...___________________ H

• Végezze el a kompenzálást a forgórész inerciájának növelésével, az eredeti

szabályozót (Anacntr1) használva • Határozza meg a beállási időt ilyen paraméter-beállítás esetén. • Végezze el a kompenzálást a kijelölt új szabályozó felhasználásával, ehhez határozza meg a szükséges kompenzáló elem-értéket AC analízissel, a Bodediagram alapján • Határozza meg most is a beállási időt és a statikus hibát.

13



1.11 Határozza meg egy fordulatszám-szabályozással ellátott DC motor beállási idejét és a szabályozási hibát, különféle mechanikus terhelések esetében LV



A forgórész saját inerciája...................................... ___________________ Névleges szögsebesség (fordulatszám)...................___________________ A névleges szögsebességtől (fordulatszámtól) megengedett maximális eltérés (statikus hiba) értéke ............................................ ___________________ Mechanikus terhelés típusa..................................... Inertia Mass_unb és/vagy................................... és/vagy................................... és/vagy................................... és/vagy................................... és/vagy................................... és/vagy................................... A mechanikus terhelés(ek) paraméterei ............................................... ............................................... ............................................... ............................................... ............................................... Szabályozó típusa

• Anacntr2 • Anacntr3 A szabályozó beállítható maximális erősítése......... ___________________ Fordulatszám-mérő (tachométer-generátor) típusa ___________________ A szabályozási kör minimális fázistartalék értéke...___________________ H

• Végezze el a beállási idő és a statikus hiba meghatározását szabályozás

nélküli (nyílthurkú) esetben • Tervezze meg a szabályozási kört a kijelölt új szabályozó felhasználásával. 14



• Biztosítsa az előírt fázistartalékot • Határozza meg most is a beállási időt és a statikus hibát.

15

Elektromechanikai rendszerek szimulációja

Recommend Documents