1

Napęd obcowzbudny z zależnym wzbudzeniem–

model ciągły

Program ćwiczenia

• korzystając z przekadowych programów z ćw_1 (PS_1a, PS_1b) zredagować i uruchomić program symulacyjny napędu obcowzbudnego z zależnym wzbudzeniem,

• sformułować program badań symulacyjnych (cel oraz konkretne dane planowanych

symulacji),

• zrealizować sformułowany program, sformułować wnioski końcowe.

Spis treści

– Schemat blokowy układu sterowania napędem obcowzbudnym z przekształtnikiem

nienawrotnym i nawrotnym (z pominięciem blokady impulsów),

– Parametry modelu,

– Własności dynamiczne (wyniki symulacji)

Schemat blokowy układu sterowania napędem obcowzbudnym

z przeciwrównoległym przekształtnikiem nawrotnym

Ogólny schemat blokowy układu przedstawiono na Rys. 1, a schematy szczegółowe poszczególnych jego części składowych odpowiednio na Rys. 2÷4.

2

mo

uP

v

Obwód

z

Tor

twornika

sterowania

wraz z

v

prędkością

ust

v

przekształ-

wraz z torem

tnikiem

sterowania

i blokiem

prądem

iP

sterowania

iP

twornika

logicznego

Ψ

uP

Układu

iP

regulacji

prądu

iw

wzbudzenia

wraz z torem

EN

odwzbudzania

iwN

Rys. 1

Ogólny schemat blokowy układu dwustrefowej regulacji prędkością silnika obcowzbudnego:

v, vz – prędkości silnika i jej wzorzec iP, iwz – prąd twornika i jego wzorzec, ust – sygnał sterujący przekształtnikiem twornika, uP – napięcie twornika (przekształtnika twornika), iw, iwN – prąd wzbudzenia i jego wartość nominalna, EN – wartość nominalna SEM, Ψ – strumień.

Blok

Regulator

Blok

Regulator

formowania

prędkości

formowania

prądu

wzorca

wzorca

prędkości

prądu

iz

ust

ε

ε

vwz

ε

v

iwz

i

ε

vz

vwz

v

iz

iwz

i

ust

uP

Kp

i

u

z

+

+

–

st

t

–

t

–

–

–

–

t

t

v

iP

Tor sterowania prądem twornika

Tor sterowania prędkością

3

Rys. 2a

Schemat blokowy toru sterowania prędkością wraz z podporządkowanym torem sterowania prądem twornika (pominięta własność nieliniowego przewodzenia przekształtnika):

vz, vwz – sygnały zadany i wzorcowy prędkości, εv – sygnał błędu prędkości, iz, iwz – sygnały zadany i wzorcowy prądu, εI – sygnał błędu prądu, ust – sygnał sterujący napięciem przekształtnika P, ust –

sygnał sterujący przekształtnikiem P.

mo

–

uP

iP

me

md

v

Obwód

–

1

1

⋅

twornika

+

–

+

J

s

–

–

–

E

uP

Ψ

iP

v

Rys. 3a

Schemat blokowy obwodu twornika (pominięta własność nieliniowego przewodzenia

przekształtnika):

iP, iwz – sygnał prądu twornika i sygnał jego wzorca; ust – sygnały sterujący przekształtnikiem twornika P; uP, iP – napięcie i prąd przekształtnika P; Ψ – strumień, v – prędkość (obrotowa)

Blok

Regulator

Blok

Regulator

formowania

prędkości

formowania

prądu

wzorca

wzorca

prędkości

prądu

iz

ust

ε

ε

vwz

ε

v

iwz

i

ε

ust

vz

vwz

v

iz

iwz

i

iz

u

+

+

–

st

t

–

t

–

–

–

–

t

t

v

iwz

iP

Tor sterowania prądem twornika

Tor sterowania prędkością

Rys. 2

Schemat blokowy toru sterowania prędkością wraz z podporządkowanym torem sterowania prądem twornika (uwzględniona własność nieliniowego przewodzenia przekształtnika):

4

vz, vwz – sygnały zadany i wzorcowy prędkości, εv – sygnał błędu prędkości, iz, iwz – sygnały zadany i wzorcowy prądu, εI – sygnał błędu prądu, ust – sygnał sterujący napięciem przekształtnika P

mo

ust

–

uP

iP

me

md

v

Przekształtnik P

Obwód

–

1 s

twornika

+

–

J

+

–

–

–

E

Ψ

uP

iP

v

Rys. 3

Schemat blokowy obwodu twornika wraz z przekształtnikiem i blokiem sterowania logicznego:

iP, iwz – sygnał prądu twornika i sygnał jego wzorca; ust – sygnały sterujący przekształtnikiem twornika P; uP, iP – napięcie i prąd przekształtnika P; Ψ – strumień, v – prędkość (obrotowa)

5

Tor odwzbudzania

Estymator

SEM

Regulator

T s

SEM

E

L 1 +

te (

T s

E

)

∆ izw

iP

–

ε

ε

v

Ee

∆

Ee

i

zw

–

Rte

iz

–

+

+

–

–

–

–

–

t

uP

EN

Regulator

prądu

Przekształtnik

Ψ

wzbudzenia

wzbudzenia

∆ i

zw

ustw

ε

i

Iw

zwN

–

ε

izw

Iw

ustw

uw

1

–

u

Kpw

iw

+

–

stw

R

+

w (

+

1 T s

w

)

–

–

–

t

Układ regulacji prądu wzbudzenia

Rys. 4

Schemat blokowy układu regulacji prądu wzbudzenia wraz z torem odwzbudzania:

iP, uP – prądu i napięcie twornika; Ee , EN – sygnał estymowanej i znamionowej wartości SEM,

∆izw – sygnał zadający zmianę prądu wzbudzenia; iw, izw, iwN – sygnał prądu wzbudzenia, jego wartości zadanej i wartości nominalnej, uw – napięcie wzbudzenia; ustw – sygnał sterujący przekształtnikiem wzbudzenia, Ψ – strumień.

6

Parametry modelu:

% Człon formujący wzorzec prędkości vwz (ograniczenie przyspieszenia):

• Kza = 200;

% współczynnik wzmocnienia komparatora

• cza = 2;

% stała całkowania, cza = 1 ->

tnarostu =1/cza (przyspieszenie)

• usamx = 1; % ograniczenie górne komparatora

• usamin = - usamx; % ograniczenie dolne komparatora

•

% Regulator prędkości (PI lub P) – wyjście Itz:

• Yv = 1.0;

% wsp. sprzeżenia prędkościowego

• Krv = 20; % wsp. wzmocnienia

• crv = 600.0; % crv=1/Trv - stała całkowania (dla PI)

• crv = 0; % regulator P

• if crv == 0; Tsv = 0; ucv = 0;

else Tsv = Krv./crv;

end

% naturalna stała czasowa ograniczenia (dla wzmac. oper.)

• Tsv1 = 1.0*Tsv; % stała czasowa ograniczenia górnego

• Tsv2 = 1.0*Tsv; % stała czasowa ograniczenia dolnego

% Człon formujący wzorzec prądu twornika Itwz

• Kzi = 50;

% współczynnik wzmocnienia komparatora

• czi = 40;

% n - krotność narostu Itmx, n = 10 -> tnarostu = 0.10 s

• usmx = 1; % ograniczenie górne komparatora

• usmin = - usmx; % ograniczenie dolne komparatora

% Regulator prądu twornika – wyjście ust:

• YIt = 1.0;

% wsp. sprzężenia prądowego

• Kri = 2.0; % wsp. wzmocnienia

• cri = 200;

% cri=1/Tri - stała całkowania

• Ts = Kri./cri; % naturalna stała czasowa ograniczenia (dla W. oper.)

• Ts1 = 1.0*Ts; % stała czasowa ograniczenia górnego

• Ts2 = 1.0*Ts; % stała czasowa ograniczenia dolnego

•

• ustmx = 1.0; % ograniczenie górne

• ustmin = -1.0; % ograniczenie dolne

7

% Przekształtnik twornika

• Kp = 1;

• UPt = Kp * ust;

% SEM

• psi = 0.9.*If; % strumień skojarzony

• E = psi .*v; % SEM twornika

%Obwód twornika:

• Rt = 0.02; % rezystancja twornika

• Tt = 0.05; % stała czasowa twornika

% Estymator E:

• Ee = E;

% Regulator SEM (PI lub P) – wyjście IfzE:

• YE = 1.0;

% wsp. sprzeżenia od SEM

• KrE = 20; % wsp. wzmocnienia

• crE = 1500.0; % crE=1/TrE - stała całkowania

• %crE = 0; % regulator P

• if crE == 0; TsE = 0; ucE = 0;

else TsE = KrE./crE;

end

% naturalna stała czasowa ograniczenia (dlaWO)

• TsE1 = 1.0*TsE; % stała czasowa ograniczenia górnego

• TsE2 = 1.0*TsE; % stała czasowa ograniczenia dolnego

•

• Ezn = 0.9; % wartość znamionowa SEM

• IfzEmx = 0.5; % ograniczenie górne (wartość maks. IfzE)

• IfzEmin = -0.0; % ograniczenie dolne (wartość min. IfzE)

% Regulator prądu wzbudzenia (PI lub P) – wyjście ustf:

• YIf = 1.0;

% wsp. sprzężenia od prądu wzbudzenia

• Krf = 20; % wsp. wzmocnienia

8

• %crf = 600.0; % crf =1/Trf - stała całkowania

• crf = 0; % regulator P

•

• if crf == 0; Tsf = 0; ucf = 0;

else Tsf = Krf./crf;

end

% naturalna stała czasowa ograniczenia (dla WO)

• Tsf1 = 1.0*Tsf; % stała czasowa ograniczenia górnego

• Tsf2 = 1.0*Tsf; % stała czasowa ograniczenia dolnego

•

• Ifzn = 1; % wartość znamionowa prądu wzbudzenia

• ustfn = 1; % znamionowe napięcie sterujące (odpowiada znamionowemu nap. wzb)

• kf = 2; % współczynnik forsowania wzbudzenia

• ustfmx = kf.*ustfn; % ograniczenie górne (wartość maks. ufz)

• ustfmin = - ustfmx; % ograniczenie dolne (wartość min. ufz)

% Przekształtnik wzbudzenia

• Kpf = 1; % współczynnik wzmocnienia przekształtnika wzbudzenia

•

• uf = Kpf .* ustf; % napięcie wzbudzenia

% Obwód wzbudzenia

• Rf = 1;

• Tf = 0.5;

% Blok części mechanicznej:

• Jo = 0.2; % moment bezwładności

• Mob1 = 0.5; % moment obciążenia bierny

• Mob1 = 0.05; % moment obciążenia bierny

• %Mob1 = 0.0; % moment obciążenia bierny

• Moc1 = 0.0; % moment obciążenia czynny

• Moc2 = 0.4; % moment obciążenia czynny

•

• t1 = 0.8;

• t2 = 1.0;

• if (t > t1) & (t < t2)

9

• Moc = Moc2;

• else

• Moc = Moc1;

• end

•

• dv = 0.001; % część liniowa ch-ki: Mob(v)

• krM = 1000; % - współczynnik wzmocnienia części liniowj ch-ki: Mob(v)

•

• Mob = krM.*v;

• if Mob > Mob1

• Mob = Mob1;

• elseif Mob <- Mob1

• Mob = - Mob1;

• end

• % Mob = Mob1.*sign(v);

•

•

• Mo = Moc + Mob;

•

• Me = psi .* It; % moment elektromechaniczny

• dxdt(4) = 1./Jo .*(Me - Mo);

•

•

% ciągłe zmienne stanu:

x = x(:); x = x'; % wektor wierszowy

It = x(1); % It - prąd twornika

ucIt = x(2); % ucIt - część całkująca regulatora prądu PI

Itwz = x(3); % Itwz - wzorzec prądu (wyjście członu formującego wzorzec Itwz) v = x(4); % v - prędkość silnika

ucv = x(5); % ucv - część całkująca regulatora prędkości PI vwz = x(6); % wzorzec prędkości (wyjście członu formującego wzorzec vwz) ucf = x(7); % ucf - część całkująca regulatora prądu wzbudzenia PI If = x(8); % prąd wzbudzenia

ucE = x(9); % ucE - część całkująca regulatora SEM PI

10

% zmienne nie będące zmiennymi stanu:

% vz - wartość zadana prędkości (wejście członu formującego wzorzec vwz)

% Itz - wartość zadana prądu twornika (wejście członu formującego wzorzec Itwz)

% Upt - napięcie twornika

% gpt - obecność impulsów wyzwalających (1 - obecność, 0 - brak obecności)

% Ifz - wartość zadana prądu wzbudzenia