31273

Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Моделювання електромеханічних систем”

Книга

Энергетика

Розрахунок перехідних характеристик на моделі та визначення параметрів передавальної функції електромеханічної системи 34 Список літератури 37 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ Мета дисципліни €œМоделювання електромеханічних систем€ полягає в підготовці інженерів широкого профілю здатних самостійно і творчо розв’язувати задачі проектування дослідження налагодження й експлуатації сучасних автоматизованих електроприводів і систем автоматизації промислових установок і технологічних комплексів у будьяких галузях народного господарства. Внаслідок проведення...

Украинкский

2013-08-28

1.02 MB

28 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОМЕХАНІКИ, ЕЛЕКТРОНІКИ І КОМПЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ЩОДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

„МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ”

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ДЕННОЇ ТА ЗАОЧНОЇ ФОРМ НАВЧАННЯ ЗІ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ:

7.092203 – „ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТА ЕЛЕКТРОПРИВОД”,

(У ТОМУ ЧИСЛІ СКОРОЧЕНИЙ ТЕРМІН НАВЧАННЯ)

7.092204 - „ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ЕНЕРГОЄМНИХ ВИРОБНИЦТВ”

7.000008 – „ЕНЕРГЕТИЧНИЙ МЕНЕДЖМЕНТ”

КРЕМЕНЧУК 2005


Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Моделювання електромеханічних систем” для студентів усіх форм навчання зі спеціальностей 7.092203 – „Електромеханічні системи автоматизації та електропривод” (у тому числі скорочений термін навчання), 7.092204 – „Електромеханічне обладнання енергоємних виробництв”, 7.000008 – „Енергетичний менеджмент”.

Укладачі: к.т.н., проф. О.П.Чорний,

асист. В.О.Огарь

Рецензент к.т.н., доцент Т.В.Коренькова

Кафедра САУЕ

Затверджено методичною радою

Протокол №  від «  »    2005 р.

Голова метод. ради проф. В.В. Костін

Кременчук 2005


З м і с т

Загальні відомості

4

Лабораторна робота №1. Складання структурних схем за диференціальними рівняннями та їх системами

5

Лабораторна робота №2. Моделювання механічної системи з пружностями

8

Лабораторна робота №3. Моделювання двигуна постійного струму незалежного збудження

12

Лабораторна робота №4. Моделювання асинхронного двигуна за лінеаризованою моделлю

15

Лабораторна робота №5. Моделювання синхронного двигуна за лінеаризованою моделлю

19

Лабораторна робота№6. Моделювання замкнутих систем електропривода

22

Лабораторна робота№7. Моделювання асинхронного двигуна в координатній системі

25

Лабораторна робота№8. Моделювання синхронного двигуна в координатній системі

27

Лабораторна робота№9. Моделювання механічної частини електропривода конвеєра з урахуванням пружності стрічки

30

Лабораторна робота№10. Розрахунок перехідних характеристик на моделі та визначення параметрів передавальної функції електромеханічної системи

34

Список літератури

37


ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Мета дисципліни “Моделювання електромеханічних систем” полягає в підготовці інженерів широкого профілю, здатних самостійно і творчо розв’язувати задачі проектування, дослідження, налагодження й експлуатації сучасних автоматизованих електроприводів і систем автоматизації промислових установок і технологічних комплексів у будь-яких галузях народного господарства.

Дисципліна базується на попередніх курсах «Вища математика», «Теорія електропривода», «Теорія автоматичного управління», «Елементи АЕП».

Знання матеріалу дисципліни забезпечує подальше вивчення дисциплін спеціального циклу – «Системи автоматичного керування електроприводами», «Системи оптимізації енергоспоживання».

Мета проведення лабораторних занять полягає в закріпленні знаннь, отриманих на лекціях шляхом дослідження властивостей і характеристик електромеханічних систем, систем електроприводу на цифрових обчислювальних машинах. Придбати досвід моделювання електромеханічних систем та систем електроприводу за лінійними та нелінійними системами диференційних рівнянь.

Внаслідок проведення лабораторних занять студенти повинні засвоїти принципи побудови моделей електромеханічних систем з урахуванням їх властивостей та дослідження на ЕОМ; вміти розраховувати необхідні для моделювання параметри систем диференційних рівнянь, оцінювати якість вирішення та вибір необхідного способу інтегрування, навчитися складати математичні моделі типових промислових технологічних об'єктів та виконувати їх розрахунок.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

СКЛАДАННЯ СТРУКТУРНИХ СХЕМ ЗА ДИФЕРЕНЦІАЛЬНИМИ РІВНЯННЯМИ ТА ЇХ СИСТЕМАМИ

МЕТА: складання структурної схеми диференціального рівняння другого порядку та його дослідження. Складання структурної схеми системи диференціальних рівнянь

1.1 Теоретичні відомості

Математичний опис великого класу задач виконується за допомогою диференціальних рівнянь. При розв’язанні задач за допомогою структурного моделювання найчастіше використовують метод зниження похідної.

Розглянемо метод зниження порядку похідної на прикладі розв’язання диференціального рівняння 2-го порядку з постійними коефіцієнтами:

,

де , ,  - постійні числа більші 0;  - постійне число або функція часу, тобто - примусова функція.

Розв’язуємо рівняння відносно вищої похідної:

,

де .

 Таким чином, друга похідна дорівнює сумі всіх інших членів рівняння.

Структурна схема складається з комплексу операційних блоків, з'єднавши котрі певним чином, можна одержати рішення задачі.

Розв’язання диференціального рівняння у вигляді структурної схеми має вигляд, наведений на рис.1.1.

Рисунок 1.1 - Структурна схема розв’язання диференціального рівняння

Метод зниження похідної аналогічним чином можна застосовувати і для розв’язання систем диференціальних рівнянь. Розглянемо складання структурної схеми для системи диференціальних рівнянь, що відповідає електричній машині постійного струму незалежного збудження, яка записана у відносних одиницях:

;

.

Структурну схему отримаємо послідовним з’єднанням пропорційних, сумуючих та інтеґруючих блоків.

Рисунок 1.2 - Структурна схема розв’язання системи 2-х диференціальних рівнянь

1.2 Порядок виконання роботи

  1.  Використовуючи структурну схему (рис.1.1), знайти рішення диференціального рівняння для значень коефіцієнтів, які задані викладачем.
  2.  Дослідити перехідний процес і підібрати параметри рівняння таким чином, щоб отримати: аперіодичний процес, аперіодичний процес другого порядку, незатухаючі коливання.
  3.  Для системи диференціальних рівнянь, яка задана викладачем, скласти структурну схему моделі та знайти рішення.

1.3 Зміст звіту

Зміст повинен містити:

  1.  назву роботи, її мету;
  2.  необхідні розрахунки параметрів моделей;
  3.  структурні схеми моделей;
  4.  результати рішення в графічному вигляді;
  5.  висновки.

1.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  У якій послідовності виконується розв’язування системи диференціальних рівнянь на ЕОМ?
  2.  Назвіть методи інтеґрування диференціальних рівнянь.
  3.  У чому полягає суть методу зниження порядку похідної?
  4.  Назвіть форми представлення динамічних об’єктів та наведіть приклади переходу з однієї форми до іншої.


Лабораторна робота №2

МОДЕЛЮВАННЯ МЕХАНІЧНОЇ СИСТЕМИ З ПРУЖНОСТЯМИ

МЕТА: дослідження механічної системи з пружностями без урахування та з урахуванням зазору в механічній передачі

2.1 Теоретичні відомості

Розглянемо механічну двомасову систему з урахуванням пружностей механічних з’єднань за структурною схемою рис.2.1.

Рисунок 2.1 - Структурна схема двомасової системи з урахуванням пружностей

Часто впливом моменту внутрішнього тертя на валу, що деформується, можна знехтувати, оскільки істотнішим є момент зовнішнього тертя, викликаного навантаженням.

Найбільші труднощі при моделюванні викликає розрахунок пружностей механічних з’єднань. Розрахунок деяких коефіцієнтів  можна виконати за наступними виразами:

- для сталевих валів

,

де  кг/см2;  Н/м2;  - діаметр і довжина вала, см;

- для сталевих канатів (лінійна деформація) під час багаторазового підйому

,

де  - довжина каната, м; - запас пружності каната.

Структурну схему моделі при використанні розширення пакета MATLAB-SIMULINK наведено на рис.2.2. До схеми введений елемент, що дозволяє врахувати наявність зазору в кінематичному колі. На рис.2.3,2.4 наведено приклади розрахунків коливань кутових швиглядкостей:   кутова швиглядкість першої маси;   кутова швиглядкість другої маси, на рис.2.3 без урахування зазору, на рис.2.4 з урахуванням зазору.

Дуже важливим є добір кроку інтеґрування, оскільки від цього залежить обсяг обчислень і точність отримуваного результату. Орієнтиром у цьому питанні можуть бути динамічні властивості системи, що визначають за резонансними частотами:

.

Для тримасової механічної системи визначають також частоту вільних коливань при взаємодії другої та третьої мас:

.

Для кожного коливання потрібно розрахувати не менше як 25-30 точок, тобто крок інтеґрування вважається таким:

,

де  - більша з частот.

Рисунок 2.2 - Структурна схема моделі в пакеті MATLAB - SIMULINK

Рисунок 2.3 – Залежність коливань кутових швиглядкостей без урахування зазору

Рисунок 2.4 - Залежність коливань кутових швиглядкостей з урахуванням зазору

2.2 Порядок виконання роботи

  1.  Розрахувати коефіцієнти структурної схеми та частоту коливань системи за даними викладача.

У пакеті MATLAB - SIMULINK набрати структурну схему моделі без урахування зазору та виконати її розрахунок.

Ввести до структурної схеми ланку, що зумовлює наявність зазору. Виконати розрахунок динамічних режимів системи.

Порівняти отримані результати і зробити висновки.

2.3 Зміст звіту

  1.  Таблиці вихідних даних, які запропоновані викладачем.

Розрахунки коефіцієнтів та частот коливань.

Структурні схеми для всіх варіантів досліджень.

Графіки динамічних режимів кутової швиглядкості обох мас та моментів, для всіх варіантів досліджень.

Висновки.


2.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Наведіть спрощену схему еквівалентної двомасової системи з пружним зв’язком.
  2.  Наведіть структурну схему двомасової системи з пружностями без урахування зазору.
  3.  Запишіть систему диференціальних рівнянь для двомасової системи з пружностями без урахування зазору.
  4.  Наведіть структурну схему двомасової системи з пружностями з урахуванням зазору.
  5.  Запишіть систему диференціальних рівнянь для двомасової системи з пружностями з урахуванням зазору.
  6.  Як впливає зазор на динаміку механічної системи з урахуванням та без урахування моменту опору?
  7.  Дайте рекомендації до вибору кроку інтеґрування з урахуванням частот власних коливань системи з пружним зв’язком.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

МОДЕЛЮВАННЯ ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ НЕЗАЛЕЖНОГО ЗБУДЖЕННЯ

МЕТА: дослідження лінеаризованої моделі ДПС незалежного збудження при незмінному магнітному потоці; дослідження лінеаризованої моделі ДПС незалежного збудження при реґульованому магнітному потоці

3.1 Теоретичні відомості

Активний опір якірної обмотки:

,

де =0.3÷0.5 - для двигунів постійного струму незалежного збудження; =0.6 для двигунів постійного струму змішаного збудження; =0.75 для двигунів постійного струму послідовного збудження.

Індуктивність обмотки якоря визначають відповідно до формули Уманського:

,

де k=0.2÷0.25 - для компенсованих машин; k=0.5÷0.6 - для некомпенсованих машин.

Постійну часу обмотки збудження можна визначити за формулою Жуільяра:

Момент інерції (кг м2): J=1.5 10-4n)1.5 ;

Електромагнітна постійна часу .


3.2 Порядок виконання роботи

  1.  Використовуючи структурну схему (рис.3.1), виконати моделювання на ЕОМ режимів пуску ДПС незалежного збудження при ввімкненні на повну напругу при активному й реактивному моментах навантаження (момент навантаження взяти таким, що дорівнює номінальному).
  2.  На основі структурної схеми (рис.3.1) скласти структурну схему ДПС незалежного збудження при реостатному пуску в дві ступені й виконати моделювання. Контрольований параметр (час, струм або швиглядкість) задається викладачем.
  3.  На основі структурної схеми (рис.3.1) скласти структурну схему ДПС незалежного збудження при пуску з реґульованою напругою й виконати моделювання. Зміна напруги здійснюється за допомогою задатчика. Час розгорнення задається викладачем.
  4.  На основі структурної схеми (рис.3.1) скласти структурну схему ДПС незалежного збудження з реґульованим збудженням і виконати моделювання ДПС паралельного збудження при ввімкненні на повну напругу при активному й реактивному моментах навантаження (момент навантаження взяти таким, що дорівнює номінальному).

Рисунок 3.1 – Структурна схема лінеаризованої моделі двигуна постійного струму

3.3 Зміст звіту

  1.  Найменування роботи та її мета.
  2.  Розрахунок параметрів і коефіцієнтів моделі.
  3.  Структурні схеми й системи диференціальних і алгебраїчних рівнянь для п.п. 1-4.
  4.  Графіки перехідних процесів , ,  для п. п. 1-4.
  5.  Висновки.

3.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Наведіть принципову схему і схему заміщення двигуна постійного струму.
  2.  Які спрощення допустимі при моделюванні двигунів постійного струму?
  3.  Наведіть структурну схему і диференціальні рівняння двигуна постійного струму незалежного збудження.
  4.  Наведіть структурну схему і диференціальні рівняння двигуна постійного струму послідовного збудження.
  5.  Наведіть структурну схему і диференціальні рівняння двигуна постійного струму змішаного збудження.
  6.  Наведіть математичні моделі обмоток збудження.
  7.  Наведіть математичні моделі та методи моделювання кривої намагнічування.
  8.  Наведіть структурну схему і диференціальні рівняння двигуна постійного струму незалежного збудження при реґулюванні магнітного потоку.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

МОДЕЛЮВАННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА ЗА ЛІАНЕРИЗОВАНОЮ МОДЕЛЛЮ

МЕТА: дослідження лінеаризованої моделі АД

4.1 Теоретичні відомості

Одними з найважливіших параметрів, що характеризують номінальний режим АД, є відповідні номінальні значення наведеного струму ротора  і струму намагнічування . Оскільки при переході від ідеального холостого ходу (s=0) до номінального режиму () магнітний потік практично не змінюється, то  можна взяти таким, що дорівнює струму холостого ходу , який вимірюється при роботі двигуна без навантаження на валу. 

Визначимо значення , , використовуючи паспортні дані номінального струму статора , кратність максимального моменту  і номінального коефіцієнта потужності .

На підставі основних співвідношень і векторної діаграми АД, а також з урахуванням рівнянь для критичного ковзання

можна одержати:

.

При  можна прийняти:

,

оскільки похибка із попередньою формулою не перевищує 5%.

Рисунок 4.1 – Г-подібна схема заміщення

У каталогах звичайно наводять кратності пускового моменту  й пускового струму . За цими і зазначеним вище даними можна визначити відсутні параметри Г-подібної схеми заміщення (рис.4.1).

За кратністю пускового моменту  визначимо наведений активний опір ротора при s=1:

.

Якщо невідомо активний опір статора, то з достатнім ступенем точності можна прийняти:

,

де С1=1.02 1.06 - коефіцієнт насичення магнітного кола.

При номінальній напрузі статора 220-380 В отримане значення опору варто збільшити в 1.3-1.8 раза.

Індуктивний опір статора й ротора при s=1 без урахування струму намагнічування, не завжди дає позитивний результат, тому краще скористатися виразом для критичного ковзання й з нього одержати значення .

.

Індуктивний опір контуру намагнічування:

.

Жорсткість механічної характеристики:

.

Для урахування часу протікання електромагнітних процесів введемо електромагнітну постійну часу:

.

Момент інерції (кг м2) для асинхронних машин .

4.2 Порядок виконання роботи

  1.  Використовуючи структурну схему (рис.4.2), виконати моделювання на ЕОМ режимів пуску АД при ввімкненні на повну напругу при активному й реактивному моментах навантаження (момент навантаження взяти таким, що дорівнює номінальному). Довести неадекватність лінеаризованої моделі АД для режиму прямого асинхронного пуску.
  2.  На основі структурної схеми (рис.4.2) скласти структурну схему АД при реостатному пуску у дві ступені й виконати моделювання. Контрольований параметр (час або швиглядкість) задає викладач.
  3.  На основі структурної схеми (рис.4.2) скласти структурну схему АД при пуску з реґульованими напругою й частотою й виконати моделювання. Зміна напруги й частоти здійснюється за допомогою задатчика. Закон реґулювання й час розгорнення задається викладачем.

Структурна схема АД у межах лінійної ділянки характеристики:

Рисунок 4.2 – Структурна схема лінеаризованої моделі АД


4.3 Зміст звіту

  1.  Найменування роботи та її мета.
  2.  Розрахунок параметрів і коефіцієнтів моделі.
  3.  Структурні схеми й системи диференціальних і алгебраїчних рівнянь для п.п. 1-3.
  4.  Графіки перехідних процесів ,  для п. п. 1-3.
  5.  Висновки.

4.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Наведіть схему заміщення асинхронного двигуна.
  2.  Наведіть структурну схему і диференціальні рівняння лінеаризованої моделі асинхронного двигуна.
  3.  Яку обмеженість має лінеаризована модель АД?
  4.  Поясніть недопустимість моделювання прямого пуску асинхронного двигуна на лінеаризованій моделі?
  5.  Запишіть основні вирази для визначення параметрів асинхронного двигуна.
  6.  Запишіть вираз для механічної характеристики АД.
  7.  Як розраховується жорсткість механічної характеристики АД?


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

МОДЕЛЮВАННЯ СИНХРОННОГО ДВИГУНА ЗА ЛІНЕАРИЗОВАНОЮ МОДЕЛЛЮ

МЕТА: дослідження лінеаризованої моделі CД

5.1 Теоретичні відомості

Лінеаризовану модель синхронного двигуна (СД) одержимо на підставі відомого рівняння кутової характеристики трифазного явнополюсного двигуна:

.

Це рівняння свідчить про те, що момент СД складається із двох складових: синхронної й реактивної (асинхронної).

Рисунок 5.1 - Кутова характеристика явнополюсного СД

З аналізу рівняння кутової характеристики виглядно, що робочу ділянку кутової характеристики М=() можна замінити лінійною залежністю, що проходить через точку номінального режиму:

, M<0.9Mmax.

Диференціюючи, одержимо наближене рівняння динамічної механічної характеристики:

.

З урахуванням останнього рівняння для кутової механічної характеристики можна записати:

,

де ,  .

Момент інерції (кгм2) для синхронних машин: .

5.2 Порядок виконання роботи

  1.  Використовуючи структурну схему (рис.5.2), виконати моделювання на ЕОМ режимів пуску СД при ввімкнені на повну напругу при активному й реактивному моментах навантаження (момент навантаження взяти таким, що дорівнює номінальному). Довести неадекватність лінеаризованої моделі СД для режиму прямого асинхронного пуску.
  2.  На основі структурної схеми (рис.5.2) скласти структурну схему СД при пуску з реґульованими напругою й частотою й виконати моделювання. Зміна напруги й частоти здійснюється за допомогою задатчика. Закон реґулювання й час розгорнення задає викладач.

 

Рисунок 5.2 – Структурна схема лінеаризованої моделі СД

  1.  На основі структурної схеми (рис.5.2) скласти структурну схему СД із реґульованим збудженням і здійснити реґулювання після виходу на номінальну кутову швиглядкість.

5.3 Зміст звіту

  1.  Найменування роботи та її мета.
  2.  Розрахунок параметрів і коефіцієнтів моделі.
  3.  Структурні схеми й системи диференціальних і алгебраїчних рівнянь для п.п. 1-4.
  4.  Графіки перехідних процесів ,  для п. п. 1-3 і додатково  для п. 4.
  5.  Висновки.

5.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Наведіть схему заміщення синхронного двигуна.
  2.  Наведіть структурну схему і диференціальні рівняння синхронного двигуна.
  3.  Яку обмеженість має лінеаризована модель СД?
  4.  З яких складових складається момент синхронного двигуна.
  5.  Запишіть вираз для кутової характеристики СД.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

МОДЕЛЮВАННЯ ЗАМКНУТИХ СИСТЕМ ЕЛЕКТРОПРИВОДА ІЗ ДВИГУНАМИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ НЕЗАЛЕЖНОГО ЗБУДЖЕННЯ

МЕТА: дослідження лінеаризованої моделі системи із загальним суматором з ДПС незалежного збудження. Дослідження лінеаризованої моделі двоконтурної системи підпорядкованого реґулювання із ДПС незалежного збудження.

6.1 Теоретичні відомості

Активний опір якірної обмотки:

,

де =0.3÷0.5 для двигунів постійного струму незалежного збудження; =0.6 для двигунів постійного струму змішаного збудження; =0.75 для двигунів постійного струму послідовного збудження.

Індуктивність обмотки якоря визначається відповідно до формули Уманського:

,

де k=0.2÷0.25 - для компенсованих машин; k=0.5÷0.6 - для некомпенсованих машин.

Постійну часу обмотки збудження можна визначити за формулою Жуільяра:

.

Момент інерції (кг м2): ;

Електромагнітна постійна часу: .

Тиристорний перетворювач представляють передавальною функцією

,

де постійна часу тиристорного перетворювача .

Структурна схема електропривода із загальним суматором  має вигляд, показаний на рис. 6.1.

Рисунок 6.1 – Структурна схема електропривода із загальним суматором

Розрахунок коефіцієнтів структурної схеми виконують за відомими методиками.

Структурна схема двоконтурної САК електроприводом за системою має вигляд (рис.6.2).

Рисунок 6.2 – Структурна схема двоконтурної САК


6.2 Порядок виконання роботи

  1.  Використовуючи структурну схему (рис.6.1), виконати моделювання на ЕОМ режимів пуску ДПС незалежного збудження при ввімкненні на повну напругу при реактивному моменті навантаження (момент навантаження взяти таким, що дорівнює номінальному, значення струму відсічення взяти таким, що дорівнює двократному від номінального).
  2.  За складеною математичною моделлю виконати моделювання:

- зміна напруги задання вбік зменшення, а потім - збільшення.

- зміна навантаження на валу вбік зменшення, а потім - збільшення;

  1.  На основі структурної схеми (рис.6.2) виконати моделювання за п.п.1-2. Параметри реґуляторів або необхідні показники реґулювання задає викладач.

6.3 Зміст звіту

  1.  Найменування роботи та її мета.
  2.  Розрахунок параметрів і коефіцієнтів моделей.
  3.  Структурні схеми й системи диференціальних і алгебраїчних рівнянь для п.п. 1-3.
  4.  Графіки перехідних процесів , ,  для п. п. 1-3.
  5.  Висновки.

6.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Які існують основні структури замкнутих систем автоматичного керування електроприводами?
  2.  У чому полягає суть побудови САК із загальним суматором?
  3.  Наведіть структурну схему САК із загальним суматором.
  4.  У чому полягає суть побудови САК підпорядкованого керування?
  5.  Наведіть структурну схему системи підпорядкованого керування.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7

МОДЕЛЮВАННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА В ОРТОГОНАЛЬНІЙ СИСТЕМІ КООРДИНАТ

МЕТА: дослідження режимів пуску і зміни навантаження на моделі АД в ортогональній системі координат

7.1 Теоретичні відомості

Для розрахунку динамічних режимів та моделювання АД у координатній системі  найзручніше використати запис системи диференціальних рівнянь записаних відносно потокозчеплень. Така модель може бути отримана шляхом підстановки залежностей струмів від потокозчеплень та приведення її до форми Коши і має вигляд:

;

;

;

;

;

,

де .

З цієї системи рівнянь виглядно, що для моделювання необхідно знати лише параметри Т-подібної схеми заміщення.

Вирази для напруги живлення мають вигляд:

;

.

Зв’язок між потокозчепленнями та струмами здійснюється за наступною системою рівнянь:

 

Слід пам’ятати, що всі змінні, які з індексом  співпадають з реальними змінними за фазою А.

7.2 Порядок виконання роботи

  1.  Розрахувати коефіцієнти диференціальних рівнянь та структурної схеми за даними АД, які надані викладачем.

У пакеті MATLAB-SIMULINK набрати структурну схему моделі та виконати розрахунок перехідних процесів пуску АД.

Увести до структурної схеми елементи, що дозволять промоделювати процес зміни навантаження від холостого ходу до номінального. Для прискорення роботи задати не нульові початкові умови для швиглядкості АД.

7.3 Зміст звіту

  1.  Таблиці вихідних даних, які запропоновані викладачем.

Розрахунки коефіцієнтів.

Структурні схеми для всіх варіантів досліджень.

Графіки динамічних режимів кутової швиглядкості та моментів - електромагнітного і статичного.

Висновки.

7.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Які припущення використовують при моделюванні асинхронного двигуна в трифазній системі координат?
  2.  Наведіть систему рівнянь електричної рівноваги для статора і ротора.
  3.  Назвіть вигляди координатних систем. Охарактеризуйте їх.


Лабораторна робота № 8

МОДЕЛЮВАННЯ СИНХРОННОГО ДВИГУНА В ОРТОГОНАЛЬНІЙ СИСТЕМІ КООРДИНАТº

МЕТА: дослідження режимів пуску і зміни збудження та навантаження на моделі СД в ортогональній системі координат

8.1 Теоретичні відомості

Існує ряд методів моделювання СД. Найчастіше СД моделюють на основі рівнянь, що записані в осях непорушних відносно ротора. Така система диференціальних рівнянь - система Парка-Горева, має вигляд:

;

;

;

;

;

,

зв’язок між струмами та потокозчепленнями визначається наступною системою рівнянь:

;

;

;

;

.

Для розрахунку необхідних параметрів, що входять до рівнянь струмів використовуємо формули, що випливають з аналізу схеми заміщення синхронного двигуна.

; .

Для неявнополюсного двигуна, , а також , .

Індуктивний опір обмотки збудження

,

де  - індуктивний опір розсіювання обмотки збудження.

Індуктивний опір демпферної обмотки за продольною та поперечною вісями:

; ,

де індуктивний опір розсіювання контурів демпферної обмотки:

;

.

Активний опір контурів демпферної обмотки:

;

.

У нашому випадку, для неявнополюсного двигуна , .

Додаткові параметри, що входять до рівнянь струмів:

;

;

; ;

; ; ;

;  ;  .

8.2 Порядок виконання роботи

  1.  Розрахувати коефіцієнти диференціальних рівнянь та структурної схеми за даними СД, що надані викладачем.

У пакеті MATLAB-SIMULINK набрати структурну схему моделі та виконати розрахунок перехідних процесів пуску СД.

Ввести до структурної схеми елементи, що дозволять промоделювати процес збудження двигуна. Для прискорення роботи задати не нульові початкові умови для швиглядкості СД.

Ввести до структурної схеми елементи, що дозволять промоделювати процес зміни навантаження від холостого ходу до номінального. Для прискорення роботи задати не нульові початкові умови для швиглядкості СД.

8.3 Зміст звіту

  1.  Таблиці вихідних даних, які запропоновані викладачем.

Розрахунки коефіцієнтів.

Структурні схеми (або їх фрагменти) для всіх варіантів досліджень.

Графіки динамічних режимів кутової швиглядкості, напруги і струму збудження та моментів - електромагнітного і статичного.

Висновки.

8.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Які припущення використовуються при моделюванні синхронного двигуна в трифазній системі координат?
  2.  У чому полягає суть моделювання синхронного двигуна в координатній системі ?
  3.  Назвіть недоліки і переваги системи  порівняно з моделлю у фазній системі координат.


Лабораторна робота № 9

МОДЕЛЮВАННЯ МЕХАНІЧНОЇ ЧАСТИНИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА КОНВЕЄРА З УРАХУВАННЯМ ПРУЖНОСТІ СТРІЧКИ

МЕТА: дослідження режимів руху і динамічних навантажень у механічній частині електропривода конвеєра з урахуванням пружності стрічки.

9.1 Теоретичні відомості

Механічна частина конвеєрів є досить складною системою з розподіленими по довжині конвеєра параметрами: масою переміщуваного вантажу, масою і пружністю тягового органа, зусиллям статичного опору. Наявність пружних механічних зв'язків є чинником, що сприяє виникненню коливань, що за несприятливих умов істотно збільшують динамічні навантаження робочого обладнання. Рух системи з розподіленими параметрами описують диференціальні рівняння в часткових похідних, розв’язування яких у загальному випадку являє собою значні математичні труднощі. Для якісного розгляду фізичних процесів, що виникають у пускових режимах конвеєрів, реальна механічна система може бути подана спрощеною динамічною моделлю, у якій розподілені маси, пружності та сили замінені еквівалентними зосередженими. Основою моделі слугує епюра напруг конвеєра в режимі пуску. Як критерій еквівалентності беремо рівність натягів тягового органа на приводному елементі реальної системи і натяги у відповідних точках приводного елемента на моделі.

Основні технічні характеристики конвеєра наведенро у таблиці:

Основні технічні характеристики конвеєра

Швиглядкість стрічки, м/с

Погонна вага стрічки, кг/м

Погонна вага вантажу, кг/м

Погонна вага:

холостої стрічки, кг/м

робочої стрічки, кг/м

Розрахункову схема динамічної моделі конвеєра з урахуванням пружних властивостей тягового органа подано на рис.9.1.

Рисунок 9.1 – Схема динамічної моделі конвеєра

Тут  - еквівалентний момент інерції приводного барабана, робочої та холостої стрічки конвеєра;  - коефіцієнти жорсткості робочої та холостої стрічки конвеєра;  - коефіцієнти в’язкого тертя пружного робочого органа для робочої та холостої стрічки.

Структурну схему механічної частини конвеєра з урахуванням пружності тягового органа подано на рис.9.2:

Рисунок 9.2 – Структурна схема механічної частини конвеєра

Основні параметри структурної схеми конвеєра:

  •  приведений момент інерції холостої стрічки:

;

  •  приведений момент інерції робочої стрічки:

;

  •  момент інерції привода:

,

де  - довжина холостої стрічки конвеєра,  - момент інерції барабана, приведений до вала двигуна, момент інерції редуктора

Розглянута структурна схема конвеєра дозволяє визначити пружні моменти і коливання швиглядкості конвеєра в процесі запуску його електропривода. Однак для опису технологічного процесу необхідно також розглянути динамічні властивості конвеєра по каналу «швиглядкість - продуктивність конвеєра».

Якщо як вихідну координату конвеєра розглядати його продуктивність, то конвеєр буде мати передавальну функцію у вигляді ланки транспортного запізнення:

,

де  - постійна запізнення конвеєра, що залежить від довжини конвеєра і його швиглядкості;

.

При реґулюванні кутової швиглядкості привода конвеєра постійна його запізнення може змінюватися в широких межах залежно від діапазону зміни швиглядкості привода.

9.2 Порядок виконання роботи

  1.  Розрахувати коефіцієнти диференціальних рівнянь та структурної схеми за даними, які надані викладачем.

У пакеті MATLAB-SIMULINK набрати структурну схему моделі та виконати розрахунок перехідних процесів пуску конвеєра та зміни швиглядкості. Як приводний двигун взяти АД або ДПС з параметрами, які надані викладачем.


9.3 Зміст звіту

  1.  Таблиці вихідних даних, які запропоновані викладачем.

Розрахунки коефіцієнтів.

Структурну схеми досліджень.

Графіки динамічних режимів кутової швиглядкості та моментів - електромагнітного і статичного.

Висновки.

9.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Наведіть спрощену розрахункову схему моделі конвеєра з урахуванням пружності стрічки.
  2.  Наведіть структурну схему механічної частини конвеєра з урахуванням пружності стрічки.
  3.  Запишіть систему диференціальних рівнянь для механічної частини конвеєра з урахуванням пружності стрічки.
  4.  Наведіть вирази для розрахунку основних параметрів структурної схеми.


Лабораторна робота № 10

РОЗРАХУНОК ПЕРЕХІДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА МОДЕЛІ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПЕРЕДАВАЛЬНОЇ ФУНКЦІЇ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СИСТЕМИ

МЕТА: визначення параметрів передавальної функції за даними перехідних характеристик

10.1 Теоретичні відомості

Для аналізу і синтезу систем електроприводів необхідно знати їх математичні моделі. Вибір математичної моделі залежить від цілого ряду умов, найважливішими з яких є: мета, котрій модель повинна слугувати; необхідна точність опису реального процесу; критерій адекватності моделі й об'єкта; ступінь вивченості фізичних явищ процесу. В інженерній практиці часто обмежуються представленням об'єкта у вигляді чорного ящика, для якого знаходять зв'язок між входом і виходом. Таке знаходження зв'язків за експериментальними даними називають ідентифікацією. За даними ідентифікації визначають параметри і структуру чорного ящика об'єкта.

Вигляділяють п'ять основних методів визначення моделі об'єкта на основі:

реакції об'єкта на детермінований вхідний сигнал (одиничний стрибок або імпульс);

частотних характеристик, отриманих у сталому режимі для синусоїдального вхідного сигналу;

моделювання на ЕОМ при подальшому уточненні параметрів моделі;

кореляції аналізу входу і виходу;

підстроюваної динамічної моделі (моделі як датчика характеристик об'єкта).

Метою ідентифікації будемо вважати одержання математичного опису об’єкта у вигляді його передавальної функції на основі експериментальної перехідної характеристики.

Процес ідентифікації об'єкта складається з чотирьох основних етапів:

планування і підготовки експерименту, проведення експерименту,

обробка результатів експерименту, що полягає в згладжуванні отриманої перехідної характеристики,

апроксимації її передавальної функції,

перевірка адекватності отриманої моделі реальному об’єктові.

Переважаюча кількість об’єктів у системах електропривода мають перехідну характеристику, що відповідає аперіодичній залежності другого порядку. При цьому залежно від характеру процесу для відтворення параметрів передавальної функції використовують ті чи інші методи.

Для виконання лабораторної роботи необхідно використовувати наступні методи згідно з отриманим характером процесу:

Для аперіодичної перехідної характеристики першого порядку:

- апроксимацію елементарною аперіодичною ланкою;

- апроксимацію ланцюжком однакових аперіодичних ланок;

- метод інтервалів;

- метод Z-форм;

- апроксимацію за похибкою.

Для аперіодичної перехідної характеристики другого порядку:

- апроксимацію ланцюжком однакових аперіодичних ланок;

- метод інтервалів;

- метод Z-форм;

- апроксимацію за похибкою розбіжності;

- апроксимацію елементарною аперіодичною ланкою з запізненням;

- метод інтервалів;

- метод площ.

Для коливальної перехідної характеристики:

-апроксимацію коливальною ланкою;

- метод Z-форм;

- апроксимацію за похибкою;

- метод площ.

Методики розрахунку за вказаними методами наведено в літературі [10-19].

10.2 Порядок виконання роботи

  1.  За диференційним рівнянням (або системою рівнянь), яка надана викладачем скласти структурну схему та розрахувати перехідну характеристику.

У пакеті MATLAB-SIMULINK набрати структурну схему моделі та виконати розрахунок.

Згідно із запропонованим методом визначення параметрів передавальної функції виконати розрахунки коефіцієнтів та сталих часу.

Розрахувати перехідну характеристику, використовуючи отримані результати.

Побудувати задану та відтворену перехідні характеристики на одному графіку. Знайти розбіжності та встановити похибку.

10.3 Зміст звіту

  1.  Таблиці вихідних даних.

Розрахунки коефіцієнтів.

Структурну схеми досліджень.

Графіки динамічних режимів наданої та відтвореної перехідної характеристик.

Висновки.

10.4 Питання для підготовки до захисту лабораторної роботи

  1.  Дайте визначення „ідентифікації”.
  2.  Які існують методи створення моделі об’єкта?
  3.  З яких основних етапів складається процес ідентифікації?


СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1.  Башарин А.В., Постников Ю.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ: Учебное пособие для вузов.-3-е изд.-Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.-512с.
  2.  Богрый В.С., Русских А.А. Математическое моделирование тиристорных преобразователей. - М.: Энергия, 1972. -184с.
  3.  Стульников В.И., Колчев Е.В. Моделирование полупроводниковых преобразователей.-К.:Техника, 1971.-107с.
  4.  Соколов М.М., Петров Л.П., Масандилов Л.Б., Ладинзон В.А. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе.-М.:Энергия, 1967.-200с.
  5.  Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / Под ред.  Л.Г.Мамиконянца. - 4-е изд-е, переработ. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984.-240с.

Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. - М.: Энергия, 1974. - 328 с.

Булгаков А.А. Основы динамики управляемых вентильных систем. - М.: изд-во АН СССР, 1963.

  1.  Загорский А.Е., Шакарян Ю.Г. Управление переходными процессами электрических машин переменного тока.-М.: Энергоатомиздат,1986.-176с.
  2.  Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.:Энергия, 1980. - 256с.
  3.  Дехтяренко П.И., Коваленко В.П. Определение характеристик звеньев систем автоматического регулирования. -М.: Энергия, 1973.-120с.
  4.  Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Пер. с англ.-М.:Мир, 1975.-683с.
  5.  Балакирев В.С., Дудников Е.Е., Цирлин А.М. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов регулирования.- М.: Энергия, 1967.- 232с.
  6.  Дейч А.М. Методы идентификации динамических объектов.- М.: Энергия, 1979.-  240с.
  7.  Ротач В.Я. Расчет динамических промышленных автоматических систем регулирования.- М.: Энергия, 1973.- 440с.
  8.  Симою М.П. Определение коэффициентов передаточных функций линиаризованных звеньев и систем авторегулирования.- Автоматика и техника.-Мн.: Выш. шк.- 1957. N 6. Т.18. - с.514-528.
  9.  Кулаков Г.Т. Инженерные экспресс-методы расчета промышленных систем регулирования: Спр. пособие.- Мн.: Выш. шк., 1984.- 192с.
  10.  Определение динамических параметров электропривода постоянного тока методом пространства состояний / А.К. Дука// Электромашиностроение и электрооборудование : Респ.межвед.науч.-техн.сб., 1987.-Вып.41.-С.9-14.
  11.  Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке  Бейсик для персональных ЭВМ. Справочник. - М.: Наука. Гл.ред.  физ.мат . лит., 1987.-240 с.
  12.  Методы и программы для исследования систем автоматизации: Учеб.пособие / А.И.Кубрак, А.И.Жученко, Л.Д.Ярощук. - К.: УМК ВО, 1989, - 228 с.


Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни „Моделювання електромеханічних систем” для студентів усіх форм навчання зі спеціальностей: 7.092203 – „Електромеханічні системи автоматизації та електропривод”, 7.092204 – „Електромеханічне обладнання енергоємних виробництв”, 7.000008 - „Енергетичний менеджмент”

Укладачі: к.т.н., проф. О.П.Чорний,

асист. В.О.Огарь

Відповідальний за випуск старш. викл. Г.Г. Юдіна

Виглядавничий відділ КДПУ     Тираж 50 примірників

Кременчук  2005


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5242. Итоги и уроки Великой Отечественной войны 49 KB
  Война для Советской страны и ее Вооруженных Сил была самым тяжелым и вместе с тем героическим временем. Она сформировала облик целой эпохи. При всем переплетении света и теней послевоенных десятилетий неизменным остается главное — бессмертный...
5243. Эволюция взглядов на менеджмент. 32 KB
  Эволюция взглядов на менеджмент. Не существует никаких универсально применимых приёмов или твёрдых принципов, которые бы делали управление эффективным. Существуют однако подходы, которые помогают руководителям повысить вероятность эффективного дости...
5244. Биохимия костной ткани. Схема и описание ремоделирования кости 7.18 MB
  Биохимия костной ткани Состав кости. Имеется несколько различных видов костей: трубчатые, губчатые и т.п. Минеральная часть кости состоит главным образом из различных форм фосфатов кальция, кроме того включает карбонаты, фториды, гидроксиды и цитрат...
5246. Кадастр и оценка земельной собственности. Курс лекций 1.08 MB
  Введение В результате изучения данной дисциплины необходимо ориентироваться в вопросах ведения кадастра объектов недвижимости и порядка его ведения, кадастровой оценки недвижимости, присвоения кадастровых номеров объектам недвижимости, кадастровой д...
5247. Цивільний захист. Конспект лекцій 135 KB
  Вступ Цивільний захист (ЦЗ) або цивільна оборона (ЦО) України є найважливішою складовою державної системи забезпечення національної безпеки. Необхідність існування і розвитку ЦЗ (ЦО) обумовлена наявністю ризику виникнення надзвичайних си...
5248. Макроэкономика. Особенности инфляционных процессов в России 149.5 KB
  Введение. Переход экономики России на рыночные рельсы резко повысил значение денег, влачивших до того некое полувиртуальное существование. Проблемы денежного обращения стали основными как в практических мероприятиях по реконструкции экономики страны...
5249. Стилистика. Практикум. THE GUIDE TO PRACTICAL STYLISTICS 878 KB
  Введение Понятие стиля находится на пересечении нескольких наук: социологии, психологии, эстетики, семиотики, этики, культурологи и собственно лингвистики. Человек, владеющий стилем, - это, прежде всего, образованный и интеллигентный человек. Он пон...
5250. Отделочные и штукатурные работы 141.5 KB
  Отделочные работы, включающие в себя штукатурные, облицовочные, малярные, стекольные, обойные работы и устройство полов, являются завершающими в общем комплексе строительных работ, и от их качественного выполнения во многом зависит общая..