Система управления электроприводом механизма горизонтального перемещения крана-штабелера

Реакция замкнутого контура  скорости на единичное ступенчатое  воздействие представлена на рис. 4.2.1.2

Реакция САР тока на единичное ступенчатое  воздействие

Рис. 4.2.1.2

Так как использовалась типовая  методика синтеза регулятора, получили типовую реакцию на ступенчатое  воздействие. Показатели качества отличаются от теоритических незначительно. Скорее всего, это связано с неточной компенсацией перекрестных связей блоком компенсации.

2. Синтез регулятора потокосцепления

Выделим из модели силовой части звено объекта  и составим  САР потокосцепления.

Общая структурная схема САР  потокосцепления ротора

Рис. 4.2.2.1

Передаточная функция  звена объекта:

 

Так как САР потокосцепления  ротора является разомкнутой, то регулятор  потокосцепления должен скомпенсировать  только коэффициент усиления звена  объекта. Таким образом, передаточная функция регулятора потокосцепления  имеет вид:

 

 

Передаточная функция  разомкнутого контура потокосцепления:

 

Реакция САР потокосцепления ротора на единичное ступенчатое воздействие показана на рис. 4.2.2.2.

 

Реакция САР потокосцепления ротора на ступенчатое воздействие

Рис. 4.2.2.2

Быстродействие  САР потокосцепления ротораотносительно быстродействия САР тока очень низкое и определяется постоянной времени , которая много меньше . Поэтому подобную систему целесообразно использовать при постоянстве , то есть там, где нет необходимости в регулировании потока.

3. Синтез регулятора электромагнитного момента

Выделим из модели силовой части звено объекта  и составим  САР электромагнитного  момента.

Общая структурная схема САР  электромагнитного момента

 

Рис. 4.2.3.1

В общем случае звено объекта  является не линейным. Но так как  по заданию не требуется регулирование  потока, то примем, что . Тогда передаточная функция звена объекта имеет вид:

 

Причем следует отметить, что для упрощения системы  регулирования было принято .

Передаточная функция  регулятора момента имеет вид:

 

Кроме компенсации влияния  звена объекта, регулятор момента  должен сформировать сигнал и .

Алгоритм расчета  имеет вид:

 

Алгоритм расчета  имеет вид:

 

 

Передаточная функция  разомкнутого контура электромагнитного  момента:

 

 

Реакция САР электромагнитного момента на ступенчатое воздействие

Рис. 4.2.3.2

Задание на момент подается не из нуля, так как необходимо время  для того чтобы магнитный поток  в машине достиг установившегося  значения.Из анализа передаточных функций замкнутой САР тока статора и разомкнутой САР момента следует, что реакции на ступенчатое воздействие должны быть одинаковыми. Однако, переходный процесс по моменту и по току статора отличаются. Это связано с тем, что моделирование обоих процессов происходило при разных условиях. Так при моделировании процесса по току статора влияние скорости ликвидировалось, а . При моделировании процесса по моменту изменялась с ростом скорости, и учитывалось влияние потокосцепления ротора. Не типовой график переходного процесса по моменту так же объясняется не точной компенсацией перекрестных связей, влияния ЭДС вращения и трансформаторных ЭДС.

4. Синтез регулятора скорости

Выделим из модели силовой части  звено объекта и составим  САР  скорости.

 

Общая структурная схема САР  скорости

 

Видно, что звено объекта  является не типовым, так как присутствует возмущение . Поэтому при синтезерегулятора скорости полагаю, что .

Передаточная функция звена объекта:

 

Передаточная функция  регулятора:

 

где

 – настройка на модульный оптимум.

Получился пропорциональный регулятор скорости.

Передаточная функция  разомкнутого контура скорости:

 

Передаточная функция  замкнутого контура скорости по управляющему воздействию:

 

Следует отметить, что получить реакцию на единичное ступенчатое  воздействие в САР скорости нельзя, так как система не справляется  с подобным импульсом, что приводит к расстраиванию всей системы. Поэтому  по управляющему воздействию показан  процесс от задатчика интенсивности.

Переходный процесс по управляющему воздействию показан  на рис. 4.2.4.2

Реакция САР скорости по управляющему воздействию с задатчиком интенсивности

Рис. 4.2.4.2

Показатели качества при  темпе задатчика интенсивности 

 

 

 

 

 

Таким образом, получили типовой  процесс от задатчика интенсивности. Показатели качества совпадают с  теоретическими значениями кроме величины перерегулирования момента и  времени достижения максимума. Это  объясняется тем, что из-за неполной компенсации перекрестных связей силовой  части система не точно настроена.

Реакция САР скорости по возмущающему воздействию с задатчиком интенсивности

Рис. 4.2.4.3

Поскольку использовался  пропорциональный регулятор скорости, то при набросе нагрузки возникает провал скорости. Однако величина статической ошибки по скорости незначительна и определяется отношением к . Поскольку то статическая ошибка очень мала.

Показатели качества САР  скорости при набросе нагрузки:

 

 

5. Развернутая функциональная схема

Зная  передаточные функции всех элементов  системы управления можно составить  полную функциональную схему векторной  системы управления. Следует отметить, что модель силовой части изображена для прямоугольной системы координат , поэтому на функциональной схеме не показаны преобразователи координат ПКН и ПКТ. 

Развернутая функциональная схема  векторной системы управления с ориентацией поля ротора в системе координат с управляемой скоростью

 

Рис. 4.2.5.1

 

6. Построение  полной структурной схемы

Структурная схема содержит:

1. Все элементы модели силовой части и все связи между ними. Модель силовой части описывается следующей системой уравнений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Содержит все элементы системы автоматического регулирования  и связи между ними, описанные  в пунктах 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3, 4.2.4, 4.2.5, 4.2.6.

Полная структурная схема векторного управления представлена на рис. 4.2.6.1.

 

Полная структурная схема векторной системы управления с ориентацией поля ротора в системе координат с управляемой скоростью

 

 

Рис. 4.2.6.1

 

5. Моделирование системы управления электропривода

Для проверки возможности  отработки данной системой управления желаемой тахограммы и нагрузочной  диаграммы проводится моделирование  системы управления. Для моделирования системы управления электроприводом использовалось приложение Simulink математического пакета Matlab.Структурная схема опыта в приложении Simulink пакета Matlabсоставлена на основании полной структурной схемы векторной системы управления, показанной на рис. 4.2.6.1. Рассматриваются переходные процессы по моменту и скорости , по току статора и его проекциям на оси и ,по потокосцеплению ротора , а так же динамическая характеристика электропривода.

Непосредственно перед моделированием предоставим желаемую тахограмму и нагрузочную диаграмму привода на рис. 5.1. И сравним ее с полученными тахограммой и нагрузочной диаграммой полученных при моделировании.

 

 

Желаемые  нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода крана-штабелера горизонтального  перемещения

 

 

График переходных процессов в  электроприводе по моменту и  угловой частоте вращения при цикле работы под нагрузкой

 

 

График  переходных процессов в АД по току статора и его проекций на осии

Рис. 5.3

График переходного процесса в  АД по потокосцеплению ротора  при цикле работы под нагрузкой

Рис. 5.4

 

Полученная нагрузочная  диаграмма и тахограмма при моделировании  получилась достаточно близкой к  желаемым характеристикам, и удовлетворяет  условиям технического задания. Таким  образом, синтезированная система  управления позволяет реализовать требуемый рабочий цикл крана-штабелера горизонтального перемещения.

 

6. Выбор преобразователя  частоты

При выборе преобразователя  частоты для асинхронного двигателя, необходимо чтобы номинальные выходные напряжение и частота были равными  номинальному напряжению и частоте  асинхронного двигателя. Номинальный  ток преобразователя должен превышать  среднеквадратичный ток двигателя. Величина и длительность перегрузки по току не должны превышать значений указанных в технических данных преобразователя.

Так же при выборе преобразователя  частоты необходимо учесть возможность  реализации требуемого режима работы. Так как мощность выбранного двигателя  относительно не велика (=0,75 кВт), то выбор преобразователя с возможностью реализации режима рекуперативного торможения будет экономически не выгоден. Поэтому для выбранного электродвигателя необходимо выбрать преобразователь частоты с наличием разрядного сопротивления. Так как выбрана векторная система управления необходимо выбрать преобразователь, позволяющий реализовать синтезированную систему управления.

Таким образом, учтя выше приведенные  факторы, для двигателя 4А80А6У3, был  выбран преобразователь частоты Danfoss FC-302

Основные технические  характеристики преобразователя частоты Danfoss FC-302:

• Напряжение питания, мощность, корпус:

3 х 380-480 В: 0,37 - 90 кВт, IP 20/21/55/66

• Перегрузочная способность:

160% от номинального  момента в течение 1 минуты (разгон)

180% от номинального  момента в течение 0,5 секунды  (в момент пуска)

 

• Управление двигателем:

1. VVCplus (прямое управление амплитудой, углом и частотой вектора напряжения)

2. Настраиваемая U/f характеристика для специальных режимов двигателя
3. Управление вектором потока Flux (с датчиком обратной связи и без него) (только FC302)
4. Диапазон регулирования : 1:100 без датчика ОС, 1:1000 с датчиком ОС
5. Возможность управления моментом

• Охлаждение:

1. Регулируемый по температуре вентилятор
2. Через заднюю стенку
3. Специальные воздуховоды для охлаждения приводов большой мощности

• Порты связи:

1. Встроенный RS 485
2. Встроенный USB

• Выходная частоты и частота коммутации:

1. Максимальная выходная частота - 1000 Гц
2. Частота коммутации - 2-16 кГц

• Входы\выходы управления:

1. Количество программируемых дискретных входов - FC 302: 4 (6)
2. Количество программируемых дискретных выходов - 2
3. Количество аналоговых входов - 2
4. Количество аналоговых выходов - 1
5. Количество встроенных реле -2
6. Вход для аппаратного аварийного останова

• Температура окружающей среды:

1. Работа  - -10/+50 °С
2. Хранение -20/+65 °С

• ПИ\ПИД-регуляторы:

1. ПИД-регуляторы скорости и параметра процесса
2. ПИ-регулятор момента

• Встроенный логический контроллер SLC

1. Содержит 8 таймеров, 6 логических цепочек, 6 компараторов, 2 счетчика
2. Пользователь определяет последовательность действий (actions) и событий (events)
3. Действия и события нумеруются и образуют пары (всего может быть запрограммировано до 20 таких пар)
4. Событие может принимать значение ИСТИНА или ЛОЖЬ
5. Событие наступает, если оно принимает значение ИСТИНА
6. Действие, выполняется, если наступает событие с тем же номером
7. SLC может быть включен или выключен.