Kandó Polytechnic of Technology Institute of Informatics Kóré László Elektromechanikai rendszerek szimulációja I Budapest 1997
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 Motor-modell:...DC_mot_i LV Motor jellemzői: R A :... 2.5 Ohm L A :... 2mH K E :... 0.015 K T :... 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 1% Növeljük meg az A értékét a tízszeresére: A=1000 7
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...DC_mot_i...vagy Motor jellemzők R A... L A... K E... K T... Maximális kapocsfeszültség... 1.8 Határozza meg a mérésvezető által megadott paraméterű DC motor beállási idejét LV Motor-modell...DC_mot_i...vagy Motor jellemzők R A... L A... K E... K T... 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 Motor-modell...DC_mot_i...vagy Motor jellemzők R A... L A... K E... K T... 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 Motor-modell...DC_mot_i...vagy Motor jellemzők R A... L A... K E... K T... 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 Motor-modell...DC_mot_i...vagy Motor jellemzők R A... L A... K E... K T... 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