Проектирование системы автоматического управления электродвигателем постоянного тока

Объектом управления является электродвигатель постоянного тока широко применяемый в автоматизированных системах управления в качестве исполнительного механизма.

Проектирование САУ проведено на основе результатов имитационного моделирования в среде динамического программирования VisSim .

• 1.    Вначале получим график переходного процесса объекта без САУ при подаче на его вход ступенчатого воздействия равного 210/8 = 26,25. На осциллограмме рисунка 1 видно, что выходная переменная (угловая скорость вращения вала электродвигателя) достигает установившегося равновесного значения 210с^-1 за 8 секунд

Рис. 1 - График переходного процесса электродвигателя без системы управления

Значение сигнала задатчика найдем из выражения 210*0,005=1.05.

Таким образом, рабочая точка системы определяется значениями величин:

• -    выходной параметр объекта имеет значение 210 с^-1;

• -    сигнал задатчика имеет значение 1,05В;

• -    входная переменная для двигателя без САУ имеет значение 26,25В.

• 2.    Определение параметров ПИ-регулятора. Анализ переходного процесса

На рисунке 2 приведена алгоритмическая схема системы автоматического управления электродвигателем постоянного тока на базе ПИ-регулятора.

Рис. 2 - Алгоритмическая схема системы автоматического управления

Подбор параметров К 1 и К 2 ПИ-регуляторов проведем сканированием, используя интегральный критерия качества - интеграл модуля ошибки (ИМО).

На рисунке 3 показаны графики переходных процессов при различных значениях К 1 и К 2 :

Таблица 1

К 1	2	1	20
К 2	2	2	5

Рис.3 - Графики переходных процессов САУ при различных значениях параметров настроек ПИ- регулятора

3.Оптимизация САУ по интегральному критерию качества

Для оптимизации САУ также используем интегральный критерий качества – интеграл модуля ошибки (ИМО). При оптимальных значениях К 1 и К 2 ПИ-регулятора значение ИМО минимально. На рисунке 4 представлена система автоматического управления объектом и интегральный критерий качества, смоделированный в виде отдельных блоков. Значение интеграла выводится на цифровой индикатор и одновременно на осциллограф.

Рис. 4 - Применение интегрального критерия качества ИМО для оптимизации САУ

На рисунке 5 представлен график переходного процесса САУ при оптимальных значениях К и К2 ПИ-регулятора. К1=8, К2=5.

Рис. 5- График переходного процесса САУ при оптимальных значениях К 1 и К 2

Анализируя график переходного процесса САУ, определяем качество системы управления.

Выходная переменная достигает заданного значения 210с-1 за время

• 1,5 секунды.

Погрешность регулирования - 0,5%.

Перерегулирование - (260-210)/210*100%=23%.

График переходного процесса показывает, что система устойчивая.

В устойчивости разработанной системы управления убедимся с помощью частотного метода Найквиста (рисунок 6)

График годографа Найквиста не охватывает точку на координатной комплексной плоскости с координатами (-1;0), что свидетельствует об устойчивости разработанной САУ.

Рис. 6 - Годограф Найквиста

Таким образом, результаты полученных данных показывают, что параметры спроектированной системы автоматического управления электродвигателем постоянного тока соответствуют техническому заданию.

Предлагаемый подход проведения проектных решений может использоваться в практике разработки автоматизированных систем управления, а также в образовательном процессе.