Изучение способов управления электроприводом переменного тока на базе программируемых логических контроллеров
Изучение способов управления электроприводом переменного тока на базе программируемых логических контроллеров: методические указания
Данное методическое пособие, разработанное для студентов 4-го курса специальности "Мехатроника и робототехника" МГТУ им. Н.Э. Баумана, посвящено изучению принципов управления электроприводами переменного тока с использованием программируемых логических контроллеров (ПЛК) и преобразователей частоты. Цель работы – предоставить студентам практические навыки в исследовании систем управления скоростью и положением ротора асинхронного электродвигателя, а также оценить влияние структуры и настроек регуляторов на качество управления.
Современное состояние и теоретические основы
Введение подчеркивает актуальность регулируемых электроприводов переменного тока в современной промышленности, вытесняющих электроприводы постоянного тока. Рассматриваются способы регулирования скорости асинхронных двигателей, акцентируя внимание на частотном регулировании как наиболее эффективном методе. Описывается принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, включая математические выражения для расчета угловой скорости, скольжения и момента. Особое внимание уделяется механической характеристике двигателя и ее влиянию на его работу.
Лабораторная установка и ее компоненты
В методических указаниях подробно описывается лабораторная установка, включающая асинхронный электродвигатель STC 90-4D, преобразователь частоты LG IS-5, ПЛК Mitsubishi FX2N-16MT и модуль цифро-аналогового преобразователя FX2N-2DA. Приводятся основные характеристики двигателя и детальное описание преобразователя частоты, включая его структурную схему и функциональные возможности. Рассматриваются режимы работы преобразователя частоты, такие как амплитудно-частотное управление, векторное управление, компенсация скольжения и управление моментом. Также дается краткое описание ПЛК, его функциональной схемы и роли в системе управления.
Программирование и интерфейс оператора
Описываются методы программирования ПЛК, включая языки Function Block Diagram и Structured Text, используемые для разработки управляющей программы. Приводится пример программы на языке Function Block Diagram, иллюстрирующий этапы инициализации, регулирования и обработки результатов. Подробно рассматривается интерфейс оператора, его структура и функциональность. Описываются элементы интерфейса, такие как окна настроек, графического отображения результатов экспериментов и меню управления. Приводится порядок работы с интерфейсом, включая установку соединения с контроллером, настройку параметров регуляторов и проведение экспериментов.
Математическое моделирование и оценка качества
Особое внимание уделяется математическому моделированию электропривода в различных режимах работы. Представлены математические модели для управления по закону U/f = const, управления скоростью и положением. Описывается методика оценки качества переходного процесса, включая расчет перерегулирования, времени переходного процесса и погрешности воспроизведения заданных параметров. Приводятся примеры оценки качества переходного процесса для скоростного и позиционного управления.
Практические задания и контрольные вопросы
В заключительной части представлены задания для самостоятельной работы, включающие исследования скоростного и позиционного управления. Студентам предлагается определить настройки регуляторов, обеспечивающие требуемое качество переходного процесса, а также исследовать границы устойчивости системы. Приведены контрольные вопросы, направленные на закрепление теоретических знаний.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана В.А. Польский, А.В. Ванин ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ Методические указания по курсу «Электроприводы роботов» Под редакцией А.С. Ющенко Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2010
УДК 621.3.038 ББК 32.973 П53 Ре це нз е нт Е.О. Петренко Польский В.А. Изучение способов управления электроприводом переменного тока на базе программируемых логических контроллеров : метод. указания по курсу «Электроприводы роботов» / В.А. Польский, А.В. Ванин ; под ред. А.С. Ющенко. — М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. — 35,[1] с. : ил. Рассмотрены способы управления электроприводом переменного тока с помощью преобразователя частоты и программируемого логического контроллера. Исследованы системы управления скоростью и положением ротора электродвигателя. В результате моделирования выявлено влияние структуры регуляторов скорости и положения, а также их настроек на качество управления. Даны экспериментальные подтверждения результатов моделирования, а также оценка степени соответствия выбранной математической модели реальному приводу. Для студентов 4-го курса, обучающихся по специальности «Мехатроника и робототехника», изучающих курс «Электроприводы роботов». УДК 621.3.038 ББК 32.973 Учебное издание Польский Вячеслав Анатольевич Ванин Алексей Владимирович ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ Редактор С.А. Серебрякова Корректор О.Ю. Соколова Компьютерная верстка С.А. Серебряковой Подписано в печать 05.04.2010. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 2,09. Тираж 100 экз. Изд. № 121. Заказ . Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5. © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010 П53
ВВЕДЕНИЕ Целью данной лабораторной работы является изучение способов управления электроприводом на базе трехфазного асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты и программируемого логического контроллера (ПЛК). На примере математической модели системы управления скоростью и положением ротора электродвигателя студенты исследуют влияние структуры регуляторов скорости и положения, а также их настроек на качество управления. Затем получают экспериментальное подтверждение результатов моделирования и оценивают степень соответствия выбранной математической модели реальному приводу. В ходе проведения лабораторной работы студенты рассматривают вопросы, связанные с настройкой контура регулирования скорости, после чего настраивают контур регулирования положения вала двигателя и осуществляют проверку его работы. Современное состояние развития электроприводов Современный этап развития приводов характеризуется значительным расширением области применения регулируемых электроприводов переменного тока. Это касается большинства отраслей промышленности, в которых ранее применялись электроприводы на базе двигателей постоянного тока. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее распространенной электрической машиной, используемой в промышленности. Существует множество способов регулирования скорости вращения вала асинхронного электродвигателя. Такие способы, как изменение амплитуды напряжений, подаваемых на обмотки статора, или переключение числа пар полю
сов, не позволяют осуществлять управление скоростью вращения ротора в широком диапазоне значений. В случае, когда требуется поддерживать значение скорости с высокой точностью и регулировать ее в широком диапазоне, применяют способ частотного регулирования. Управление частотой напряжений, подаваемых на обмотки двигателя, осуществляется с помощью преобразователя частоты. Данное устройство не только реализует силовую коммутацию, но и позволяет организовать замкнутую систему управления электроприводом, поскольку имеет возможность подключения датчиков обратных связей и внешних управляющих модулей, формирующих управляющие воздействия в соответствии с требуемым алгоритмом управления. В цифровом электроприводе в качестве внешнего управляющего модуля можно использовать ПЛК. Такой контроллер представляет собой микропроцессорное устройство, в состав которого входят собственно процессор, память, устройства ввода/вывода дискретной и аналоговой информации. Принцип работы и основные характеристики асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на законах электромагнитной индукции. При подаче переменного трехфазного напряжения в обмотки статора, соединенные по схемам «звезда» или «треугольник», возникает вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого пропорциональна частоте напряжения. Вращающееся магнитное поле статора индуцирует в короткозамкнутой обмотке ротора токи. При взаимодействии токов ротора с вращающимся магнитным полем статора возникает электромагнитный момент, который действует на ротор. Направление действия электромагнитного момента зависит от знака выражения (ω0 – ω), где 0 2 / f р ω = π — угловая скорость магнитного поля статора ( f — частота питающего напряжения, Гц; p — число пар полюсов); ω — угловая скорость вращения ротора. Если ротор вращается со скоростью, меньшей скорости поля (ω < ω0), то на него действует момент, направленный в сторону вращения, благодаря чему ротор разгоняется. Если ротор вращается со скоростью,
Похожие