Разработка системы управления электроприводом

Для получения значения постоянных времени интегрирования и коэффициентов И-интегральной и П-пропорциональной части регулятора давления, изучения особенностей работы электропривода насоса, проведем моделирование его работы с помощью математической модели реализованной в среде программного пакета Matlab с помощью приложения Simulink.

Для построения математической модели, Simulink предоставляет необходимое количество библиотек, в которых имеются всевозможные элементы, необходимые для структурных схем. Это элементы наглядного представления, такие как осциллограф, XY граф; различные типы звеньев: пропорциональное, апериодическое, интегрирующее; различные ограничители, сумматоры; всевозможные источники: константы, генераторы и т.д. Соответственно задача проектирования заключается в воссоздании структуры системы автоматического управления (САУ) с реализацией в ней математической модели рассматриваемого автоматизированного электропривода. В зависимости от цели и объема решаемой задачи, в модель заносятся расчетные данные каждого элемента структуры в относительных единицах. В процессе вычисления имеется возможность вводить необходимые воздействия на систему (по возмущению и по управлению), в результате чего получить осциллограммы различных процессов.

Построение модели электропривода насоса необходимо провести так, чтобы модели вентилятора и двигателя насоса использовали общую величину - скорость вращения ротора. В данном случае будет использоваться электрическая угловая скорость.

Величина давления, создаваемая насосом описывается следующим выражением: зависимость получаемого давления H, м. от объема подачи Q, м3 / ч :

H= (2.29)

где H - давление, создаваемое повысительным насосом;

- электрическая скорость вращения вала, об/мин;

_н - номинальная механическая скорость вращения вала в, об/мин; С - конструктивный коэффициент, принимаем С=1.

Магистраль, на которую работает насос, описывается, как зависимость

между объемом подачи при работе насоса Q и давления H, необходимым для оптимальной работы системы теплоснабжения:

H= H_c (2.30)

где НС – давление, обусловленное разностью высот теплопункта и потребителя; R – коэффициент, описывающий изменение сопротивления системы

Q – объем воды, требующих для подачи потребителю м3 / ч .

Для реализации модели магистрали, преобразуем характеристику магистрали так, чтобы выходным параметром являлась величина объема обратки:

, (2.31)

Опираясь на формулы 2.29 и 2.31 с помощью Simulink построим модель системы насос - магистраль (см. рисунок 10 и приложение В).

Рисунок 10 - Модель системы насос-магистраль

Значение коэффициента R=1 эквивалентно работе системы в номинальном (максимально возможном) режиме, при максимальном напоре; при минимальной производительности значение R близко к нулю, но значение 0 не допустимо при работе системы отопления.

Созданная модель отражает реальный объект, поддающийся регулировке и управлению. Путем изменения величин Нс, R, С, модель позволяет проанализировать любые процессы, происходящие в данной системе. Дополнив модель САУ (системой автоматического управления) электропривода, моделируем действующую модель насоса.

Наша цель найти способ автоматического поддержания давления, т.е. необходимо создать замкнутую систему подчиненного регулирования по отклонению, элементами которой являются регулятор, фильтр и звено объекта, с передаточными функциями соответственно Wр, Wф, Wо.

Инерционность звена объекта создают электропривод асинхронного двигателя, частотного преобразователя, и датчики регулируемых величин. Инерционность датчиков много меньше инерционности привода, поэтому при построении регулятора её можно не учитывать, а систему рассматривать как с безынерционной единичной обратной связью.

Частотный преобразователь имеет два внутренних контура – контур тока и контур скорости, контур регулирования давления – технологический контур будет по счету третьим.

Таким образом, передаточные функции звена частотного преобразователя, объекта и фильтра представим в виде апериодического звена второго порядка, стандартная передаточная функция второй замкнутой системы имеет вид: