Задание на выполнение лабораторной работы
На примере моделирования линейной САР загрузки зернодробилки освоить и приобрести навыки самостоятельной работы в системе моделирования VisSim.
Для заданной САР подготовить исходные данные для моделирования, выполнить на компьютере все процедуры, необходимые при моделировании, по аналогии с демонстрационным примером; по результатам моделирования проанализировать устойчивость и качество системы.
Рассмотрим САР загрузки зернодробилки, функциональная схема зернодробилки представлена на рис. 1.7. Асинхронный приводной двигатель М1 приводит в движение шнек, который осуществляет загрузку зерна в дробилку.
Регулирование подачи зерна в дробилку, осуществляется за счет регулирования тока I двигателя М1. На систему действуют возмущения, которые вызваны характеристиками сырья, такими как твердость, вязкость, прочность гранул, размер зерен и т.д. Скачки напряжения тоже являются возмущающим воздействием. Электропривод приводит в движение шнек Ш совместно с редуктором Р1.
Рис. 1.7. Функциональная схема САР загрузки зерна
в дробилку
Регулируемая
величина – сила тока I
измеряется трансформаторами
T1,
Т2,
Т3
и преобразуется
с помощью выпрямительной схемы
Ларионова в сигнал U
,
который подается встречно задающему
напряжению – сигналу U0.
Рассогласование подается на вход
электронного усилителя, с выхода которого
напряжение U2
через токосъемные кольца подается на
обмотку возбуждения электромагнитной
муфты скольжения (ЭМС). Увеличение
напряжения U2
приводит к снижению скольжения ЭМС
и увеличению угловой скорости выходного
вала муфты, а, следовательно, и угловой
скорости шнека Ш. Снижение напряжения
U2 вызывает
обратный эффект – уменьшает угловую
скорость шнека. Снижение или увеличение
угловой скорости шнека Ш, тем самым
снижает или повышает количество зерна
Q подаваемого на измельчение в дробилку.
В случае если ток I становится больше
номинального, это приведет к уменьшению
и
угловой скорости
вала шнека.
Снижение подачи зерна в дробилку обеспечивает снижение тока электродвигателя до номинального значения. Уменьшение тока нагрузки приведет к росту рассогласования , увеличению подачи зерна Q, и, соответственно, к росту тока нагрузки до номинального значения.
Структурная схема
САР показана на рис. 1.8. При моделировании
САР в качестве возмущающего воздействия
будем рассматривать один из факторов
– отклонение напряжения питающей сети
UC.
Передаточные функции элементов САР имеют следующий вид:
– объект регулирования
по регулирующему воздействию;
– объект
регулирования по возмущающему воздействию;
– редуктор;
– шнек;
– ЭМС;
– усилитель;
– трансформаторы
тока и выпрямители.
Рис.1.8. Структурная система САР загрузки зернодробилки
Параметры
передаточных функций имеют следующий
физический смысл:
− коэффициенты передачи соответствующих
элементов системы;
− постоянные времени соответствующих
элементов системы;
− запаздывание, обусловленное транспортным
запаздыванием потока зерна в шнеке и в
приемном устройстве дробилки.
Передаточные функции элементов САР зернодробилки могут быть реализованы с помощью блока Transfer Function. Данный блок Transfer Function служит для преобразования входного сигнала х в любой момент времени в выходной сигнал у, в соответствии с операторной передаточной функцией, которая может быть определена отношением полиномов (1.4):
(1.4)
Здесь передаточная функция определена так, как это дано в документации по системе VisSim. Коэффициенты знаменателя обозначаются как а, а числителя – как b.
На рис. 1.9 представлено окно задания свойств передаточной функции, из рисунка видно, что пользователь может задавать функцию как из файлов, так и в виде полинома (тогда нужно задать параметр Gain и списки коэффициентов числителя Numerator и знаменателя Denominator). Данный блок Transfer Function можно применять как для моделирования непрерывных систем, так и для дискретных систем (в данном случае нужно задать интервал времени дискретизации dT.) Передаточная функция может быть задана в виде Z-преобразования.
Использование блока временной задержки Time Delay позволяет реализовать при компьютерном моделирование транспортное запаздывание при перемещении зерна.
Блок построен на буфере элементов памяти по принципу первый вошел – первый вышел. На первом шаге симуляции буфер заполняется значением, равным начальному условию. Сигнальный вход х расположен ниже.
Р и с. 1.9. Свойства блока Transfer Function
Блок реализует функцию (1.5):
(1.5)
где t – текущее время моделирования (не путать с реальным);
td – величина чистого запаздывания, или у=0, если t < td, у= x(t – td), если иначе.
В окне свойств блока задаются: Initial Condition (Начальное условие, определяющее выходной сигнал на промежутке времени 0<t <td и по умолчанию равно 0), Max Buffer Size (Размер буфера, задает количество элементов памяти в буфере блока, по умолчанию, 4000) и Label (Метка блока). Пример применения блока дан на рис. 1.10. При наличии блока Time Delay во фрагменте блок-схемы VisSim не может определить ее частотную характеристику с помощью своей библиотеки анализа. Для решения этой задачи следует построить аппроксиматор звена чистого запаздывания либо на совокупности апериодических звеньев первого порядка, либо на фазосдвигающих звеньях.
Р и с. 1.10. Пример применения блока Time Delay
С помощью блока gain пользователь может осуществлять функцию у = gain∙x. Этот блок необходим при задании коэффициентов передачи элементов САР загрузки дробилки.
На рис. 1.11 представлено использование блока gain. Ступенчатое возмущающее воздействие UC =70 В поступает через 10 секунд после начала расчета. Для формирования задающего воздействия используем блок const (константа), а возмущающего воздействия – блок ступенчатое воздействие (step block). Для регистрации переходных процессов на выходе САР выберем блок plot.
Р и с. 1.11. Использование блока gain