Моделирование вентиляторной нагрузки на валу электродвигателя в лабораторных условиях

темой ввода-вывода. 12 линий могут быть использованы либо как отдельные входы / выходы цифровые и аналоговые, либо как комбинация линий ввода-вывода и последовательных интерфейсов. Fractal-BASIC поддерживает интерфейсы: RS422, RS232C, I2C, SPI, MicroLan. Модуль может применяться в сложных системах с большим числом линий ввода-вывода. В этом случае он дополняется необходимыми модулями расширения, которые поддерживаются Fractal-BASIC.

Технические характеристики: Процессор AT89S53 / 22,1184 МГц; объем Flash 12 кБайт; ОЗУ 62С1024 / используется 64 кБайта; SEEPROM 24LC256 / 32 кБайта; супервизор / Watchdog ADM1232; драйвер DS232AR;

пользовательские интерфейсы RS232C, I2C, SPI, MicroLan; скорости обмена; RS232C - до 250 кБод; I2C - 100 кГц 7 бит адрес, мастер; SPI - до 2 МГц, 3 бит адрес;

количество линий ввода / вывода 12 (не считая I2C и RS232/RS422); в том числе аналоговых линий 4;

нагрузочная способность интерфейсных линий 1,6/-0,060 мА; электропитание 7-ЗОВ или 5В+-5%; типичный ток потребления 35 мА.

Принцип действия САУ основан на последовательном выполнении микроконтроллерным модулем программы операций, необходимых для сваривания сеток:

подача продольного прутка; подача поперечного прутка; сжатие, сварка, проковка; резка и пакетирование.

Встроенная энергонезависимая память позволяет сохранять настроечные параметры, а также ход выполнения программы, что позволяет продолжить выполнение программы после пропадания питания с того места, на котором процесс остановился.

САУ управляет внешней нагрузкой до 4 А посредством симисторных ключей, расположенных в блоке питания. Входные и выходные цепи устройства имеют потенциальную оптическую развязку с допустимым напряжением изоляции 2.5 кВ.

САУ состоит из блока питания и выходных реле, блока управления и выносного пульта. На пульте САУ расположены кнопки «Пуск», «Стоп», переключатели режима работы «Сварочный ток» и «Ручная работа», а также кнопки ручного управления сварочной машиной. Дополнительно на пульт может выноситься звуковая и световая индикация.

В блоке питания располагаются источники питания 5 и 24 В, симисторные ключи для управления электропневматическими клапанами и двигателями сварочной машины, модуль управления тиристорами. На передней панели блока вынесена световая индикация сети и напряжений питания.

На передней панели блока управления расположены кнопки настройки «+»,«-», «Отмена», «Ввод», символьный двухстрочный жидкокристаллический дисплей для индикации режимов настройки и работы. В правой части лицевой панели располагается звуковая и световая трехцветная светодиодная индикация.

Внедрение микроконтроллерного модуля и бесконтактных элементов повышает надежность, экономичность системы управления и облегчает ее настройку.

П.Я. Бункин

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ НАГРУЗКИ НА ВАЛУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

На качество работы электропривода большое влияние оказывает характер и величина нагрузки. От ее величины зависит точность работы, быстродействие и другие показатели качества. Характер нагрузки зависит от производственного механизма, который электропривод приводит во вращение. Величина нагрузки зависит от режима работы и допустимой мощности производственного меха-

низма и оценивается с помощью нагрузочной характеристики, которая устанавливает связь между скоростью вращения и моментом сопротивления производственного механизма. Все многообразие производственных механизмов в зависимости от характера изменения нагрузки разделяют на устройства работающие с постоянным моментом, с вентиляторным моментом, с линейно нарастающим моментом и так далее. Первые два вида чаще всего используются в производственных условиях. Нагрузочная характеристика с постоянным моментом описывается линейным уравнением, вентиляторная характеристика - нелинейным уравнением. Довольно часто в механизмах используются узлы, которые, в особо точных приводах, оказываю существенное влияние на качество работы. Они обладают специфическими нагрузочными характеристиками. К ним можно отнести механизмы с сухим трением, с люфтами и так далее. Из всего этого многообразия мы смоделируем работу механизмов имеющих только вентиляторные характеристики. К таким механизмам кроме различных типов вентиляторов относятся гребные винты кораблей, самолетов и т. д. Особенностью работы таких механизмов является то, что у них величина нагрузки зависит от скорости вращения вала МН^ (ю) (рис. 1). В общем случае изменение момента при изменении скорости вращения имеет нелинейный характер, поэтому описывается нелинейными уравнениями. При моделировании такой нагрузки наиболее рационально всю такую характеристику аппроксимировать линейными участками так, чтобы ошибка аппроксимации не превышала 5%. Другой особенностью данной нагрузочной характеристики является наличие начального момента М0 при ю=0. Данное начальное значение соответствует работе привода в режиме стабилизации момента.

В качестве нагрузочного устройства может быть использован электродвигатель постоянного тока, получающий регулируемое напряжение от полупроводникового преобразователя, управляемого соответствующей системой управления. Нагрузочный электродвигатель жестко соединен с валом нагружаемой электрической машины. Система управления, обеспечивающая стабилизацию момента на валу испытуемого электродвигателя, должна состоять из регулятора с пропорционально-интегральным законом управления и с отрицательной обратной связью по току нагрузочного

устройства. По мере нарастания скорости вращения противодействующий момент нагрузки должен возрастать. Его увеличения в нагрузочном устройстве можно добиться за счет увеличения задающего

М0

М

Рис.1. Вентиляторная характеристика производственного механизма

БС

КЛ

БА1

оо

Рис.2. Структурная схема моделирования вентиляторной нагрузки

сигнала. Таким образом, задающий сигнал должен состоять из постоянной части, определяющей величину М0, и переменной, определяющей величину АМ, зависящей от скорости вращения.

и3 = и30 + Ли3 = и30 + К-ю ,

где К - коэффициент передачи нагрузочной характеристики.

Так как мы линеаризовали вентиляторную характеристику, то каждый участок линеаризации имеет свой наклон и свой коэффициент передачи

К; = ДМ./Дшь

где - ДМ; и Дсо; разность значений между крайними величинами на каждом участке.

Разомкнутый контур регулирования тока также имеет свой коэффициент передачи Кт. У двигателя постоянного тока с независимым возбуждением связь между моментом и током якоря пропорциональная, поэтому можно записать, что

ДМ

Совместное решение уравнений (2) и (3) относительно

Ди3 = Дсо • К/Кт = Кг Доз.

Уравнение (1) с учетом (4) принимает вид

п

и3 = изо+2Х>

¡=0

где п - число участков линеаризации.

Практическая реализация уравнения (5) может быть осуществлена с помощью операционных усилителей. На выходе одного должен быть сигнал, соответствующий сумме приращений задающего сигнала. Для каждого участка реализации вентиляторной характеристики имеет место свой коэффи-

диент передачи. Операционный усилитель, с помощью которого реализуется приращение, должен его изменять от участка к участку линеаризации в зависимости от граничных значений скорости. Причем каждый последующий участок имеет больший коэффициент передачи. Второй операционный усилитель должен иметь постоянный коэффициент передачи и на его входе должно происходить решение уравнения (5), а сам он должен обеспечивать ПИ закон управления величиной нагрузки. Для этого на его вход необходимо подать сигнал отрицательной обратной связи по величине нагрузки. Модель нагрузочного устройства может быть реализована согласно структурной схеме приведенной на рис. 2. Она состоит из ОУ DA1 с переменным коэффициентом усиления, который получается при помощи блока сопротивлений БС , задающего потенциометра R2, ОУ DA2 на базе которого построен ПИ регулятор, силового преобразователя с передаточной функцией W2(S), нагрузочного электродвигателя отображенного передаточными функциями W3(S) и W4(S), узлов токовой обратной связи W5(S) и обратной связи по скорости W6(S), нагружаемого электродвигателя W7(S). По структурной схеме на языке «SIAM» создана модель Результаты моделирования показали, что данное нагрузочное устройство обеспечивает необходимый характер нагрузки, с высоким быстродействием.

П.Я. Бункин

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В КОЛЕБАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ

Жизнь часто выдвигает задачи, решение которых требует особых подходов к их выполнению. К таким задачам относится требование работы электродвигателя в колебательном режиме, причем выходным параметром является угол поворота его вала. Если одно из положений вала относительно корпуса принять за исходное и задаться величиной угла отклонения а, то колебательный режим получается, если вал относительно исходного положения вначале повернется на угол +а, потом на -2а, снова на +2а и т. д. Исходное положение может быть задано соответствующим датчиком. В качестве такового можно использовать герконовый датчик, у которого чувствительный элемент закреплен на валу, а исполнительный на корпусе электродвигателя. Качество работы электропривода в этом случае в большой степени зависит от требуемой частоты колебаний вала.

Величина угла поворота может быть задана величиной временного промежутка и скорости изменения угла поворота вала или установкой соответствующих датчиков положения. Применение того или иного метода зависит от поставленных технических условий.

Современные электропривода обладают небольшой полосой пропускания. Даже у сравнительно быстродействующих приводов полоса пропускания не превышает 5 Гц. Если стоит задача получить колебательный режим с частотой колебаний в несколько десятков герц, то у одного и того же электропривода чем частота выше, тем максимальный угол отклонения будет меньше. Задача жследова-ния заключается в определении условий получения заданной частоты колебаний вала электродвигателя, при требуемом угле отклонения.

Повышение быстродействия работы привода добиваются уменьшением инерционности двигателя и других элементов схемы, повышением момента развиваемого электродвигателем, соответствующим его управлением. Инерционность и момент зависят от конструктивных особенностей используемого электродвигателя и параметров его работы.

Современная теория автоматического управления определила условия получения оптимального по быстродействию управления. Для этого необходимо прикладывать к якорю двигателя воздействия в виде прямоугольных импульсов, переключая в соответствующий момент с режима разгона в режим торможения. Данное управление может быть создано в системе подчиненного регулирования, внутренний контур которого настроен на модульный оптимум. Исходя из этих условий, была создана модель электропривода, структурная схема которой приведена на рис. 1. Моделирование проводилось на цифровой вычислительной машине с использованием программы «SIAM». Блоки, входящие в структурную схему, представляют собой математическую модель в виде передаточных функций