Здравствуйте, уважаемые форумчане!
Требуется Ваша помощь. Специфика вопроса немного узкая, но все же спрошу.
В университете преподаватель задал вопрос. Пока не могу разобраться в нем.
Есть система регулирования шахтной подъемной машиной, показанная на следующей схеме.

Система двухконтурная, построенная на двух ПИ-регуляторах.

Суть вопроса. На выходе задатчика интенсиности (на входе регулятора скорости) напряжение прямолинейно возрастающее. Что будет на выходе регулятора скорости, а что будет на выходе регулятора тока?

Я нарисовал обычную передаточную характеристику ПИ-регулятора и сказал, что наклон будет изменяться в зависимости от постоянной времени. Преподаватель сказал, что это неправильно.

Спросил у людей, которые работают с этими регуляторами вживую - мне нарисовали следующие схемы:
Слева при линейно возрастающем, а справа - при постоянном напряжени.

Спросил - где можно найти примеры этих характеристик, чтобы разобраться, как они получаются - они не знают.

Регулятор скорости настроен на симмитричный оптимум, а регулятор тока - на модульный оптимум.
Кто-нибудь сталкивался с этими характеристиками и не знают ли литературу или хоть какой-нибудь источник, где можно было бы найти эти графики и объяснить их построение

В англоязычной литературе это называется cycloconverter.
Хорошее описание принципов циклоконвертеров есть в книге "Modern power electronics and AC drives" Bimal K. Bose

Так это же двигатели переменного тока. Разве для постоянного двигателя все будет аналогично?

Я извиняюсь, а составлять передаточные функции и решать их Вас не учили?
Это же основы ТАУ.



Любой учебник по ТАУ и САУ с электроприводами постоянного тока + ТОЭ.
Башарин, Чинаев, Вешеневский, Зимин.., Бессонов.

P.S.
В общем случае, определить характер сигналов на выходе регуляторов можно только с оговорками, т.к. зависит это от многих параметров.
Например, при сигнале задания "ступенька" (функция Хэвисайда) вид сигналов регуляторов более определяем, чем при линейно-нарастающем, т.к. в последнем случае система может и не выйти на ограничение тока.

Типичные переходные процессы ( скорость и ток ) в нереверсивном приводе постоянного тока с питанием от тиристорного преобразователя с ПИД-регулятором по скорости и ограничением пускового тока.


P.S.
Если известна передаточная функция системы, то реакция на произвольное воздействие, в т.ч. линейное, может быть определена через интеграл Дюамеля.

Сообщение отредактировал Herz - Nov 1 2013, 08:44

Буду очень рад и очень Вам признателен, если Вы зададите мне направление, а я уже дальше попробую построить самостоятельно для своего случая.

У меня есть передаточные функции. Описываемая выше схема характеризуется следующей структурной схемой:


Структурную схему я расчитывал. Все ее параметры у меня есть. Просто я не знаю, как лучше получить графики.

Т.е. эту структурную схему можно промоделировать в какой-нибудь системе и посмотреть сигналы в каждой из ее точек. Верно? А как поступать с обратными связями? Они же будут влиять на выходной сигнал с регуляторов?
А в какой системе Вы моделировали вышеприведенный график?

Врукопашную считать системы вполне возможно, во всяком случае в линейных или приводящихся к линейным случаях.
Тому порукой то, что я, студентом, лично считал на логарифмической линейке ( даже не на калькуляторе ) именно такие САУ подчиненного регулирования.

Чтобы вычислить переходной процесс в какой либо точке, необходимо составить передаточную функцию относительно нее и возмущающего воздействия ( например сигнал задания или момент возмущения) и далее решать операторным методом.
Для облегчения расчетов можно сделать некоторые упрощения, пренебрегая малыми постоянными и считая такие звенья безинерционными ( тахогенератор, фильтр датчика тока, тиристорный преобразователь ).

Наиболее полно такие системы можно исследовать в специализированных симуляторах динамических систем, например VisSim ( есть свободная русская версия, искать по фамилии Клиначев ), а также есть отечественная бесплатная МВТУ ( разработка Бауманского ).
График приведен из VisSim.

Если будут вопросы - велкам.

Сам переходной процесс всей системы у меня есть. Он выглядит следующим образом:

Получал я его методом трапеций через номограммы Солодовникова по ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого контура скорости:



Скачал VisSim v5.0e по следующей ссылке:
http://model.exponenta.ru/download.html
Т.е. я могу построить в нем свою систему, а затем промоделировать и просматривая сигналы на выходах регуляторов при определенном задающем состоянии. При этом я получу нужные мне графики. Верно?

Да.

Сообщение отредактировал Herz - Nov 1 2013, 08:45

Пытаюсь построить, но не получается разобраться, как именно нарисовать эту схему - раньше не работал в VisSim.
Пока получается вот так.

Но модель пока не работает. Нужно каким-то образом получить линейно возрастающее напряжение, но пока не вижу способа. Как лучше это сделать?

Есть грубые ошибки?

Если подавать постоянный сигнал, то получается вот такие всплески.
Красный - на выходе регулятора скорости. Синий - на выходе регулятора тока.

Попробую Вас проконсультировать завтра (в пределах рабочего дня - следите), сегодня увы - уже нет времени на это.

Ок. Буду следить.

Попробую написать, в чем мне получилось разобраться и в чем я застрял.
На схеме отображены следующие передаточные функции звеньев:


Постоянные:
Тт=0.02 сек
Тм=0,423 сек
Тμ=0,01 сек
Тэ=0,0664 сек

Коэффициенты и постоянные:
ас=bc=aт=2
Кс=Кдт*Кш=0,023 - коэффициент обратной связи по току;
Кт=Ксд*Ктг=0,306 - коэффициент обратной связи по скорости;
Св=12,056 - конструктивная постоянная двигателя
Rэ=0,05559 - полная цепь якорной цепи
Кт=0,023424
Ктп-76,986

Ткже прочитал, что когда электромеханическая постоянная времени Тм больше 4*Тμ, то обратной связью по Э.Д.С. можно пренебречь, т.е, как я понял структурную схему можно упростить до следующего состояния:


На схеме я также убрал сумматор с током статора между якорной цепью двигателя и механической частью.

В VisSim нашел блок генератора, который отвечает за линейно возрастающий сигнал (Ramp), но так получается что сигнал линейно возрастает, но сигналы на выходах регуляторов скорости и тока начинают возникать неугасающие колебания с огромными амплитудами:
Вот они:


На всякий случай приложу файл VisSima:
http://www.sendspace.com/file/vvvilv

В самом первом сообщении я приводил рисунок, который мне нарисовал наладчик, который налаживает эти шахтными подъемные установки. Он график так:
На выходе скорости сначала происходит бросок задания, который обусловлен первоначальным троганием двигателя. Также сказал, что бросок возможно обусловлен перерегулированием симметричного оптимума (у меня он задан для регулятора скорости). Затем происходит работать с динамическим током (двигатель разгоняется), затем тока спадает и работает на определенной скорости. На выходе регулятора тока скорость в первоначальный момент трогания имеет ступеньку перерегулирования (возможно из-за модульного оптимума), но в целом повторяет сигнал задания на входе регулятора скорости.
Я так понял, что у меня должны быть подобные графики, но у меня вообще непонятно что.

Где я ошибся?

Прежде всего подумайте над тем, что в реальной системе присутствуют ограничения сигналов.
Например, если мы используем операционные усилители (питанием 10 V) в качестве решающих элементов и Slope = 1 V/s, то через
10 s усилитель войдет в насыщение и сигнал на выходе не превысит 10 V, что моделируется блоком Limit с порогами +/- 10 V.

Тоже самое относится к другим блокам-усилителям, например тиристорному преобразователю (ТП), регуляторам и др.
Впрочем, если сигнал на входе ТП не превысит максимально допустимый, то и выход тоже не превысит.


Следующий этап - составление моделей отделных узлов:

ПИ-регулятор скорости.
Схема его примитивна - пропорциональная ветка и ветка с интегратором, каждая со своим коэф. передачи + сумматор.
Однако реальная схема, как уже указывалось выше, должна включать ограничители. Используем блок интегратора-ограничителя.
Ставить обычный интегратор + ограничитель - нельзя, хотя сигнал и будет ограничен, но выхода, а не интегратора, а это нарушение физичности.
Итого:


Дабы упростить чтение схемы, группируем параметры в блок Parameters, а ПИ-регулятор канала скорости - в блок PIS.


Теперь попробуем сделать САУ на основе созданного регулятора.
Пусть объект управления - инерционное звено первого порядка (апериодическое) с постоянной времени Ta=1 s
Замкнем обратную связь через сравнивающий элемент - сумматор-вычитатель и посмотрим на график переходного процесса.
Как видим, при заданных наобум параметрах, видна быстрая отработка пропорциональным звеном и медленная "доводка" выхода до номинального значения интегрирующим звеном.
В общем САУ худо-бедно работает

Я попробовал сделать просто с ограничителем выше приведенный свой вариант - результат тот же.




Способом ввода переходной функции, просимулировать систему нельзя?

А что у Вас обозначено под Ksp, Ksi, LU, LD?

Можно, но я делаю для нагладности из отдельных звеньев.
Ksp - коэф. передачи пропорционального канала
Ksi - к.п. интегрального канала
LU, LD - пределы ограничения верхний и нижний, соответственно.

Пример САУ с ПИ-регулятором и инерционным звеном:
(точнее, здесь выключен интегральный канал, т.е. это только П-регулятор - статическая система с наличием ошибки выхода)


А вот и ПИ-регулятор:


Сообщение отредактировал Herz - Nov 1 2013, 08:46