ŠTUDIJSKO LETO REGULACIJSKI SISTEMI VAJE 199899 LABORATORIJ ZA REGULACIJSKO

Regulacija EM je tipičen primer kaskadne regulacije

Študijsko leto Regulacijski sistemi Vaje

1998/99 Laboratorij za regulacijsko tehniko Simulacije

1. Regulacija armaturnega toka

Regulacija EM je tipičen primer kaskadne regulacije. Osnovni krog je regulacija toka. ki je del zanke za regulacijo hitrosti, le-ta pa je podrejena regulaciji vrtilne hitrosti. Tak je tudi vrsten red poteka optimizacije. Prvo določimo vrednosti PI-regulatorja, ki zagotavlja tak tok, da bo ta čim bližji želenemu toku. Izbira časovne konstante sledi iz enačbe, ki opisuje regulacijski blok armaturnega toka in je enaka:

K
onstanta PI-regulatorja je izbrana tako, da kompenzira manjšo časovno konstanto od dveh sistemskih časovnih konstant T₁ in T₂. Kompenzacija časovne konstante T_n namreč nima smisla, kar ta zaradi svoje majhnosti ne vpliva na dinamiko regulacijskega kroga. Izbira je osnovana na ideji, da mora biti po končanem prehodnem pojavu statični pogrešek čim manjši, iz tega pa sledi, da mora biti statično ojačanje K_s čim večje. Statično ojačanje je večje v primeru, ko je regulacijski čas daljši. Natančneje je postopek opisan v knjigi, na strani 10-9.

Iz navodil prepišemo podatke in preračunamo vrednosti PI-regulatorja:

ŠTUDIJSKO LETO REGULACIJSKI SISTEMI VAJE 199899 LABORATORIJ ZA REGULACIJSKO

Rezultati simulacije so podani v obliki diagramov. Prvi diagram kaže tok armature. Ta je po pričakovanjih konstanten, kar je tudi bila tudi želja ob samem začetku optimizcije. Konstanten tok pomeni konstanten navor, ta pa, če seveda ne spreminjamo zunanje obremenitve stroja pomeni, da se motor vrti vedno hitreje. Potek hitrosti vrtenja prikazuje drugi diagram, tretji diagram pa prikazuje potek napetosti, ki je potrebna, da zadostimo konstantnemu toku.

2. Regulacija vrtilne hitrosti

Sledi optimiranje nadrejene zanke za regulacijo hitrosti. Celotno regulacijsko shemo prikazuje slika na naslednji strani, sicer pa zaradi lažjega izračuna zaprti krog regulacije toka nadrejenega PI-regulatorja nadomestimo s členom prvega reda, kjer upoštevamo poenostavitev K_nad = 1. Optimizacijo regulatorja opravimo po metodi simetričnega optimuma, celoten postopek pa je opisan v knjigi na straneh od 10-17 naprej. V splošnem gre za to, da izberemo konstante regulatorja tako, da bodo dinamične lastosti regulatorja čimboljše s tem da upoštevamo nekatera priporočila (npr. optimalno dušenje pri z = ½).

Celotena regulacijska shema, ki opisuje regulacijo enosmernega motorja se začne z želeno vrtilno hitrostjo. Vrtilna hitrost je pač tista, ki jo želimo nastavljati oziroma ohranjati na želeni vrednosti. Sledi ji PI-regulator celotnega sistema, temu pa sledi omejitev toka armature. Ta je nujna, saj si je težko predstavljati realen sistem, ki bi omogočal neskončni tok. Ne samo to, enosmerni motorji so na visoke tokove zelo občutljivi, tako da je maksimalen dovoljen tok le malo večji od nazivnega. Seveda pa zaradi tega trpi dinamika sistema. Sledi PI-regulator notranjega regulacijskega kroga (regulacija armaturnega kroga). Nato sledi še omejitev priključne napetosti. Razlog je seveda isti kot pri toku. Sledi blok, ki prikazuje armaturo s stališča regulacijske tehnike. Na koncu moramo upoštevati še vztrajnost celotnega motorja, ki ga prikažemo z integratorjem. Izhod sistema je seveda vrtilna hitrost.

Nadomestna časovna konstanta regulacijskega kroga armaturnega toka je . Ostane še izračun konstant PI-regulatorja. Te so izračunljive po sledečih enačbah:

ŠTUDIJSKO LETO REGULACIJSKI SISTEMI VAJE 199899 LABORATORIJ ZA REGULACIJSKO

Rezultate simulacije so prikazani na naslednjih straneh. Prikazujejo primer delovanja stroja v realnem prostoru. Časovno si dogodki sledijo nekako takole: zagon enosmernega stroja v času 0,1 sekunde, nato se motor vrti neobremenjeno do tretje sekunde, ko nanj obesimo breme. Motor ob tem sicer rahlo “počepne”, vendar pa regulacija reagira tako, da poveča tok armature, ki je zaradi konstantnega zunanjega bremena po prehodnem pojavu konstanten.

Ime in priimek: Datum: Pregledal:

Tags: študijsko, laboratorij, regulacijski, sistemi, 199899, regulacijsko