Дослідження регулювальних властивостей системи електроприводу ШИП-ДПС методами планування експерименту - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Дослідження регулювальних властивостей системи електроприводу ШИП-ДПС методами планування експерименту

Необхідність та принципи планування експерименту. Моделювання двигунів постійного струму та тиристорного перетворювача напруги. Складання математичної моделі системи електроприводу на базі "Широтно-імпульсний перетворювач – двигун постійного струму".


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Для дослідження статичних і динамічних режимів роботи електроприводів з електричними машинами постійного струму (МПС) необхідно скласти математичну модель у формі системи диференційних рівнянь або у вигляді передатних функцій. Для цього використаємо диференційні рівняння, з яких можливо одержати рівняння для статичних режимів, прирівнявши похідні функцій до нуля.[2]
Математична модель електричної машини (ЕМ) будь-якого типу складається з рівнянь електричної рівноваги всіх контурів ЕМ та рівняння руху.
На (рис. 2.1,а) наведено принципову схему двигуна постійного струму з незалежним збудженням, яку називають ще схемою паралельного збудження, тому що коло обмотки збудження підключено паралельно до кола якоря двигуна.[2] Вважають, що мережа постійного струму має необмежену потужність і її напруга не залежить від навантаження. Тому кола обмотки збудження і обмотки якоря є незалежними один від одного. У ряді випадків, особливо для двигунів великої потужності, напруга живлення обмотки збудження не відповідає напрузі живлення якірної обмотки. Крім того, в електроприводах, де швидкість обертання двигуна регулюється напругою якоря, живлення обмотки збудження повинно бути незалежним. Обмотка додаткових полюсів (ДП) і компенсаційна обмотка (КО), які створюють сприятливі умови для комутації і компенсації реакції якоря безпосередньо у процесі електромеханічного перетворення енергії участі не беруть. їх параметри враховуються при визначенні повних опорів та індуктивностей якірного кола.
З урахуванням викладеного, далі будемо розглядати спрощену схему двигуна постійного струму з незалежним збудженням (рис. 2.1,б).
Рисунок 2.1 - а) МПС с незалежним збудженням, б) схема заміщення
Рівняння двигуна постійного струму:
Аналіз (2.1) свідчить про те, що перші два рівняння - це рівняння Кірхгофа для кіл збудження та якоря машини, а останній член рівняння якірного кола - ЕРС двигуна, яка згідно із схемою включення (див. рис. 2.1,б) при дорівнює:
де конструктивна стала двигуна; N - кількість активних провідників якоря; а - кількість паралельних витків якірної обмотки.
З урахуванням (2.2) момент двигуна:
Отже, систему рівнянь (2.1) з урахуванням (2.3) можна записати у такому вигляді:
де - електромагнітні сталі часу обмотки збудження та якірної обмотки:
З урахуванням виразів складемо структурну схему у вигляді, що наведено на рис. 2.2.
Рисунок 2.2 - Структурна схема ДПС с незалежним збудженням
Модель має два входи керування: - керування напругою в якірному ланцюзі, - управління в ланцюзі обмотки збудження та один вхід по збудженню - збудження по моменту навантаження.
Параметри схеми заміщення МПC-НЗ розраховані за відомими рівняннями і зведені до таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 - Параметри електроприводу
Номінальний коефіцієнт магнітного потоку, :
Моделювання широтно-імпульсного перетворювача (ШІП)
Зміна величини напруги на навантаженні за допомогою імпульсних перетворювачів (ІП) називають імпульсним регулюванням.
За допомогою імпульсного перетворювача джерело напруги періодично підключається до навантаження. В результаті на виході перетворювача формуються імпульси напруги. Регулювання напруги на навантаженні можна здійснити трьома способами [2]:
- зміною інтервалу провідності ключа при постійній частоті перемикання (широтно-імпульсний);
- зміною частоти перемикання при постійному інтервалі провідності ключа (частотно-імпульсний);
- зміною частоти перемикання і інтервалу провідності ключа (час-імпульсний).
При цьому регулюється відносний час провідності ключа, що призводить до плавного зміни середнього значення напруги на навантаженні (у нашому випадку на якорі ДПТ)
Основним варіантом реверсивного ШІП з виходом на постійному струмі є мостова схема (рис. 2.3), виконана на чотирьох транзисторних ключах ТК1-ТК4 , шунтуючих діодах.[2]
Рисунок 2.3 - Схема транзисторного широтно-імпульсного перетворювача
Кожен транзисторний ключ крім вихідних транзисторів містить передвихідній каскад, блок захисту і управління. Всі ці пристрої не завантажуються силовим струмом, що протікає через навантаження. Надалі розглядається методика розрахунку струмів, що протікають тільки через вихідні транзистори і включені зустрічно-паралельно їм діоди.
У квазіусталеному режимі електромагнітні процеси навантаження описуються наступними диференціальними рівняннями у відносних величинах:
де А = 1 при двополярній вихідній напрузі, А = 0 - при однополярній, .[2]
Середня напруга на виході ШІП визначається з рівнянь:
Струм в якорі містить середню (гладку) складову і пульсуючу складову . Гладка складова струму обумовлена середнім значенням напруги на якорі і сталою швидкістю обертання:
Рівняння (2.8) одночасно описують і механічні характеристики виконавчої машини, оскільки момент на валу визначається лише гладкою складової струму.
Як випливає з (2.8) механічні характеристики системи ШІП - двигун постійного струму являють собою сімейство прямих з постійним кутом нахилу до осі абсцис перетинають осі ординат при (за несиметричного і почерговому керуванні) або при (при симетричному керуванні).[2]
Таким чином, механічні характеристики системи ШІП - двигун постійного струму аналогічні механічними характеристиками системи генератор - двигун. Імпульсне керування двигуном від ШІП практично не спотворює природних механічних характеристик двигуна.
Величина пульсуючої складової знаходиться з рішення системи рівнянні (2.9), її узагальнений вираз має вигляд:
Середні та ефективні струми в якорі машини, в силових транзисторах і діодах і в джерелі живлення можуть бути визначені за спрощеним виразів, якщо прийняти, що миттєвий струм якоря змінюється за законом:
Моделлю системи може бути модель представлена на рис. 2.4 виконана в пакеті "Matlab".
Рисунок 2.4 - Функціональна блок схема ШІП
Генератор пиловидних коливань "1" виробляє коливання пилоподібної форми з періодом рівним періоду комутації транзистора , і амплітудою рівній "10" форма яких представлена на рис. 2.5.
Рисунок 2.5 - Сигнал 1 на вході компаратора
Блоки "2" і "3" формують зростаючу в часі функцію, нахил якої може регулюватися зміною коефіцієнта блоку "3". У нашому випадку коефіцієнт має бути рівним амплітуді пиловидних коливань.
Передбачається, що формування імпульсів відбувається з мінімального значення «скважності» прийнятого, наприклад . Змінювати початкову частота можна змінюючи значення блоку "4". Із зростанням часу буде зменшуватися різниця функцій після суматора "5". Обмеження цього різницевого сигналу за допомогою блоку обмеження "6" дозволить надалі отримати номінальну частоту.
Вид отриманого різницевого сигналу з обмеженням представлений на рис. 2.6.
Рисунок 2.6 - Сигнал 2 на вході компаратора
Цей сигнал надходить на вхід компаратора "7" спільно з сигналом від блоку пиловидних коливань. На компаратор ці два сигналу порівнюються, і в моменти часу коли функції виявляються рівними, компаратор "7" на виході видає одиничний імпульс. Сигнал з виходу компаратора показано на рис. 2.7. Розглянуто не весь час пуску, а тільки три періоди комутації ключа через сильне захаращення графіка.
За допомогою підсилювача "8" отримані імпульси посилюються до необхідної величини напруги.
2.2 Досліджувана модель системи електроприводу ШІП-ДПС
Математичною моделлю системи ШІП-ДПС для плавного пуску буде модель звичайного ДПС, з тією лише різницею, що на якір напруга повинна подаватися імпульсами зі зростаючою скважністю.
На графіках представлено результати математичного моделювання системи електроприводу ІШП-ДПС:
Рисунок 2.8 - Графік перехідного процесу плавного пуску ШІП-ДПС
Рисунок 2.9 - Графік перехідного процесу плавного пуску ШІП-ДПС
Рисунок 2.10 - Графік перехідного процесу плавного пуску ШІП-ДПС
Рисунок 2.11 - Графік перехідного процесу плавного пуску ШІП-ДПС
Рисунок 2.12 - Графік перехідного процесу плавного пуску ШІП-ДПС
3 ПЛАНУВАННЯ ПОВНОГО ФАКТОРНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ
В якості об'єкту дослідження розглянуто систему електроприводу “Широтно-імпульсний перетворювач - двигун постійного струму” (рис. 3.1).

де: - вхідні параметри, що підлягають керуванню; але , тому опускаємо цей параметр; Pсум, Вт - параметри оптимізації; ,,- параметри, що створюють шуми в системі.
При дослідженні параметрів системи ШІП-Д, як основний критерій оптимізації, згідно варіанту, прийнято сумарну споживану потужність двигуна. Під моделлю процесу розуміємо функцію відгуку .
Сумарна споживана потужність розрахована як .
Експеримент, в якому реалізуються всі можливі комбінації факторів, називають повним факторним експериментом (ПФЕ).[3]
При варіюванні факторів на двох рівнях необхідно і достатньо експериментів, де - кількість рівнів; - кількість факторів.
Побудова плану ПФЕ зводиться до вибору експериментальної точки симетрично відносно до нульового рівня. Для спрощення запису вводять кодовані значення:
Ці значення виходять з наступного перетворення:
- натуральне значення інтервалу варіювання;
План ПФЕ для двох факторів: , де необхідна і достатня кількість дослідів має вид представлений на рис. 3.2
Рисунок - 3.2 Графічне трактування плану експерименту
Як вже було зазначено раніше при дослідженні параметрів системи широтно-імпульсний перетворювач - двигун постійного струму за критерій оптимізації прийнято сумарну споживану потужність двигуна.[3,4]
В даному курсовому проекті кількість експериментів дорівнює 4, а кількість повторних - 3. Точка на вихідній поверхні - центр плану: . Інтервали варіювання знаходяться в діапазоні , . Матриця планування експерименту в реальних факторах має вигляд:
Похибку експерименту моделюємо як нормально розподілену з параметрами: .
Для оцінки точності експерименту в кожній й точці факторного простору проводять дослідів. Це так звані паралельні досліди. В результаті отримуємо значення , досліджуваний параметр, до якого додаємо похибку, яка була викликана оточуючим середовищем та різними факторами, та знаходимо середнє значення.
План ПФЕ для двох факторів. для досліджуваної системи зведений до таблиці 3.1
Таблиця 3.1 - Матриця планування експерименту
Дисперсії відтворюваності, перевірка гіпотез відтворюваності дослідів здійснюється по критерію Кохрена.
Використовуючи пакет програм статистики Statgraphics plus 5.0 відтворюємо карту Парето приведену на рис. 3.3.
На карті Парето (рис.3.3) добре видно, що фактор має статистично значуще вплив на проведення експерименту. Фактор , а також взаємодія цих двох факторів можуть вважатися неважливими.[3]
Рисунок 3.3 - Карта Парето регресійної моделі
Рисунок 3.4 - Графічні залежності впливу значимих лінійних факторів на цільову функцію
Аналіз лінійних і змішаних факторів (рис. 3.4 і 3.5) показує, що фактори і мають:
1) протилежні кореляції під впливом значимих лінійних факторів на цільову функцію (рис. 3.4);
2) однакові кореляції під впливом змішаних факторів на цільову функцію (рис. 3.5).
З графіка взаємодій видно, що фактор має більший вплив на проведення експерименту.
Рисунок 3.5 - Вплив змішаних факторів на цільову функцію
Рисунок 3.6 - Поверхня функції відгуку та її контурний графік
Згідно з рис. 3.6 контурний графік свідчить, що мінімальні втрати для системи ШІП-ДПС спостерігається, коли фактор знаходиться між і за умови, що фактор в діапазоні .
3.3 Знаходження коефіцієнтів рівняння регресії
3.3.1 Розрахунок коефіцієнтів регресії
Для запобігання систематичних похибок, що спричинені зовнішніми факторами, рекомендується рандомізація (розташування об'єктів у випадковому порядку) випробувань, що дозволить виключити систематичні впливи факторів, що не контролюються.[3,5]
Оцінка коефіцієнтів рівняння регресії розраховуються по формулі:
де - середнє значення параметра оптимізації в -ому вектор-рядку; - кількість вектор-рядків; - кількість факторів.
3.3.2 Знаходження дисперсії відтворюваності
Дослід вважається статично відтворюваним, якщо дисперсії вимірювань функції відгуку у кожній точці експерименту однакові. Така властивість називається однорідністю дисперсій. Оцінка дисперсії для кожної ї точки факторного простору визначається по формулі:
де - середнє значення параметра в й строчці; число паралельних іспитів; - значення вихідного параметра в й строчці.
Гіпотезу по відтворюваність дослідів перевіряють за допомогою критерію Кохрена. Розрахункове значення критерію Кохрена розраховуємо по формулі:
де - числа степенів вільності дисперсій відповідних рядків.
Для заданого за спеціальної таблицею знаходимо ., який дорівнює
Розрахунок дисперсії відтворюваності:
3.3.3 Розрахунок дисперсії коефіцієнтів регресії
Обчислюється дисперсія середнього значення:
де кількість повторних спостережень у кожному рядку.
Розрахунок дисперсії коефіцієнтів регресії.
Звідси похибка коефіцієнтів регресії дорівнює:
3.3.4 Перевірка значимості коефіцієнтів регресії
Для кожного коефіцієнту обчислюємо статистику
Якщо виконується умова , то коефіцієнт статистично значимий:
Лінійна модель адекватна, тому що коефіцієнт взаємодії не значимий .
На рис. 3.7 представлена поверхнева функція відгуку лінійної моделі.
Рисунок 3.7 - Поверхня функції відгуку
3.3.5 Перевірка моделі за критерієм Фішера
де n - Кількість експериментів (5);
Рівняння для визначення критерію Фішера:
Yx - значення координати дослідження отримано з регресійного рівняння при підставці у нього значень факторів.
Перевірка адекватності моделі за критерієм Фішера Fтаб=19.3:
За отриманими даними робимо висновок, що моделі цілком та повністю адекватна.
В ході виконання даного курсового проекту була складена математична модель системи електроприводу на базі щиротно-імпульсний перетворювач напруги - двигун постійного струму незалежного збудження з регулюванням напруги на якорі та обмотці збудження. По відомим параметрам електроприводу були розраховані невідомі, які використовувались при моделюванні. Виконане імітаційне моделювання роботи електропривода зі зміною напруги на якорі () і обмотці збудження () при заданому моменті навантаження (), та досліджена сумарна споживана потужність з урахуванням імітації похибки вимірювання. Для цього до кожного значення сумарної споживаної потужності додано похибку за допомогою генератора випадкових чисел.
Далі, згідно з планом до курсового проекту, було складено та проведено план ПФЕ . Отримано матрицю планування експерименту, де зазначено величину напруги на якорі та обмотці збудження у відносних та абсолютних величинах і параметр оптимізації, сумарна споживана потужність, при різних значеннях похибки вимірювання. За допомогою програмного пакету Statgraphics plus 5.0 було побудовано карту Парето, яка характеризує величину впливу на систему вхідних параметрів.
За отриманими експериментальними даними оцінено коефіцієнти лінійної моделі . Перевірено статистичну значимість коефіцієнтів, для чого було:
1) обчислено оцінку дисперсії відтворення (параметра оптимізації);
2) обчислено оцінку дисперсії середнього значення;
3) обчислено оцінку дисперсії коефіцієнтів регресії;
4) перевірено статистичну значимість коефіцієнтів за критерієм Ст'юдента.
Проведено рототабельне центральне композиційне планування, яке складається з плану ПФЕ - основа плану, та доповненими дослідами в центрі плану та дослідами від центру плану на відстані зіркового плеча. Загальна кількість дослідів дорівнює дев'яти. Отримано нову матрицю планування експерименту для РЦКП, розроблена Карта Парето регресійної моделі, яка характеризує вплив кожного фактору на сумарну споживану потужність двигуна.
При обробці результатів розрахунків експерименту було отримано рівняння регресії. Обробка отриманих рівнянь регресії дозволила представити отримані дані графічно - отримати поверхню відгуку зміни досліджуваного параметру від змінних чинників.
Графічна обробка математичних поліномів дозволяє вивести оптимальні параметри здобуття необхідної величини сумарних втрат в обмотках двигуна, що володіє необхідними властивостями.
Аналіз рівняння регресії при двох змінних дозволяють оцінити поверхню відгуку на основі вивчення значень коефіцієнтів регресії. Визначальним фактором, що впливає на параметр, який оптимізуються, є величина напруги на обмотці збудження.
1. Монтгомери Д.К. Планирование эксперемента и аналіз даннях: Пер. с англ. - Л.: Судостроение, 1980.-384с., ил.
2. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0.:Учебное пособие. - СПб.:КОРОНА, 2011-381с.
3. Конспект лекцій з дисципліни: “Теорія планування експерименту”, Сидоренко В.М., 2010.
4. Шкляр В.Н. Планирование эксперимента и обработка результатов. /Конспект лекций для магистров по направлению 220200 “автоматизація и управление в технических (мехатронных системах) системах”. - Издательство Томского политехнического университета, 2010.
5. Спирин Н.А., Лавров В.В. Методы планирования и обработка результатов інженерного эксперимента. Конспект лекций (отдельные главы из учебника для ВУЗов). - Екатеринбург, 2004.
Аналіз планування експерименту, його необхідність та основні принципи, регресійний аналіз. Моделювання двигуна постійного струму, тиристорного перетворювача. Карта Парето регресійної моделі. Ротабельне композиційне планування, оцінка адекватності моделі. курсовая работа [716,6 K], добавлен 27.02.2012
Складання системи рівнянь за законами Кірхгофа. Визначення струмів у всіх вітках схеми методом контурних струмів, вузлових потенціалів. Розрахунок розгалуженого електричного кола гармонійного струму. Моделювання електричного кола постійного струму. контрольная работа [3,5 M], добавлен 07.12.2010
Основні фундаментальні закономірності, зв’язані з отриманням сигналу. Розробка технічного завдання, структурної схеми. Аналіз існуючих методів вимірювання струму. Попередній розрахунок первинного перетворювача, підсилювача потужності та напруги. курсовая работа [601,5 K], добавлен 07.02.2010
Короткі відомості про системи автоматичного регулювання та їх типи. Регулятори: їх класифікація та закони регулювання. Розробка моделі автоматичного регулювання в MATLAB/Simulink і побудова кривої перехідного процесу. Аналіз якості функціонування системи. курсовая работа [402,4 K], добавлен 20.11.2014
Проектування вимірювальних приладів. Використання приладів з цифровою формою представлення результатів вимірювань. Включення семисигментного індикатора. Робота цифрового вольтметра постійного струму. Розробка топології та виготовлення друкованої плати. курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.06.2011
Класифікація цифро–аналогових перетворювачів. Технічні характеристики та призначення основних блоків перетворювача з матрицею постійного імпедансу. Діаграма функції перетворення, частота перетворення зміни коду. Ідентифікація та корекція похибок. курсовая работа [1,0 M], добавлен 15.10.2013
Аналіз активного опору змінного струму, індуктивності, ємності, вивчення явища резонансу напруг. Визначення миттєвого значення струму в колі з ємністю. Розрахунки його характеристик, побудова векторних діаграм на підставі експерименту і розрахунку. лабораторная работа [345,7 K], добавлен 13.09.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Дослідження регулювальних властивостей системи електроприводу ШИП-ДПС методами планування експерименту курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат по теме Расчет зануления. Вентиляция на рабочем месте монтажника.
Реферат по теме Понятие сплошной среды
Реферат Как Написать Цель И Задачи
Курсовая Работа На Тему Принципы Внедрения Системы Бюджетирования В Организации
Решение Итоговых Контрольных Работ
Доклад: Международный суд ООН
Применение Механизма Гчп В Сфере Жкх Реферат
Дневник По Практике 1с
Реферат по теме Гипотеза возникновения человечества
Реферат Осьминоги 7 Класс
Технологическая Проектно Технологическая Практика Дневник
Отредактировать Диссертацию
Сочинение На Тему Жизнь Бесценный Дар
Духовные Ценности Человека Эссе
Название Сочинений По Теме Правила Этикета
Реферат: Кредиты как основной элемент, структура кредитной системы Украины
Контрольная работа по теме Расчет нестандартной цифровой многоканальной системы передачи
Реферат по теме Право, его роль в жизни общества и государства
Сочинение По Проблеме Ощущения Родины По Конецкому
Эссе Театр Меняет Взгляд На Жизнь
Языкознание и социология - Иностранные языки и языкознание презентация
Осуществление личных прав и свобод - Государство и право курсовая работа
Внутрішня політика Людовіка IX Святого - История и исторические личности реферат