Шпоры по системам управления электроприводом (СУЭП) - файл n1.doc

приобрести
Шпоры по системам управления электроприводом (СУЭП)
скачать (5018.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc5624kb.23.01.2009 00:16скачать

n1.doc

Б№1 Назначени и класификация систем управления электроприводами
назначение Сформировать и осуществить совокупность управляющих воздействий на двигатель обеспечивающих необходимое по технологическим и технико экономическим требованиям движения рабочего органа производственной установки. (задачи) 1. Стабилизацию некоторой координаты объекта управления. 2.Програмное управление по заранее известному закону. 3. Слежение за некоторой измеряемой величиной закон измирения которой заранее известен. 4. Самонастройку СУ на оптимум какого либо показателя объекта управления.

Авторизироваеые системы подразделяются на 2 типа: незамкнутые—без учета результатов упрвляющего воздействия на объект управления. замкнутые-с учетом через обратные связи результата воздействия на объект управления. Для замкнутых систем основным принципом управления является принцип обратной связи, означающий упраление по отклонению результата от задания. Дополнение к этому принципу является комбинированное управление когда кроме отклонения от задания вводится в упрвление возмущающие воздействие или дополнительно производственные величины задания. Дополнительыми признаками классификации являются: Уровень управления- верхний(технологический) нижний(формирующий свойства электропривода). Тип двигателя, Способы управления(модальное управление, каскадное управление, частотное скалярное управление, частотное вектороное управление). Технологическая координата электропривода(скорость рабочего органа, положение рабочего органа).

Б№2 Логические переменные, их свойства операции над ними. Комбинационные и последовательные устроцства обработки логических данных.

Комбинационные микросхемы

F(x)- фу-ия логической обработки вектора . Основная особенность комбинационных микросхем в том, что значение на выходе определяется тоько значением комбинационных сигналов подаваемых на вход.



Типы комбинационных схем:

-логические элнмнеты И,ИЛИ,НЕ

-дешифратор(преобразует 2 код)

-память

-ПЛМ(программ. логическая матрица)

2. Последовательные микросхемы. Основное св-во



Памяить на 1 такт

Yi=f()

  • R S

  • Q

  • 0 1

  • 1 0

  • 0 0

  • 1 1

  • 1

  • 0

  • Qi-1

  • запрещенно

Логические функции

Коньюкция- ИЛИ

Дизюкция И

Законы алгебры логики:=а, а+…+а=nа=а; а+=1

Переместительный закон: ав=ва, а+в=в+а:

Сочетательный закон: (а+в)+с=а+(в+с)

Закон поглащения:а(а+в)=а: а(а+в)(а+w)=а: а+ав=а: а+ав+..+аw=а

Закон склеивания. ав+а=а: (а+в)(а+)=а

Закон Моргана::

:
Б№3 Релейно-контакторные системы управления

Под термином РКСУ понимают логические системы управления построенные на релейно-контакторной элементной базе и осуществляющие автоматизацию работы двигателей. В задачу РКСУ входит автомаизация следующих процессов:

включение и отключение двигателей, выбор направления и скорости вращения, пуск и торможение двигателя, создание временных пауз в движении, защитное отключение двигателя и остановка механизма. Непосредственным объектом управления для РКСУ является двигатель питаемый от сети. К достоинствам РКСУ относится:наличие гальванической развязки цепей, значительную коммутационную мощность, высокую помехоустойчивость, возможность использования единичного источника питания для силовых и управляющих цепей. Недостатки РКСУ являются: контактная коммутация, требующая соотетствующего ухода за аппаратурой и ограничивающая срок ее службы; ограниченное быстродействие; повышенные массогабаритные показатели и энергопотребление. В составе РКСУ можно выделить по функциональному назначению 2 части. Управляющую формирующую алгоритм управления и исполнительную, непосредственно осуществляющая управляющие воздействие на двигатель.



Общая функциональная схема РКСУ.

На ней изображен функциональный состав РКСУ в виде узлов и отмечена их взаимосвязь. Важнейшей типовой фу-ей возлагаемой на РКСУ является защита электрической и механической частей электро привода от аварийных режимов. Аварийными режимами в цепях двигателя могут быть короткие замыкания, кратковременные и длительные перегрузки , перебои в электроснабжении.
4. Защиты в электроприводе
1.1.1Максимально-токовая защита
Назначение - защита от токов к.з. Осуществляется плавкими предохранителями, автоматическими выключателями с максимально-токовыми расцепителями, реле максимального тока.           1)Защита АД с КЗР (IП)
1.1)с помощью плавкой вставки
а) нормальный пуск (tП < 5с):IВСТ.Н = 0,4IП;
б) тяжелый пуск (tП  10с):IВСТ.Н = 0,6IП  = 3IН.
Плавкая вставка при длительных пере-грузках не защищает.
Чтобы плавкая вставка за время пуска не перегорела, пусковая диаграмма двигателя должна лежать ниже время-токовой зависимости плавкой вставки (см. рисунок 2.20).


1.2)с помощью автоматических выключателей и реле максимального тока
IУ = (1,2+1,3)IП.
2)Защита АД с ФР и ДПТ  (I1  2,5 IН)
2.1) с помощью плавких вставок :IВСТ  1,25 IН;  2.2) с помощью автоматов и реле максимального тока: IУ  1,25 I1.                       Схему управления двигателей при мощности меньше 10 кВт защищают теми же аппаратами, при Р  10 кВт - своими.
1.1.2Минимально-токовая защита
Защита СД и ДПТ от обрыва цепи обмотки возбуждения. Осуществляется с помощью реле минимального тока (РОП - реле обрыва поля), которое включается в цепь контролируемой обмотки.
1.1.3Тепловая защита
Осуществляет защиту двигателя от перегрева, вызванного перегрузкой по току:а) при длительном режиме с помощью теплового реле и автоматов с тепловыми расцепителями;б) в повторном кратковременном режиме с помощью реле максимального тока.                                      Общим недостатком рассмотренных узлов защиты от перегрузки является их низкая точность (двигатель и шкаф могут находиться в разных помещениях, при разных температурах и т.п.), поэтому более точная защита строится на теплосопротивлениях, которые закладываются в обмотки ЭД .                                                               Часто АД имеют перегрузку по току из-за обрыва одной из фаз. Поэтому косвенно защиту от перегрузки можно построить, контролируя все фазы двигателя с помощью реле напряжения (РОФ). Оно включается между искусственным нулем и нулевой точкой фаз . У двигателей большой мощности подключается через трансформатор тока.                                                           При повторно-кратковременном режиме тепловую защиту осуществляет реле максимального тока.
1.1.4Нулевая защита (защита от самозапуска)
Обеспечивает отключение двигателя при снижении напряжения сети ниже допустимого, исключает несанкционированное включение при появлении напряжения сети.
Осуществляется:а) при кнопочном управлении с помощью линейных контакторов КЛ ;б) при управлении командоконтроллером с помощью специального реле напряжения РН.    РН выполняет в схемах так же и собирательную функцию, в цепь катушки РН включают контакты всех аппаратов защиты, которые есть в схеме. Последовательное включение двух контактов РН понижает надежность сети, но повышает надежность работы защиты.                                     Работа схемы: Для первоначального включения схемы ключ S необходимо перевести в нулевое положение, при этом получит питание катушка РН (при отсутствии аварийной ситуации в электроприводе) и встанет на самопитание через свой контакт РН. После этого, при переводе S влево или вправо включается соответствующий контактор. При снижении напряжения ниже допустимого отключается РН и, соответственно, ранее включенный контактор. Повторное включение схемы возможно лишь через нулевое положение ключа управления S.                                   В тех случаях, когда требуется самозапуск двигателя его подключение к питающей сети осуществляется либо через QF, либо через тумблер при малой мощности двигателя.
1.1.5Защита от затянувшегося, либо несостоявшегося пуска СД
Защита пусковой обмотки от длительного тока осуществляется с помощью реле обрыва поля и реле времени.Реле с выдержкой времени при отпускании (tУРВ   tП ДОП = (1060)с).                                                                     Алгоритм защиты: Если в течении времени, равном уставке РВ не произойдет подача напряжения на обмотку возбуждения, т.е. не включится РОП, пуск следует считать несостоявшимся и статор должен быть отключен от питающей сети.
1.1.6Защита от выпадания из синхронизма
Назначение: защищает СД, работающий с резкопеременной нагрузкой от выпадания из синхронизма при снижении напряжения сети.
Осуществляется с помощью реле форси-ровки (реле напряжения), посредством которого повышается напряжение на обмотке возбуждения .
Угловая характеристика показывает как меняется М в зависимости от угла . UC < UCН;  UВ < UВН - допускается в течении очень короткого времени. При снижении напряжения на 20% отключается РФ и включается КФ, который шунтирует RДОБ в цепи обмотки возбуждения возбудителя. Это вызывает увеличение напряжения и восстановление перегрузочной способности двигателя приблизительно на прежний уровнь.
1.1.7Защита от перенапряжений
Назначение: защищает обмотку возбуждения ДПТ и СД от перенапряжений, вызванных отключением, либо обрывом це-пи.Осуществляется с помощью разрядных рези-сторов, которые включаются как можно ближе к клеммам этих обмоток .                     Разрядный резистор RP выбирается из условий ограничения перенапряжений на уровне UПЕР СР  1000В. 1) UН = 110В;    RP = 9 RВ; 2) UН = 220В;    RP = 4,5 RВ; 3) UН = 440В;    RP = 2,25 RВ.                          Чтобы в нор-мальном состоянии при замкнутом ключе рези-стор не обтекался током ставят диод. IВН = UН / RВ, UПЕР СР = IВН RВ.                                      Примеры схем защиты от перенапряжения:1)неуправляемая схема ;Напряжение вдвое понижается, а ток не снижается (ток гасится). 2) неуправляемая схема;3) полууправляемая схема;
1.1.8Защита от превышения напряжения и скорости
Осуществляется с помощью реле макси-мального напряжения и, как правило, центробеж-ного датчика скорости .
1.1.9Путевая защита
Назначение: запрещает движение рабочего органа механизма далее конечного положения.
Ззащита осуществляется путевыми выключателями.
1.2Блокировки в системах АЭП
Назначение: блокировки повышают надежность систем АЭП за счет организации правильного порядка работы схем.
По назначению блокировки делятся:- защитные;- технологические.По исполнени:- внутренние (в данной АЭП);- внешние.
1.2.1Защитные блокировки
1) Блокировка замыкающего контакта пусковой кнопки (см. рисунок 2.39), где К - обеспечивает самопитание контактора при отпускании кнопки и нулевую защиту.2) Блокировка реверсивных контакторов.           Исключает одновременное включение реверсивных контакторов, одновременное срабатывание которых вызывает короткое замыкание питающей сети. 2.1) С помощью раз-мыкающих контактов пусковых кнопок. 2.2) С помощью размыкающих блок-контактов контакторов.2.3) С помощью механической блокировки подвижных частей контактора (принцип качель).                                                             Для повышения общей надежности при реализации схем кроме механической блокировки ставят одну из электрических блокировок.3) Блокировки путевые (аналог путевой защиты).
1.2.2Технологические блокировки
Обеспечивают определенную последовательность работы схем. Реле времени КТ3 выполняет роль внутренней технологической блокировки (РДТ), которое запрещает включение контактора противоположного направления, пока не закончилось динамическое торможение.
5. Конечные автоматы – определение, математическое описание, диаграммы и таблицы переходов и выходов.
Автомат - общее название устройств, предназначенных для обработки входной информации по заданному алгоритму с целью: определения, принадлежит ли информация некоторому множеству; порождения соответствующей выходной информации; выработки соответствующих управляющих воздействий. Цели могут быть достигнуты отдельно или в совокупности.

Под конечным автоматом понимается разновидность автоматов в которой ограничены множества входных и выходных сигналов а также ограничено множество состояний.

I – Вектор в выходных данных в общем случае понимаются символы а также сигналы

Y – вектор выходных воздействий автомата (может может не использоваться)

Q – вектор внутренних состояний автомата

Способы описания поведения автоматов

1. На основе функций переходов и выходов

Поведение автомата полностью определено, если заданы множества X, Y, Q, и функции - ? и ?:




?: Q х X ? Q, функция перехода . ?: Q х X ? Y, функция выхода
где Q - множество состояний автомата;X - множество входных сигналов;Y - множество выходных сигналов; ? - функция переходов в следующее состояние; ? - функция выходов.

Функции ? и ? есть декартово произведение множеств Q на X

Фунции переходов определяет новое состояние в которое переходит автомат под действием сигнала I из состояния Q

Функция выходов определяет выходное воздействие автоматов под действием выходного сигнала I

Ii х Qi ? Yi,

Разновидностью функций является секвинциальные последовательности

Секвенция – означает следование некоторый шаг. xi+qi ? qi+1

2 Таблица переходов – способ представления автоматов. Таблица переходов - двухвходовая таблица, строки которой отме­чены входными сигналами, а столбцы - состояниями автомата. На пере­сечении строки, отмеченной сигналом х, и столбца, отмеченного состоянием q, записывают состояние (qt, xt) = qt + l, в которое автомат переходит из состояния q под воздействием сигнала х

Например, пусть заданы множества X = {а, b, с} и Q = {1, 2, 3, 4}. Тогда таблице переходов некоторого автомата может соответствовать табл. 1.

Таблица 1. Представление автомата в виде таблицы переходов.




1

2

3

4

a:

2

2

2

4

b:

1

3

1

4

c:

1

1

4

4

В данном примере переход ? (а, 2) = 2; ? (c, 4) = 4, и так далее. Такие переходы соответствуют единичным (символьным) воздействиям. Иногда рассматривают цепочку воздействий, или строковые воздействия. Для автомата, поведение которого задано табл. 1, возможны следующие цепочки воздействий: ? (bc, 2) = 4; ? (bbb, 3) = 1. Первую функцию переходов определяют такие единичные воздействия: ?  (b, 2) = 3; ? (с, 3) = 4, вторую - ? (b, 3) = l; ? (b, l) = l; ? (b, l) = l.

3.Диаграмма переходов.Представление автомата в виде ориентированного графа - множест­ва узлов (или вершин), связанных в определенном порядке ребрами (дугами), - является более наглядным. При этом вершины соответству­ют состояниям автомата, а ребра - входным сигналам. Такое представ­ление также называют диаграммой переходов.Например, таблица переходов (табл. 1) будет представлена в виде диаграммы переходов так, как показано на рис. 1.

Рис1. Представление автомата в виде направленного графа (диаграммы переходов).

Недостатками представления автомата в форме диаграммы переходов является отсутствие … полноты контроля автоматов

6. Структурный синтез конечных автоматов

Метод синтеза рассмотрим на примере следующего автомата



Этапы синтеза

  1. По заданной диаграмме или таблице переходов записывают сенквенциальные последовательности.







Если можно то выполняют упрощение выражений в левой части сенквенциальной последовательности.







  1. Записывают выражения для выходных сигналов автомата.



  1. Координирование внутренних состояний автоматов.

Для того чтобы закодировать внутреннее состояние автомата применим двуичный код



 - внутреннее состояние автомата

  1. На основании таблицы внутренних состояний автоматов табл. 1 и таблица истинности RS- триггера получают таблицу возбуждения триггерных схем.



  1. Для единичных значений сигналов в табл. 2 записывают комбинации возможных внутренних состояний автоматов.








  1. В соответствии с сенквинциальными последовательностями запишем комбинации сигналов для каждого из входов RS- триггеров.

  2. На основании полученных уравнений составляют структурную схему автомата.




7. Программирование конечных автоматов на языке релейной логики

Релейная схема представляет собой две вертикальные шины питания, между ними расположены горизонтальные цепн, обра­зованные контактами и обмотками реле. Количества контактов в цепи произвольно, реле одно. Если последовательно соединенные контакты замкнуты, ток идет по цепи и реле включается (в при­мере на рис. 7.5 Lampl). Прн необходимости можно включить па­раллельно несколько реле, последовательное включение не допус­кается.



Правильная установка контактов включит лампу 1

В LD каждому контакту ставится в соответствие логическая переменная, определяющая его состояние. Если контакт замкнут, то переменная имеет значение ИСТИНА. Если разомкнут — ЛОЖЬ. Имя переменной пишется над контактом и фактически служит его названием.

Последовательное соединение контактов или цепей равноценно логической операции И. Параллельное соединение образует мон­тажное ИЛИ.

Цепь может быть либо замкнутой (ON), либо разомкнутой (OFF). Это как раз и отражается на обмотке реле и соответственно на значении логической переменной обмотки (ИСТИНА/ЛОЖЬ).

Приведенная на рис. 7.5 схема эквивалентна выражению:

Lampl := (Switchl OR Switch2) AND Switch3 AND ((Switch4 AND Switch6) OR Switch5);

Зрительное восприятие LD-диаграмм должно быть интуитивно понятным. Для России этому несколько мешает принятая систе­ма условных графических обозначений, базирующаяся иа амери­канском стандарте NEMA. Преимущество таких обозначений со­стоит в возможности применения символов псевдографики для построения LD-диаграмм.

Сопоставление обозначений базовых элементов LD и обозначе­ний ЕСКД приведено в таблице.

Контакт может быть инверсным — нормально замкнутым. Та­кой контакт обозначается с помощью символа |/| и замыкается, если значение переменной ЛОЖЬ. Происхождение этого обозна­чения связано с русской буквой И (инверсия), которую американ­цы вписывали в контакт (шутка). Инверсный контакт равнозна­чен логической операции НЕ.

Переключающий контакт образуется комбинацией прямого и инверсного контактов (см, пример на рис. 7.6).



Обмотки реле также могут быть инверсными, что обозначает­ся символом (/). Если обмотка инверсная, то в соответствующую логическую переменную копируется инверсное значение состоя­ния цепи.
8. Синтез систем дискретного управления электроприводами

Рассматриваемые в данной главе дискретные логические сис­темы управления (ДЛСУ) имеют дискретную элементную базу, т.е. могут выполняться на контактной и бесконтактной аппарату­ре с использованием реле, логических элементов, цифровых уз­лов, программируемых логических контроллеров. ДЛСУ осуществ­ляют автоматизацию движения рабочих органов установки в тех­нологических режимах. Это означает, что ДЛСУ вырабатывает и подает команды на выполнение в определенной последователь­ности операций: выбора направления и скорости движения, пус­ка, торможения, создания паузы, возобновления движения, а также защитного отключения электропривода и остановки рабо­чих органов в аварийных режимах. Установка может иметь несколько рабочих органов (РО), каждый из которых приводится в движение своим индивидуальным двигателем. Требуемый технологический режим таких установок осуществляется согласованной работой дви­гателей, которая обеспечивается ДЛСУ. К данным установкам мо­гут быть отнесены: лифт, имеющий в качестве РО кабину, дверь кабины, дверь шахты; станок с инструментальным магазином и с механизмом подачи инструмента; многокоординатный манипу­лятор и т. п.

В технологических режимах перемещения РО конечны в про­странстве и цикличны во времени. Во всем разнообразии воз­можных цикловых перемещений РО можно выделить некоторую типовую диаграмму движения, которая является составной час­тью практически во всех циклах. Это перемещение РО из одной позиции (А) в другую (Б) с возможным движением к следу­ющей позиции (В) или возвращением в исходную позицию (А) (рис.). Движение РО чередуется с временными паузами, необхо­димыми по технологическим ус­ловиям работы электропривода.



Исходным данным для синте­за ДЛСУ является заданный тех­нологический цикл движения РО, по которому составляется последовательность всех операций, необходимых для выполнения цикла. К таким операциям относятся загрузка РО, пуск двигателя для движения в нужном направлении с необходимой скоростью, торможение и остановка двигателя, создание паузы для разгрузки РО и т.д. Каждой отдельной операции соответствует определен­ная часть ДЛСУ — узел ДЛСУ. Такими узлами можно воспользо­ваться как «кирпичиками» для построения всей системы управле­ния. Выполняемый на основе узлов синтез носит название синтез методом типовых узлов.

Идея данного синтеза заключена в выполнении двух процедур: декомпозиции — выделении в составе создаваемой ДЛСУ функци­ональных узлов, соответствующих необходимым технологическим операциям, и композиции — воссоединении узлов в единую систе­му управления. Данные процедуры выполняются поэтапно:

этап 1 — выделение отдельных операций для ДЛСУ и составле­ние последовательности их выполнения;

этап 2 — выбор и составление узлов ДЛСУ для выделенных операций;

этап 3 — выполнение электрических соединений узлов и со­ставление принципиальной схемы ДЛСУ;

этап 4 — проверка составленной схемы ДЛСУ детальным ана­лизом ее работы.

Выполнение этапа 1 представляет собой составление алгорит­ма работы ДЛСУ в той или иной форме. От того, насколько пра­вильно и точно составлены операции, зависит правильность от­бора узлов и работоспособность в целом синтезируемой ДЛСУ. Выполнение этапов 1, 2, 3 требует от проектанта определенных творческих усилий, изобретательности и навыков в данной обла­сти. Иногда для выполнения синтеза бывает достаточно простого эвристического подхода методом проб и проверок. Однако имеют­ся определенные приемы формализации процедуры синтеза с использованием математического описания ДЛСУ, что облегчает и убыстряет построение ДЛСУ.
9. Непрерывные системы управления электроприводом – структура с суммирующим усилителем

Функциональная схема электропривода постоянного тока по системе ТП-Д с обратной связью по скорости приведена на рис. 10.9. Уравнение механических характеристик для этой сис­темы в соответствии с будет:



где: w0 - скорость холостого хода в замкнутой системе ре­гулирования;

?эамк - абсолютные значения жесткости механических харак­теристик в замкнутой системе управления; Ud - э.д.с. преобразователя, питающего якорную цепь двигателя.



Рис. 10.9. Функциональная схема системы ТП-Д с отрицательной обрат­ной связью по скорости

Как было показано в разделе 4.2, в системах управления с отрицательной обратной связью по скорости жесткость ft меха­нических характеристик рзамк увеличивается по сравнению с же­сткостью характеристик в разомкнутой системе в (1+К) раз, где К- коэффициент усиления разомкнутой системы. Для рассматри­ваемой схемы этот коэффициент будет



Здесь: ку - коэффициент усиления усилителя; кп = Ed juy - коэффициент усиления преобразователя; кс = ижс./с1) - коэффициент обратной связи по скорости; С=кФ - машинная постоянная.

Электропривод с рассматриваемой схемой управления опи­сывается следующей системой уравнений



Из этих уравнении получим выражение для механических характеристик привода в замкнутой системе



Механические характеристики и принцип их формирования в замкнутой по скорости системе управления представлена на рис.4.5. Из (10.4) следует, что для увеличения жесткости механи­ческих характеристик нужно увеличивать коэффициент усиления К, что может достигаться увеличением коэффициента усилителя

Ку.

Обычно по условиям эксплуатации технологических устано­вок и условиям коммутации на коллекторе двигателя необходимо ограничивать максимальный момент, развиваемый двигателем, на уровне (2+3)М„. С этой целью в замкнутых системах электро­привода применяется задержанная отрицательная обратная связь по току якоря, называемая токовой отсечкой. Функциональная схема электропривода постоянного тока с отрицательной обрат­ной связью по скорости и токовой отсечкой приведена на рис. 10.10. Токовая отсечка в этой схеме реализована на стабили­тронах VS1 и VS2. Уравнения цепи обратной связи по току будет:



lame - ток якоря, при превышении которого вступает в дейст­вие отрицательная обратная связь по току;

иест - сигнал (напряжение) отрицательной обратной связи по току.




В результате со­вместного действия отрицательных об­ратных связей по скорости и току фор­мируется механиче­ская характеристика (см. рис. 10.11), кото­рая состоит из двух участков: рабочего(1) с высокой жестко­стью и участка (2) ограничения момента. На рабочем участке, пока не действует отрицательная об­ратная связь по току, механические харак­теристики описываются уравнением (10.4). При 1я>1отс работа электропривода может быть описана следующими уравнениями



В результате решения этой системы уравнении относительно со получим уравнение механической характеристики для второго участка



Первые два слагаемых уравнения (10.6) определяют ско­рость идеального холостого хода механической характеристики для второго участка



Жесткость механической характеристики на втором участке будет



-З.д.с. преобразователя Ud при работе двигателя с замкнутой системой управления не остается постоянной, а изменяется в со­ответствии с уравнением



На рабочем участке механической характеристики скорость примерно постоянна. С увеличением нагрузки на валу двигателя Ud возрастает. После перехода на второй участок и дальнейшем повышении нагрузки скорость снижается до нуля, наступает режим стопорения и уменьшается до величины



Таким образом, для формирования желаемой механической характеристики преобразователь должен иметь необходимый за­пас по величине Ed в соответствии с соотношением



В этой случае жесткость верхней механической
характеристики будет постоянной при всех нагрузках

вплоть до Мош.


10. Структура СПРК.
В связи с расширением использования полупроводниковой техники управ­ления и созданием унифицированных блочных систем регуляторов (УБСР), пред­назначенных для управления электроприводами, практический интерес представ­ляет последовательная коррекция контуров регулирования. При подчиненном регулировании координат система электропривода раз­деляется на группы звеньев, в каждой из которых, как правило, имеется только одна большая постоянная времени. Каждая из таких групп звеньев включается в контур регулирования со своим регулятором и обратной связью. В результате система получается многоконтурной, причем каждый последующий контур охва­тывает предыдущий. Выходные величины регуляторов внешних контуров регу­лирования оказываются входными для внутренних контуров регулирования.



Требуемые показатели качества регулирования в оптимизированном кон­туре (колебательность и перерегулирование) обеспечиваются выбором отношения постоянных времени а, а быстродействие определяется только величиной суммарной некомпенсированной постоянной времени Т? .

где — суммарная некомпенсированная постоянная времени контура регулирования.

а=Т0 ?=2

При а=2 обеспечивается время регулирования, то есть когда регулируемая переменная первый раз достигает установившейся величины, tp1 = 4,7 Т? при пе­ререгулировании меньшем 5 %. Полученный оптимум принято называть «техни­ческим» или «модульным».

Настройка на модульный оптимум обеспечивает наилучшие показатели регулирования по каналу управления, но не обеспечивает быстрой реакции системы на возмущение. Таким образом, для компенсации влияний возмущений регулятор должен быть настроен на «Симметричный Оптимум» (а=Т0?=4). В этом случи регулируемая переменная первый раз достигает установившейся величины, tp1 = 3,1 Т?

11. Синтез (настройка) регуляторов тока и скорости на «МО» в системах ТП-Д, ТВ-Г-Д (ТТВ?0).
Требуемые показатели качества регулирования в оптимизированном кон­туре (колебательность и перерегулирование) обеспечиваются выбором отношения постоянных времени а, а быстродействие определяется только величиной суммарной некомпенсированной постоянной времени Т? .

где — суммарная некомпенсированная постоянная времени контура регулирования.

а=Т0 ?=2

При а=2 обеспечивается время регулирования, то есть когда регулируемая переменная первый раз достигает установившейся величины, tp1 = 4,7 Т? при пе­ререгулировании меньшем 5 %. Полученный оптимум принято называть «техни­ческим» или «модульным».

Настройка на модульный оптимум обеспечивает наилучшие показатели регулирования по каналу управления, но не обеспечивает быстрой реакции системы на возмущение. Таким образом, для компенсации влияний возмущений регулятор должен быть настроен на «Симметричный Оптимум» (а=Т0?=4). В этом случи регулируемая переменная первый раз достигает установившейся величины, tp1 = 3,1 Т?
Синтез регулятора тока:

При синтезе регулятора тока пренебрегаем влиянием внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, что сказывается на точности регулирования тока, незна­чительно влияет на динамические показатели, но существенно упрощается синтез регулятора. При этом передаточная функция объекта регулирования КРТЯ примет вид:



Желаемая передаточная функция разомкнутого КРТЯ:



Передаточная функция регулятора тока:



то есть получена передаточная функция ПИ-регулятора:



с постоянной времени интегрирования:

и коэфф. усиления пропорциональной части:

Kутя ит



Параметры элементов и передаточной функции регулятора тока связаны следующими соотношениями:

Тит=RзтСост

Кут=Rост /Rзт

Тя=RостСост
Синтез регулятора скорости:

В соответствии с рис. 3 объект регулирования скорости состоит из замкну­того контура регулирования тока якоря и механического звена электропривода и имеет передаточную функцию:



где Тм=(Rя?ЧJ?)/c2 — электромеханическая постоянная времени электропривода;

— постоянная двигателя, ВЧс;

Rя.д — активное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом.

Тм=(3,3Ч0,12)/0,772=0,67 с

Преобразуя передаточную функцию объекта регулирования скорости, пренебрегая членом, содержащим р2 вследствие малости его коэффициента, в передаточной функции замкнутого КРТЯ:



Желаемая передаточная функция разомкнутого контура регулирования скорости имеет вид:

,

где асос — отношение постоянных времени в оптимизированном КРС.

Передаточная функция регулятора скорости:



Таким образом, получен пропорциональный регулятор скорости с коэфф. передачи:

,

где Rоос и Rзс — соответственно сопротивления резисторов цепи обратной связи и задающего входа усилителя (рис. 6).



Коэфф. обратной связи приводится к цепи задающего сигнала:

КосBRRзс /Rос ,

где КBR=UBR /?дв — передаточный коэфф. тахогенератора.

Для определения величины Кос необходимо задаться наибольшим входным напряжением задания по скорости Uзс.max , соответствующим заданной величине скорости идеального холостого хода двигателя. Эти параметры связаны между собой следующим соотношением:

Uзс.max=Kос?0
Уравнение статической электромеханической характеристики в системе подчиненного регулирования координат получим исходя из условия равенства напряжений задания по току якоря Uзт=(Uзсос?)Wpc(p) и обратной связи UототIя на входе регулятора тока. Тогда

, или

,

а в случае настройки обоих контуров регулирования на “модульный оптимум”, то есть при аст=а=2, выражение примет вид:



Еще раз отмечаем, что контуры регулирования в системах подчиненного регулирования координат по управляющему воздействию являются астатическими, т.е. ошибки регулирования координат равны нулю (при Мс=0 ?0=Uзс ос=const и при Едв=с?=0 Iстоп=Uзт.max /Кот=const).

При действии возмущающего воздействия появляется статическая ошибка регулирования по скорости:



Статические электромеханические характеристики привода оптимизиро­ванного методом последовательной коррекции и настроенные на «модульный оп­тимум» приведены на рис. 8.




1 – статические характеристики

2 – динамическая характеристика

12. Настройка регулятора на модульный оптимум для объекта управления в виде инерционного звена первого порядка




Рисунок 5.1

Дана передаточная функция объекта

,

где Т0 – большая инерционность;

Т – малая инерционность (некомпенсированная постоянная, определяющая помехозащищенность);

k0 – коэффициент усиления объекта.

Найдем передаточную функцию регулятора .

Если взять П-регулятор, то контур будет статическим, т.е. будет ошибка, стремящаяся к нулю. Для придания системе астатических свойств, а также для компенсации большой инерционности объекта подойдет ПИ-регулятор.

Передаточная функция ПИ-регулятора

,

где Тиз = Т0.

Найдем kр

;





Wпк(р) = W p(p);

Woc(p) = 1;

k0kp = b0 = a0; T0 = a1; T0T = a2.

Из условия оптимизации на модульный оптимум 2a0a2 = a12, находим

2kpk0T0T = T02;

.

Тогда перепишется

.

Из полученного выражения видно, что характер переходных процессов в оптимизированной замкнутой системе будет определяться малой постоянной времени Т.

В соответствии с рисунком 5.2, на котором представлен переходный процесс в оптимизированной замкнутой системе, можно привести следующие цифры

 = 4,3% – перерегулирование;

t1 = 4,7T;

t2 = 6,3T;

t3 = 8,4T.

Этот переходный процесс не является предельным ни по быстродействию, ни по перерегулированию.

Оптимизация по этой процедуре носит название настройки на модульный оптимум (МО).


13. Настройка регулятора на симметричный оптимум для объекта регулирования в виде интегрирующего звена.

Оптимизация контуров регулирования


Цель оптимизации: при известных параметрах объекта подбор такого регулятора, при котором будут получены желаемые динамические и статические характеристики контура.

В соответствии с рисунком 5.1, передаточная функция замкнутого контура

.

Если WрWо >> 1, то .

Реально, с учетом датчика обратной связи, передаточная функция замкнутого контура

.









Характеристики переходных процессов при различных настройках контура





СО

МО

СО+Ф

 , %

43,4

4,3

8,1

t1

3,1Т

4,3Т

7,6Т

t3

16,6Т

8,4Т

13,3Т

Быстродействие и перерегулирование при оптимизации на симметричный оптимум (СО) вдвое хуже, чем при настройке на МО, но система становится астатической.

14. Непрерывные системы управления скоростью электропривода постоянного тока.





















3) Статические характеристики одноконтурной системы АЭП с отрицательной обратной связью по скорости



Система АЭП с отрицательной обратной связью по скорости представлена на рисунке 4.7.

Uy = (Uзс – Uдс)крс (при Rзс = Rдс);

Еп = Uу кп = Е + I(Ra + Rп);

Е = сеФн;



Рисунок 4.7

Uдс = кдс, .

(Uзс – кдс)крскп = сеФн + I(Ra + Rп);

Uзскрскп + кдскрскп = сеФн + I(Ra + Rп);

;

.

а) кдскрскп = 0  ;

б) кдскрскп =    = 0.

Статические характеристики системы АЭП с отрицательной обратной связью по скорости представлены на рисунке 4.8.




Рисунок 4.8

В системе с отрицательной обратной связью по скорости можно получить абсолютно жесткие характеристики, но только при очень большом коэффициенте усиления. Такие же характеристики можно получить при интегральном регуляторе скорости.

15. Способы ограничения тока (момента) электродвигателя в электроприводе
1) задержка ОС по току

2) ограничение на выходе регулятора скорости

1)Система с суммирующим усилителем



ЗН-звено (зона) нечувствительности dead zone мертвая зона

Iа – активный ток эл. машины

В первую очередь подается ток чтобы намагнитить машину а потом подается ток для ее работы

свойство линейной системы таково, что отработка разных по величине воздействий осуществляется за одно и то же время переходного процесса. Следовательно, при увеличении, например, задающего сигнала по скорости возрастают одновременно ускорение и ток, значения которых могут





16. Непрерывные системы управления положением механизма












17. Понятие об адаптивных С.У.

Адаптивными С.У. наз такие С.У., к-рые в условиях непредвиденного изменения свойств управляемого объекта, внешних воздействий, изменяют структуру или параметры своего управляющего устройства, обеспечивая при этом необходимое качество управления. Для осуществления адоптации эти системы содержат дополнительное управляющее устройство, к-рое по результатам измерения сигналов в главном контуре управления выявляет изменение свойств внешних воздействий и объекта и производит необходимые изменения в управляющем устройстве. Применения таких систем управления возникает в случаях, когда условия функционирования и свойства управляемого объекта изменяются в широких пределах и по заранее неизвестным законам(шахтные подъёмные установки, добычные механизмы, шаровые мельницы).

Изменяемые параметры электропривода: момент инерции( из-за измен массы груза в подъемно-транспортных установках, взаимосвязи механических координат в многокоординатных манипуляторах и роботах), индуктивность в цепях возбуждения с насыщением магнитной системы, коэф усиления в управляемых преоб из-за измен энергетического уровня ист пит, акт сопр-ие в силовых цепях из-за измен температурного режима.

Адаптивные системы бывают: самонастраивающиеся, системы со стабилизацией качества управления, системы с оптимизацией качества управления.



Обобщенная функц схема адаптивной С.У.

УО-управляем объект

УУо-осн управ устр

УУд-дополн управ устр

АО-анализ объекта

АВ-анализ внешн возд

ЛУ-логич устр
18. СУЭП на основе аппарата нечеткой логики

Для нечет множества ФП является непрерывной


ФП для нечет множ-ва имеют смысл в вероятности появление конкретного значения Х. Обычно непрерывные ФП задают в виде кус.-линейных ф-ий. Пример: температура в помещении



Для построения СУ необх выполнить приведение нуля шкалы переменной Х к середине интервала измерения. В данном примере возможные значения переменной аппроксимированы тремя ф-ми принадлежности. Обычно используют 7 ф-ий принадлежности (ФП). ФП – терм. Их совокупность образует лингвистическую переменную.

N – отриц, P – положит, M – среднее,B – большое, S – мал, Z – ноль.

Основные особ-сти представления реал переменных в виде нечетких множеств: 1) переем-я должна быть нормирована и нулевое значение приведено к середине интервала измер 2) если для ФП испол-ют кусочно-линейные ф-ии то переем-я должна иметь равномерный характер распределения плотности вероятности 3) переход от непрерывного представления к аппроксимации в виде простых ф-ий существенно увел скорость расчета управляющих воздействий

Правила объединения нечетких множеств:

1) объединение – дизъюнкция «или» 2) пересечение множеств - конъюнкция




Функциональная структура неч регулятора:

1)

2) блок1 – выполняет отображение непрерывных переменных на неч мн-ва.




Мю (х) – лингвистические переменные, у – вых-я лингв. Переменная

Вычисление вых лингв перем:

1 способ – на основе базы правил которая опред-ет знач вых переменной в зависимости от текущих значений лингв переем-ых мю(х). ( ЕСЛИ мю1(х)=РВ и мю2(х)=РВ то у =NB и т.д. Базу правил формируют эксперты в предметной обл.

2 способ – кроме представления «ЕСЛИ…, то» правило задают в форме таблицы, которую можно заполнить применяя стандартные правила вычисл вых-ой лингвис-ой переменной.

Дефаззификация заключается в вычислении непрерывного значеиния выхода у по известному набору выходных лингвистических переменных.


19. СУЭП экскаватора на основе аппарата нечеткой логики

Основная проблема – реализация корректирующих воздействий по значениям интегрированной ошибки и производных регулируемых переменных.

Структура фази-управления для электропривода ТВ-ГД:

Возможны 2 варианта построения СУЭП с фази-регулятором: 1) без испол аналоговых регуляторов и замкнутых контуров(дополнит-ых) регулирования переменных 2) ф-рег воздействует на классич контуры рег-ия переменных с аналоговыми регул-ми.(для коррекции в форму тока применяется доп. Сигнал dI/dt.

Структура фази-управления для электропривода ТП-Д:

in1 – интеграл ошибки регулирования скорости дв-ля.

Исходя из принципов построения ф-рег аналог ПИД-рег будет иметь вид:

In2 – значение I(t)

- доп сигнал повышающий точность регулирования угловой скорости.

- сигнал производной.

Б№1 Назначени и класификация систем управления электроприводами
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации