Семыкина И.Ю. Системы управления электроприводов - файл n2.doc

приобрести
Семыкина И.Ю. Системы управления электроприводов
скачать (7990.9 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.gif51kb.26.04.2012 06:29скачать
n2.doc12019kb.26.04.2012 06:56скачать

n2.doc

  1   2   3
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра электропривода и автоматизации

И. Ю. Семыкина

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Рекомендовано для самостоятельной работы

по курсу «Системы управления электроприводов» учебно-методической комиссией специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»

Кемерово 2010

Тема 1. Общие сведения о СУЭП
Лекция №1

Содержание:
Понятие СУЭП
Назначение и функции СУЭП
Качество СУЭП
Внешние воздействия
Ограничения электропривода
Контрольный срез!

Понятие СУЭП

Системы управления электроприводов, сокращенно СУЭП, – это составная часть электрического привода, предназначенная для выполнения его главной задачи – управления движением исполнительного органа.




Уровни СУЭП:

1)Технологический уровень-ы
Вырабатывается задание на движение рабочих органов относительно рабочей машины. 
2)Локальный уровень-
Формируются статические и динамические характеристики электропривода. 

Назначение и функции СУЭП

Назначение СУЭП – сформировать и осуществить управляющие воздействия на двигатель, которые обеспечат необходимое движение исполнительного органа.

Задачи СУЭП


- Стабилизация координаты
- Управление по заранее заданной программе
- Отслеживание неизвестной заранее координаты
- Выбор целесообразных режимов работы




Функции СУЭП
Основные
- Управление пуском, торможением, реверсом
- Управление значением координат
Дополнительные
- Защита, блокировка, сигнализация

Качество СУЭП

Технические критерии качества
- Определяются технической реализацией
Статические критерии качества
- Определяются по статическим характеристикам электропривода
Динамические критерии качества
- Определяются по переходным процессам

Технические критерии

Масса и габариты

Значение массы, площади, объема

Быстродействие аппаратуры управления

Время срабатывания

Надежность

Интенсивность отказов

Стоимость

Капитальные и экплуатационные затраты

Статические критерии

Диапазон

Отношение max и min значения координаты

Плавность

Относительное изменение координаты при дискретном регулировании

Точность

Рассогласование const значения координаты с заданием

Динамические критерии

Быстродействие регулирования

Длительность переходных процессов

Колебательность

Количество полных колебаний координаты

Перерегулирование

Отношение max и const значения координаты

Точность

Рассогласование с заданием в динамике


Препятствия для идеального качества
- Противоречия между критериями качества
- Внешние воздействия на электропривод
- Ограничения на работу электропривода
Наилучшее управление по какому либо критерию с учетом остальных факторов называют оптимальным

Внешние воздействия

Возмущающие воздействия
Момент сопротивления
Непостоянство параметров
Активные сопротивления, момент инерции
Неоднозначность величин
Гистерезис кривой намагничивания
Инерционность датчиков

Ограничения электропривода

Механические
Скорость, ускорение, момент
Электрические
Ток, напряжение
Энергетические
Потери, КПД
Экономические

Контрольный срез!

- Перечислите для ДПТ НВ способы торможения при реактивной нагрузке
- Расшифруйте понятие «устойчивая работа электропривода»
- Приведите пример оптимизации работы электропривода

Лекция №2

Содержание:
Классификация СУЭП
Порядок синтеза СУЭП
Схемы электропривода
Математические модели
Принципы регулирования
Контрольный срез

Классификация СУЭП



Порядок синтеза СУЭП

1)Выбор типа СУЭП
2)Выбор принципов регулирования
3)Проведение расчетов параметров устройства управления
4)Проверка качества работы на модели
5)Проведение корректировок и уточнений
6)Разработка схем электропривода

Схемы электропривода

- Функциональные
- Структурные
- Принципиальные электрические
- Монтажные
- Подключения
- Расположения

Функциональные схемы:
- Определяют функциональную связь элементов и разъясняет протекающие процессы
- Дает наглядное представление о системе
- Разрабатывается в ходе 1 и 2 этапов




Структурные схемы:
- Определяют основные части на которые можно разделить систему с указанием направления передачи воздействий 
- Дает математическое описание работы системы
- Разрабатывается в ходе 2 – 5 этапов




Принципиальные электрические схемы
- Определяют полный состав элементов электропривода
- Показывает пути протекания тока
- Разрабатывается в ходе 6 этапа




Монтажные схемы
- Их еще называют схемы соединений
- Показывают либо внешние соединения между отдельными устройствами, либо соединения внутри устройств




Схемы подключения
- Показывают внешнее подключение составных частей электропривода с другим оборудованием

 


Схемы расположения
- Определяют относительное расположения элементов электропривода на установке




Монтажные схемы, схемы подключения и расположения разрабатываются в ходе 6 этапа на основе принципиальных электрических схем

Математические модели

При синтезе СУЭП используются модели электропривода
- Дифференциальные уравнения
- Передаточные функции
- Статические зависимости
Модели всегда описывают ЭП с допущениями

Допущения принимаются с целью
- Упрощения модели
- Линеаризации нелинейной модели
Из-за допущений показатели работы реального электропривода всегда будут отличаться от расчетных

Принципы регулирования

Разомкнутое
- Низкое качество, низкие затраты




Замкнутое
- Высокое качество, высокие затраты
1.По возмущению
2.По управлению
   a)Одна регулируемая координата
   b)Несколько регулируемых координа



Замкнутое для одной координаты


Замкнутое с независимым регулированием нескольких координат


Замкнутое для нескольких координат с суммирующим усилителем

Контрольный срез!

1. Перечислите составные части СУЭП


2. Перечислите динамические критерии качества СУЭП


3. Укажите место в классификации СУЭП на схеме


















Тема №2

Разомкнутые СУЭП с жесткой логикой
Лекция №3

Содержание:
Логические СУЭП
Область применения
Общая функциональная схема
Принципы работы
Синтез логических СУЭП
Элементы логических схем
Методы синтеза
Cинтез по таблице состояний
Контрольный срез

Логические СУЭП

Назначение 
- Выбор направления и скорости движения
- Осуществление пуска, торможения
- Создание паузы, возобновление движения
- Защитное отключения электропривода и остановка рабочих органов в аварийных режимах
Элементная база
1)Контактная
   - Релейно-контакторная аппаратура

          



2)Бесконтактной 

   - Логические элементы

          


   - Цифровые узлы

     


   - Программируемые логические контроллеры

     


Обозначения элементов на схемах

Область применения

Технологические условия
- Нерегулируемый электропривод общепромышленного применения 
    Краны, тихоходные лифты, конвейеры, компрессоры, вентиляторы
Непосредственный объект управления
- Двигатель, питаемый от сети
    Асинхронные, синхронные, постоянного тока

Общая функциональная схема


Принципы работы

- Логические СУЭП по принципу работы представляют конечный автомат – многополюсник с дискретными двухуровневыми входами и выходами
- Выходные переменные связаны со входными по законам алгебры логики

Синтез логических СУЭП

Абстрактный синтез
    Процесс преобразования технологического задания в завершенный алгоритм в виде структурных формул алгебры логики
Структурный синтез

    Процесс преобразования алгоритма в реализацию на элементной базе

Элементы логических схем

Название

Функция

ЛЭ

РКЭ

Повторитель

y=x





Инвертор НЕ







Дизъюнктор ИЛИ







Конъюнктор И







ИЛИ-НЕ







И-НЕ







Импликация Выход всегда 1 при 0 на 2 входе
Выход равен 1 входу при 1 на 2 входе







Запрет 
Выход равен 1 входу при 0 на 2 входе
Выход всегда 0 при 1 на 2 входе







Эквивалентность
Исключающее ИЛИ








Методы синтеза

1. По таблице состояний
2. По циклограммам
3. На основе теории графов
4. По картам Карно
5. Метод Вейга
6. Метод Куайна
7. Метод типовых узлов

Cинтез по таблице состояний

Существует два подхода:
 - Дизъюнктивная форма
   Выделяем строки, где выход равен 1
   Для каждой строки записываем произведение логических переменных: 
    - Для равных 1 берем без инверсии
    - Для равных 0 берем с инверсией
   Полученный результат складываем

 - Конъюнктивная форма
   Выделяем строки, где выход равен 0
   Для каждой строки записываем сумму логических переменных 
    - Для равных 1 берем с инверсией
    - Для равных 0 берем без инверсии
   Полученный результат перемножаем

При любом подходе на основе требований сперва составляется таблица истинности

Применяется для СУЭП малой информационной емкости
Дизъюнктивная форма применяется для таблиц, где мало выходов равных 1
Конъюнктивная форма применяется для таблиц, где мало выходов равных 0

Рассмотрим простой пример:
  Защита двигателя от перегрева выполнена на базе трех термопар
  Превышение сигнала только от одной термопары трактуется как случайность
  Превышение сигнала двух или трех термопар вызовет отключение двигателя


Контрольный срез!

1. Запишите уравнения для закона инверсии логических переменных


2. Перечислите основные элементы логических СУЭП и их назначение


3. Запишите логическую функцию срабатывания КM=f(SB1,SB2,KK)















Лекция №4

Содержание:
Синтез по таблице состояний 
Синтез по циклограммам 
Циклограмма 
Циклограммы 
Контрольный срез 
Синтез по таблице состояний


- Дизъюнктивная форма





- Конъюнктивная форма




Дизъюнктивная форма

  - Вводим избыточность:
  

  - Применяем переместительный закон:
  
 
  - Применяем закон склеивания
  
 

Конъюнктивная форма



  -Вводим избыточность и применяем переместительный закон
 

  -Применяем закон склеивания
 
  -
Применяем распределительный закон
 

В итоге результат совпал:
  
 

Реализация

Учитывая, что исключена избыточность, реализация проста


Одна стандартная микросхема

 
Четыре реле
Синтез по циклограммам

Основные этапы синтеза:
  1) Составление исходной циклограммы по технологическому заданию на работу электропривода
  2) Преобразование исходной циклограммы в реализуемую циклограмму
  3) Составление структурных формул по реализуемой циклограмме

Циклограмма

Это графическое изображение последовательности состояний логической СУЭП на цикловом интервале времени ее функционирования
 1. Такт - интервал времени, на котором состояние системы управления сохраняется
     - устойчивый (может длиться сколь угодно долго)
     - неустойчивый(кратковременный интервал перехода системы управления из одного состояния в другое)
 2. Период включения – интервал времени включенного состояния аппарата
     - логическая единица его переменной
     - изображается горизонтальной чертой
 3. Период отключения – интервал времени отключенного состояния аппарата 
     - логический ноль его переменной
     - изображается отсутствием черты
 4. Воздействие одного аппарата на другой – причина изменения состояния аппарата
     - изображается тонкой вертикальной прямой, направленной от начала или конца периода включения одной переменной к началу включающего или отключающего такта другой переменной



Циклограммы

  –Реализуемые 
  –Нереализуемые
   а)Реализуемая циклограмма не противоречит законам алгебры логики
   б)Соответствует принципу однозначности логических функций
      одинаковым состояниям конечного автомата соответствуют только одинаковые значения выходной переменной, и наоборот, разным значениям переменной – разные состояния конечного автомата
  –Если по нереализуемой циклограмме построить логическую СУЭП, то она либо не будет включаться или отключаться, либо будет давать ложные включения или отключения

Пример нереализуемой циклограммы:



Чтобы циклограмма стала реализуемой ее следует преобразовать:
Достаточное условие реализуемости 
   – Чтобы из нереализуемой циклограммы получить реализуемую, достаточно ввести дополнительные переменные так, чтобы создать на всех устойчивых тактах цикла различные состояния конечного автомата
Набор необходимых условий
   – Рассматривать не будем

Структурные формулы для реализуемой циклограммы определяются по функциям включения и отключения S’ и S’’



– Функция S' осуществляет включающее воздействие на выходную переменную у, переводя ее из нулевого состояния в единичное
– Функция S" осуществляет отключающее воздействие на переменную у, переводя ее из единичного состояния в нулевое

– Функция включения S' после отключения у и функция отключения S" до включения у могут иметь как единичные, так и нулевые значения
– Функции S' и S" на тактах включения у должны быть единичными
– Функциями S' и S" могут быть как конкретные переменные, так и объединения переменных в логические функции

 Если период включения только один:
   
 
 Если периодов включения N несколько
   
 
 Если производится выдержка времени при включении tвкл или отключении tоткл 
   
 

Контрольный срез!

–Составьте таблицу состояния для типового узла РКСУ пуска ДПТ в функции скорости
–Что такое «реализуемая циклограмма»?
–Преобразуйте нереализуемую циклограмму из примера в реализуемую



Лекция №5

Содержание:
Метод типовых узлов
Типовые узлы РКСУ
Типовые узлы ДЛСУ
Реализация ТУ на ПЛМ 
Реализация ТУ на АК
Реализация ТУ на ПЛК
Контрольный срез 
Метод типовых узлов

– Логическая СУЭП решает сразу много задач
   а) Структурная формула, полученная в ходе абстрактного синтеза, сложна
   б) Полное схемное решение, полученное в результате структурного синтеза, тяжело поддается логическому анализу
– Для выполнения разных технологических задач требуется набор типовых функций
– При выполнении одной функции участвует не вся логическая СУЭП, а только часть – типовой узел (ТУ)
– Вывод – логические СУЭП всегда состоят их нескольких типовых узлов

Типовые узлы РКСУ

Общая функциональная схема ТУ РКСУ



– ТУ пуска и торможения в РКСУ могут быть построены на базе различных принципов
– Причина – одно и то же логическое событие наступает при возникновении однозначно взаимосвязанных физических явлений


– Принципы построения ТУ
   В функции скорости
   В функции тока
   В функции времени
– Работа узлов в составе РКСУ зависит от их электрических соединений между собой и с сетью электроснабжения
1)РКСУ в функции скорости
   + Простота реализации
   - При повышенном напряжении в зоне высоких скоростей могут возникнуть броски тока, превышающие допустимые значения
   - При пониженном напряжении и возрастании Mc или J относительно номинального значения может быть превышено допустимое время работы с не выведенными пусковыми реостатами
   "-" В первую очередь касаются ДПТ и АД ФР

2)РКСУ в функции тока
   + Неизменная перегрузочная способность двигателя при возрастании Mc или J относительно номинального значения 
   - Относительно сложная схема
   - При возрастании Mc или J относительно номинального значения может быть превышено допустимое время работы с не выведенными пусковыми реостатами

3)РКСУ в функции времени
   + Гарантированное выведение пусковых реостатов даже при возрастании Mc или J относительно номинального значения 
   + Постоянство среднего значения ускорения при изменениях Mc или J (Актуально для лифтов и подъемников)
       
   - При возрастании Mc или J относительно номинального значения могут возникнуть броски тока, превышающие допустимые значения

 ТУ защиты электрической части Короткие замыкания
   - Причина – нарушение изоляции
   - Последствия – разрушения элементов схемы электрического и механического характера
   - Защита
     а) Автоматические выключатели 




     б) Плавкие предохранители

 


     в) Реле максимального тока


 ТУ защиты электрической части Перегрузка силовых цепей по нагреву
   - Причина – длительное превышение момента нагрузки на валу относительно номинальной
   - Последствия – повреждение изоляции
   - Защита
      Тепловые реле 


 ТУ защиты электрической части Перебои в электроснабжении или недопустимое снижение напряжения сети
   - Причина – авария в сети электроснабжения или запуск мощного электроприемника
   - Последствия – отключение двигателя и цепей управления
   - Защита
     а)Нулевая блокировка
     б)Реле минимального напряжения
     в)Реле минимального тока

 
 ТУ защиты в СУЭП могут включать расцепляющие цепи механической защиты  - Двойная тормозная система <= Защита от расцепления
  - Реле максимальной скорости <= Защита от превышения скорости
  - Защитные путевые выключатели <= Защита от перехода

 Все ТУ защиты рассчитываются в зависимости от параметров электродвигателя

 ТУ защиты могут реализовываться в виде отдельного устройства  - Для нерегулируемых ЭП, устанавливаемого между электрической сетью и двигателем
  - Для регулируемых ЭП совмещены с электрическим преобразователем 


Типовые узлы ДЛСУ

 Типовые узлы ДЛСУ  - Выполняют те же функции, что и в РКСУ
  - Могут быть построены на одинаковых принципах
  - Описываются одинаковыми структурными формулами

 Отличаются элементной базой

 Реализация ДЛСУ на отдельных ЛЭ нецелесообразна  - Сложно осуществлять монтаж
  - Надежность падает с увеличением числа ЛЭ
  - Большое число ЛЭ занимает относительно высокие габариты

 Реализуются на  - микросхемах средней степени интеграции
  - аппаратных контроллерах или ПЛК

Реализация ТУ на ПЛМ

 ПЛМ – программируемая логическая матрица

 По структуре ПЛМ представляет собой блочный вариант выполнения конечного автомата



 Свойства логических СУЭП на основе ПЛМ  + Высокое быстродействие за счет параллельного принципа работы
  + Простота
  - Элементная избыточность по числу шин и исходных электрических соединений
  - Изготавливаются с относительно небольшим числом возможных внутренних связей и реализуют относительно простые функции

Реализация ТУ на АК

 АК – аппаратный контроллер

 Сроится из отдельных микросхем  - Мультиплексор
  - Демультиплексор или дешифратор
  - Счетчик

 АК позволяет непосредственно по исходной циклограмме без перехода к структурным формулам реализовать алгоритм управления

 Мультиплексор  - На входе – входные переменные и счетчик тактов
  - На выходе – сигнал смены такта

 Счетчик  - Формирует различные состояния на всех тактах

 Демультиплексор  - На входе – счетчик тактов
  - На выходе – на разных тактах логическая единица по порядку на каждом из выходов

 Выходные переменные создаются аппаратным способом – выходы демультиплексора соединяют электрически <= Чаще всего используют диоды

 При изменении задачи управления изменяются электрические соединения входов и выходов АК

 Свойства логических СУЭП на основе АК  + Упрощена процедура синтеза СУЭП
  - Затрудняется процедура изменения выполняемой задачи <=  Аналогичный недостаток может быть у ПЛМ, но промышленно выпускаются перепрограммируемые ПЛМ. Они хоть и дороги, но могут использоваться при отладке. А перепрограммируемые АК не возможны.

Реализация ТУ на ПЛК

 ПЛК – программируемей логический контроллер

 Принцип работы ПЛК заключается в сборе сигналов от датчиков и их обработке по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства
Программирование ПЛК

 Графические:  - LD — Язык релейных схем
  - FBD — Язык функциональных блоков 
  - SFC — Язык диаграмм состояний 

 Текстовые:  - IL — Ассемблер 
  - ST — Структурированный текст
   Все языки, стандартизированные международной электротехнической комиссией стандартом IEC61131-3

 Свойства логических СУЭП на основе ПЛК  + СУЭП проста по выполнению и по программированию на основе структурных формул
  + Легко реализовать сложные (По сравнению с АК, ПЛК и тем более РКСУ) задачи
  - Уступает по быстродействию аппаратным способам

Контрольный срез!

 Какие типовые задачи решают логические СУЭП?

 Докажите, что с учетом инверторов на входе и выходе несмотря на логическое произведение шина ИЛИ в ПЛМ выполняет логическое сложение

 Укажите к какому ТУ относятся выделенные области РКСУ на рисунке


  1   2   3


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации