Введение к работе
Актуальность темы. В ряде промышленных устройств (станках, подъемниках, насосах, вентиляторах и др.) передача от двигателя к исполнительному механизму имеет упругие свойства. При определенном сочетании параметров электромеханической системы это приводит к возникновению колебаний конструкций. Упругие элементы могут стать причиной возникновения резонансных режимов, появления больших .динамических нагрузок в элементах передачи. Если при синтезе системы не учитывать упругие звенья, происходит нарушение заданного режима работы механизма, характер движения исполнительного органа и вала электродвигателя будет отличаться от расчетного, перерегулирование может достигать 50 %. Ограниченная жесткость связей между двигателем и исполнительным органом механизма обычно обусловлена конструктивными особенностями и требованиями уменьшения его массы и габаритов. Следовательно, в этом случае демпфирование упругих колебаний может быть выполнено только путем совершенствования системы управления привода.
Наиболее распространенным принципом построения систем управления электроприводом является принцип подчиненного управления, использующий стандартные настройки контуров регулирования. Однако влияние упругости ограничивает быстродействие таких систем из-за появления колебаний и ухудшения качества переходных процессов при высокой интенсивности сигналов задания скорости. В связи с этим существует устойчивый интерес специалистов к электроприводам с упругими связями.
В настоящее время глубоко проработаны теоретические вопросы адаптивного управления, обеспечивающего демпфирование упругих колебаний приводов постоянного тока (в трудах Ю.А. Борцова, Г.Г. Соколовского, А.В. Башарина, В.И. Ключева, Б.Ш. Бургина и зарубежных ученых Э. Раатца, У. Картера и др.). Известны также многочисленные варианты реализации адаптивных регуляторов, использующихся, в частности, в серийных электроприводах постоянного тока УПЛ-1 и ЭШИМ-1. Необходимо отметить, что при управлении электроприводом постоянного тока с упругой связью исходят из пропорциональности тока якоря и электромагнитного момента. В связи с этим адаптивный регулятор не содержит модель двигателя.
Объем научных работ, посвященных созданию адаптивных асинхронных электроприводов, демпфирующих упругие колебания, мал и
2 явно недостаточен для широкого практического применения таких приводов. Недостаточно проработаны вопросы об использовании динамической модели асинхронного двигателя для оценки неизвестных параметров двухмассовой электромеханической системы, при формировании сигналов адаптации в процессе управления асинхронным электроприводом с упругой связью в реальном времени.
В связи с вышесказанным важной и актуальной является задача разработки асинхронного электропривода с адаптивным регулятором, обеспечивающего демпфирование упругих колебаний.
Данная диссертационная работа выполнена в соответствии с планом госбюджетных НИР ВГТУ по НИР № 06\9б .
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка асинхронного электропривода с адаптивным регулятором, который позволяет за счет применения сигнальной адаптации отрабатывать заданные скорости двигателя и исполнительного механизма в условиях изменения момента инерции и влияния упругих связей.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
-
Произвести сравнительный анализ возможных реализаций электроприводов с упругими связями, содержащих адаптивный регулятор.
-
Разработать структуру регулируемого асинхронного электропривода с адаптивным регулятором, а также его динамическую модель, с помощью которой возможно моделирование и расчет в процессе проектирования привода.
-
Определить математическую модель адаптивного регулятора, позволяющего получить информацию о скорости исполнительного механизма и величине упругого момента в механической передаче без использования соответствующих датчиков и обеспечивающего демпфирование упругих колебаний при управлении в реальном времени.
-
Разработать алгоритм и программы для моделирования электропривода, содержащего асинхронный двигатель, соединенный через упругую передачу с исполнительным механизмом, контуры скорости и тока, а также адаптивный регулятор для подавления упругих колебаний.
-
Разработать управляющую программу и создать макет электропривода с адаптивным регулятором.
6. Исследовать основные характеристики асинхронного электропривода с адаптивным регулятором.
Методы исследования. Для достижения поставленных задач использовались методы математического и системного анализа.
При разработке программных средств расчета применялся алгоритмический язык Pascal. Полученные с помощью компьютерного моделирования результаты сравнивались с результатами экспериментальных исследований, проведенных на специально разработанном стенде.
Научная новизна.
1. Разработана структура и модель регулируемого асинхронного
электропривода с адаптивным регулятором.
-
Разработаны алгоритмы для моделирования и управления адаптивным асинхронным электроприводом.
-
На основе разработанных алгоритмов и программ получены временные диаграммы изменения упругого момента, а также параметров движения асинхронного электропривода с адаптивным регулятором.
-
Определена зависимость коэффициента отрицательной обратной связи по упругому моменту, при котором обеспечивается наибольшее демпфирование колебаний, от сигнала задания скорости.
Практическая ценность.
-
Создан адаптивный асинхронный электропривод, обеспечивающий демпфирование упругих колебаний.
-
Реализован адаптивный регулятор на базе микропроцессорной техники, дающей возможность быстрого изменения алгоритмов управления при использовании электропривода для решения практических задач.
-
Получены алгоритмы и программы расчета динамических характеристик асинхронного электропривода с адаптивным регулятором.
-
Разработана динамическая модель, позволяющая решать задачу проектирования адаптивного асинхронного электропривода с учетом упругих связей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на семинарах кафедры "Робототехнические системы" (1997- 2000), на V международной элек-
4 тронной научной конференции "Современные проблемы информатизации в технике и технологиях" (Воронеж, 2000), на международной научно-технической конференции "Кибернетика и технология XXI века" (Воронеж, 2000).
Публикации. По результатам теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 140 страницах и включает 34 рисунка, список литературы из 109 наименований, и 3 приложения.
