Введение к работе
Актуальность темы. Важное место а технической политике государства занимают, задачи совершенствования оборудования и технологии промышленного производства. Существенная роль в их успешном . решении отводится автоматизированному электроприводу (АЭП), который способствует дальнейшему совершенствованию традиционных и всемерному разпитию перспективных технологий.
Успехи микропроцессорной техники, развитие теории цифрового управления позволили приступить к выпуску комплектных электроприводов с микропроцессорными системами управления. Несмотря на эти достижения, актуальной и перспективной остается проблема улучшения технико-экономических показателей современного АЭП в целом и, в частности, задача - направленная на снижение трудозатрат и стоимости На этапах от проектирования электропривода до ввода его в эксплуатацию.
Актуальность этого направления неоднократно
отмечалась еще в решениях VIII и последующих Всесоюзных
конференций по проблемам АЭП. Необходимость
сосредоточения усилий на повышении качества, технического уровня, конкурентноспособности прозвучала и в докладах Украинских с международным участием конференций по проблемам АЭП ( Харьков, 1994 г., 1995 г.). . ,
После окончания предусмотренного Проектными ' решс -ниями монтажа технологического и электрического^ оборудования ввод в эксплуатацию новых агрегатов, механизмов завершается электротехническими пуско-наладочньши работами ^ПНР). Такие же по характеру работы выполняются на? заключительном этапе модернизации'технологического и / или электрического обор; дования и при его сервисном обслуживании в процессе эксплуатации.
Основное назначение ПНР состой* в получении на установленномv оборудований статических и. динамических показателей АЭП, предусмотренных техническим заданием па проектирование или модернизацию и обеспечивающих таким эбразом заданный технологический процесс, надежную работу механической части, электропривода » входящих в них їлементов, '.'"
Трудоемкость выполнения ПНР и успешное . их завершение определяются рядок факторов:
.совершенством применяемой методики настройки элементов АЭП и его системы управления;
возможностями используемых испытательных" и измерительных приборов и устройств;.
квалификацией персонала пуско-наладочпых организаций. . . -
На Украине, обладающей развитой электротехнической промышленностью, функционируют ироектно-конструкторские организации, накопившие многолетний опыт проектирования электрической части строящихся или модернизируемых технологических объектов . и пользующиеся заслуженными J известностью и авторитетом в странах ближнего и .дальнего зарубежья, В ведущих проектных организациях типовые проекты выполняются при помощи системы автоматизированного проектироваїгая (САПР). Выпущенные ими проекты содержат исчерпывающую информацию о технических данных выбранного' электрооборудования, структурные схемы системы управления, параметры объекта управления и регуляторов координат электропривода. Как правило, такие проекты способствуют уменьшению трудоемкости выполнения ПНР; в то же время применяемые методики настройки регуляторов, основанные на ручных'приемах работы'и опыте наладчиков, остаются трудоемкими и предусматривают использование нескольких приборов и вспомогательных устройств, в том числе осциллографов, генераторов тестовых сигналов, магазинов 'сопротивлений и емкостей.
Практически каждый раз при вводе в эксплуатацию новых техпологических комплексов (на оплота или нескольких механизмах) возникают проблемы несоответствия использованных при расчетах системы управления- АЭП проектных параметров электрического и механического оборудования параметрам фактически установленного оборудования. В зтих условиях необходимо определять действительные параметры объекта управления' экспериментальным путем и на их основе синтезировать регулятор координаты, электропривода, а иногда приходится идти на изменение проектной структуры системы управления и настройки регуляторов.
- о -
При высокой квалификации наладочного персонала, использовании соответствующих измерительных и регистрирующих приборов,возникшие проблемы успешно преодолеваются. Однако, для их решения требуются дополнительное время и помощь представителей проектной организацгч. В отдельных случаях приходится проводить исследовательские работы, для доведения характеристик АЭП до требуемых. Решение возникших проблем задерживает вывод агрегата на требуемые технологическим процессом режимы на период от нескольких дней до нескольких месяцев.
Проектирование и внедрение микропроцессорных систем управления (МСУ) АЭП сопряжено с использованием специфического математического аппарата - разностных уравнений и метода Z-преобразования. Начальный этап- синтеза МСУ состоит в получении дискретной передаточной функции (ДПФ) объекта по его структурной схеме и. непрерывным передаточным функциям (НПФ) входящих з него зеєньєв. Зта операция, как правило, выполняется вручную и не встречает затруднений лишь для объектов, степень характеристического полинома (ХП) которых: не превышает вторую. Повышение степени ХП объекта хотя бы на единицу вызывает увеличение объема и трудоемкости расчетов в несколько раз, причем, ввиду громоздкости преобразуемых выражений, не исключено появление ошибки, вынуждающее выполнять вывод повторна К повторному выводу ДПФ приходится прибегать при изменениях структуры системы (контура) и способа получеш. і информации 6 текущем состоянии координат объекта.^.^
Повышение качества, сокращение сроков проектирований и вьнюлнения ПНР систем-управления.тиристорных электроприводов благодаря получению й использованию достоверной-информации о структуре и параметрахобъектауправления а за /*чет - автоматизации этих-: процессов..- irpa; применении микро-ЭВМ определяют : актуальность пропэдешшл исследований. \. '-.;.'-.' .'.'; -,;= .^/-.:// '. 'г/Х:"."-:-: .-''
Цель работы « - обоснование принаииов и разработка реализуемых при помощи микро-ЭВМ. алгоритмов синтеза системы управления тиристорного электропривода постоянного тока на основе информации о достоверны* параметрах объекта управления, обеспечивайэщизс ; требуек^Й! закон его функ-
ционирования и позволяющих существенно сократить трудоемкость и продолжительность при одновременном повышении качества исследовательских и пуско-наладочных работ на этапах проектирования, внедрения, сервисного обслуживания в процессе эксплуатации и модернизации систем управления АЭП,- а также снизить требования к. квалификации обслуживающего персонала.
Для достижения указанной це. л необходимо решить следующие &адачи:
обосновать принципы получения достоверной информации о статических и динамических параметрах тиристорного электропривода;
предложить методы автоматизации настройки регуляторов координат электропривода с известной структурой системы управления;
разработать метод определения степени характеристического полинома дискретной модели объекта управления неизвестной структуры; '
предложить алгоритмы перехода от дискретной модели объекта к непрерывной, соответствующей основной огибающей переходной функции;
разработать ориентированные па компьютерную реализацию алгоритмы синтеза дискретных регуляторов;
- разработать, изготовить на современной элементной
базе и внедрить в производство отладочные устройства, пред
назначенные для автоматизации исследований, настройки
регугуляторов и сервисного обслуживания тиристорних, элск-'
троприводов.
Методы исследований. Использоваїи: методы дифферен
циального и интегрального исчисления, Z - преобразования,
теории автоматического управления, синтеза дискретных
регуляторов, представление систем в пространстве состояний,
численные методы расчета в сочетании с экспериментальными
исследованиями. .
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что разработаны:
1. оригинальный метод определения степени характеристического уравнения дискретной модели объекта;
-
алгоритмы переходоз от непрерывной к дискретной и от дискретной к непрерывной передаточной функции звена или системы;
-
эффективные способы определения достоверных параметров объекта к настройки регуляторов тока якорной цеп-:;
-
алгоритмы синтеза на микро-ЭВМ дискретных регуляторов с использованием аппарата дискретных передаточных функций или пространства состояний.
Кроме того, развит принципполучения без запаздывания информации о величине среднего тока якорной цепи тиристорного электропривода.
Практическая ценность. Разработанные и внедренные на металлургических предприятиях микропроцессорные отладочные устройства (МОУ) реализуют алгоритмы автоматической настройки и позволяют существенно сократить длительность настройки регуляторов при высоком качестве и одновременно сиять проблему возможностей применяемых приборов и снизить требования к квалификации наладчиков.
Использование новых научных положений позволяет выполнять построение микропроцессорной системы управленая На основе достоверной информации о параметрах и структуре объекта, полученных при идентификации.» В результате диссертационной работы для практического использования предложены измерители (датчики), выдающие информацию без запаздывания о величинах тока /а.с. 964936/, .скорости /а.-851265/, предложены способы автоматической настройки"* контура тока /а.с. 1277333, а.с. 1644345/, способы построения контуров регулирования ЭДС двигателя /а.с, 1399875, а.с. 1399881/, -устройство управления позиционным приводом/ал. 1029366/. '...
Научные положения, связанные с идентификацией объектов упразлег ія, получением информации без запаздывания о координатах привода,, автоматической настройкой регуляторов и синтезом микропроцессорных регуляторов, используются в учебном процессе ОГПУ в лекционных курса*, лабораторном практикуме и дипломном проектировании.
Реализация результатов работы. Результаты данной работы кашли практическое применение при создании микропроцессорных отладочных устройств. Э.и устройства раарабо-
таны, изготовлены, и переданы в эксплуатацию на б металлургических предприятий стран СНГ: комбинат "Запорожсталь" (Украина, Запорожье), Новомосковский трубный завод (Украина, Новомосковск), завод "Серп и. Молот" (Россия, Москва), Синарский трубный завод (Россия, Каменск-Уральский), Карагандинский металлургический комбинат (Казахстан,- Темиртау) и Молдавский металлургический завод (Молдавия, t ыбница), а также пуско-наладочному управлению (Украина, Мариуполь).
По мнению электрослужб указанных предприятий, использование МОУ позволило на порядок сократить время, необходимое для наладки регуляторов тиристорных электроприводов, существенно повысить качество настройки контуров за счет определения реальных параметров. объекта, а также изменить характер труда обслуживающего персонала.
В период с 1978 по 1987 гх. совместно с ВНЩЇ-преобразователь (г. Запорожье) в рамках целевой комплексной программы Минвуза СССР "Оптимум" выполнялись, научные исследования, в результате которых разработаны принципы регулирования тока без запаздывания, основанные на упреке* дающей информации о величине .среднего тока, алгоритмы регулирования ЭДС двигателя с вычисленным 'сигналом обратной связи и алгоритмы автоматической настройки регуляторов микропроцессорной . системы управления. Эти результаты использованы при разработке рабочей документации МСУ комплектных тиристорных " электроприводов III поколениа ,
Разработанные в. диссертации теоретические и методические положения используются в лскциочн1>гх курсах :і . лабораторном практикуме по дисциплинам : "Микропроцессорные средст.а и системы",-"Приводы, элементы систем управления роботов и MaHKnyflflTOppb" и "Микроароцессорйое управление электроприводами", читаемым автором.
Апробапия работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на УШ (Ташкент, 1979 г.), IX (Алма-Ата, 1083 г.), XI (Суздаль, 1991 г.) Всесоюзных конференциях по. автрматиэированвому электроприводу й Международной конференции до. электромеханике и электро-технологии (Суздаль, 1994 г.), на Всесоюзных научно-технических конференциях "Цифровые методы управления
-.є -
преобразовательными устройствами и электроприводами на их основе" (Запорожье, . 1984 г.), и "Вентильные автоматизированные электроприводы и преобразователи с улучшенными характеристиками (Запорожье, 1987 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы оптимизации ргботы автоматизированных электроприводов" (Душанбе, 1986 г.), на научно-технической конференции "Автоматизированный электропривод прокатных станов" (Свердловск, 1990 г.), на Республиканской научно-технической конференции "Современный металлургический электропривод, автоматизация и САПР промустановок" (Харьков, 1986 г.), на I Украинской конференции по автоматическому управлению ' (Киев, 1994 г.), на I. Международной научно-технической конференции "Математичне моделювання в електротехніці й ; електроенергетиці" (Львов, 1995 г.), на национальной научнотехнической конференции с международным участием "Автоматизация электроприводов и технологических'процессов" (Болгария, Варна, 1990 г.), на научно-технических конференциях Генуэзского университета (Италия, Генуя, 1982 г.), Софийского технического университета (Болгария, София, 1989 г.}, Одесской государственной морской академии (1995 г.), на ряде научно-технических семинаров в Москве в 1985 г., в Ленинграде в 1991 г., а также на семинарах научного совета АН Украины по комплексной проблеме . "Научные основы электроэнергетики" (Одесса, Карьков).
Публикации. Основные результаты диссертациоіінойфабо-
гы нашли отражение в 46 печатных работах, в том числе а 3
ионографиях, 34 статьях . и докладах на международных,
зсесоюзных и республиканских конференциях, 9 авторских'
ївидетельствах..; /.:'.'' ' '.;
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введе* шя, пяти глав, заключения, и включает 51 рисунок и 12 аблип,, список литературы (151 наименование), приложения.
