Введение к работе
Актуальность темы. Системы электропривода с тиристорними выпрямителями занимают ведущее место в обеспечении функционирования технологического оборудования во многих отраслях промышленности: это - системы тиристорного электропривода постоянного тока, которые используются в технологических процессах, требующих высококачественного регулирования скорости электропривода в широком диапазоне, и системы тиристорного электропривода переменного тока с тиристорными преобразователями частоты на базе инверторов тока или с непосредственной связью, которые все шире применяются в технологических агрегатах большой мощности с регулированием скорости вращения.
Задача управления тиристорным электроприводом сегодня решается преимущественно с помощью микропроцессорных контроллеров. Но выполненный в работе анализ показывает, что существующие решения по реализации регулирования и автоматической настройки не отвечают в полной мере особенностям и возможностям микропроцессорных систем управления. Это подтверждает актуальность поиска новых решений в этой области, чему и посвящена данная диссертационная работа. В диссертации рассмотрены вопросы регулирования и автоматической настройки для тиристорного электропривода с двигателями постоянного тока независимого возбуждения. Но найденные решения могут быть применены для отмеченных выше типов электроприводов переменного тока с векторным управлением после соответствующей модификации.
Связь темы диссертации с планами работ университета. Разработки выполнялись по планам Донецкого государственного технического университета в рамках научного направления "Разработка микропроцессорных систем управления электроприводами с автоматической настройкой" в соответствии с комплексной программой "Научные основы электроэнергетики" (раздел 1.9 "Физико-технические проблемы энергетики", подраздел 1.9.2.5.2.3.3 "Разработка теории синтеза и оптимизации микропроцессорных систем автоматического управления вентильными электроприводами постоянного и переменного тока с улучшенными динамическими и статическими характеристиками"), утвержденной на 1991-1995 годы Бюро отделения физико-технических проблем энергетики НАН Украины.
Цель работы - теоретическое обоснование и реализация микропроцессор-нон системы управления тиристорным электроприводом с автоматической настройкой и изменяемым интервалом дискретности регулирования, отличающейся улучшенными функциональными свойствами.
Задачи, требующие решения для достижения поставленной цели: . - обоснование целесообразности изменения интервала дискретности регулирования для стабилизации динамических свойств объектов в контурах
регулирования тока и скорости тиристорного электропривода;
синтез цифрового регулятора силового тока тиристорного выпрямителя, обеспечивающего максимально возможное быстродействие регулирования;
синтез системы цифрового регулирования скорости с идентификацией и компенсацией нагрузки электропривода, отличающейся повышенным быстродействием при реагировании на изменения как нагрузки, так и задающего воздействия;
создание компьютерных математических моделей тиристорного электропривода с цифровым управлением для исследования систем регулирования;
обоснование принципов автоматической настройки системы регулирования, обеспечивающих настройку как регулятора скорости, так и регулятора тока электропривода в условиях вращения двигателя;
— разработка методики компьютерной оптимизации систем регулирования;
-проведение исследований разработанной системы регулирования путем математического моделирования;
- создание экспериментальной установки тиристорного электропривода с
микропроцессорным управлением для подтверждения достоверности резуль
татов, полученных путем математического моделирования.
Объектом исследования являются процессы цифрового регулирования и автоматической настройки в системах подчиненного регулирования тиристорного электропривода.
Предметом исследования является улучшение функциональных свойств микропроцессорной системы управления на основе новых принципов регулирования и автоматической настройки системы.
Методы исследования базировались на теории тиристорных выпрямителей, теории дискретных систем автоматического регулирования, математическом компьютерном моделировании, использовании экспериментальной установки тиристорного электропривода с микропроцессорным управлением.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
впервые разработан принцип .целенаправленного изменения интервала дискретности регулирования среднего значенйз- силового тока тиристорного выпрямителя для обеспечения стабилизации динамических свойств объектов в контурах регулирования тока и скорости электропривода;
впервые синтезированы законы регулирования силового тока тиристорного выпрямителя при изменяемом интервале дискретности регулирования и установлены зависимости, характеризующие необходимые корректирующие воздействия при регулировании тока с максимально возможным быстродействием;
на основе полученной уточненной передаточной функции объекта регулирования в контуре скорости реализована идентификация и компенсация
нагрузки привода в процессе регулирования при измерении среднего значения скорости электропривода;
- впервые обоснована возможность определения величины электро
магнитной постоянной времени силовой цепи электропривода на основе
длительности протекания тока в режиме прерывистого тока с целью использо
вания этой информации при автоматической настройке регулятора тока и
контура идентификации нагрузки привода.
Практическое значение полученных результатов состоит в следующем:
созданы математические модели, отражающие тиристорный выпрямитель как дискретное нелинейное звено и специфику дискретных систем регулирования, что позволяет проводить исследования цифровых систем регулирования тиристорного электропривода. Адекватность разработанных моделей реальному тиристорному электроприводу подтверждена при проведении исследований на экспериментальной установке;
разработана методика решения оптимизационных задач на основе компьютерного пакета MathCAD, которая может быть использована в процессе оптимизации как дискретных, так и непрерывных систем регулирования;
разработаны алгоритмы функционирования микропроцессорной системы управления тиристорним электроприводом, которые могут быть использованы при реализации управления промышленными электроприводами;
создана экспериментальная установка тиристорного электропривода с микропроцессорным управлением.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре "Системы программного управления" Донецкого технического университета для студентов специальности 7.0922.03 "Электромеханические системы автоматизации и электропривод".
Разработанные атгоритмы функционирования микропроцессорной системы управления тиристорним электроприводом наряду с математическими моделями и методикой оптимизации приняты к применению Отделом систем программного управления ЗАО "Новокраматорский машиностроительный завод" (г.Краматорск) с ориентацией на проектирование тиристорных электроприводов большой мощности специального исполнения.
Математические модели тиристорного электропривода с цифровым управлением и методика компьютерной оптимизации систем регулирования переданы в Инженерно-технический центр "Сименс Украина" (г.Донецк) с целью применения при проектировании промышленных систем электропривода и автоматизации.
Использование результатов диссертации подтверждено соответствующими документами.
Личный вклад соискателя. Все результаты, составляющие содержание диссертации, получены самостоятельно. Публикации по материалам диссертации выполнены без соавторов.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы были представлены на пяти научно-технических конференциях с международным участием "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика" в 1994, 1995, 1996, 1997 и 1-998 годах.
Публикации. Содержание диссертации отражено в 9 научных публикациях, из них 5 - в ведущих научно-технических сборниках, утвержденных ВАК Украины, а 4 - в сборниках научных трудов конференций с международным участием.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, имеет общий объем 193 страницы, иллюстрирована 106 рисунками и 10 таблицами, при этом 32 рисунка и 2 таблицы расположены на 26 отдельных страницах, имеет список использованных источников из 67 наименований на 7 страницах и пять приложений на 23 страницах.
