Введение к работе
Актуальность теш, в успешном решении задач внедрения передовых технологий и создания современного оборудования существенная роль отводится автоматизированному электроприводу, обеспечивающему оптимальные режимы работы сложных электромеханических систем. Этому способствует появление на протяжении последних десятилетий новых силовых полупроводниковых приборов, на базе которых произошли кардинальные изменения в области регулируемых приводов. С помощью втих приборов отныне можно создавать высокоэффективные, компактные, очень мощные и экономичные статические преобразователи, требуемые для создания регулируемых приводов.
Для того, чтобы применять ати приводы для самых разнообразных нагрузок, им необходимы быстродействующие, точные и гибкие системы управления значительной сложности; они могут быть реализованы на базе микроконтроллеров и микроЭШ о использованием как аппаратных, так и программных средств. При этом, электрическая машина, связанная с механической нагрузкой, силовой преобразователь и электронные средства управления должны рассматриваться как единая динамическая система.
На пути повышения качества управления такими системами существенным препятствием является широкий спектр дестабилизирующих факторов, действующих на сложные объекты, работающие в циклическом режиме (многоцелевые манипуляторы, одноковшовые и роторные экскаваторы, шахтные подъемные установки, прокатные станы, различного рода грузоподъемные краны). Наиболее существенными возмущающими воздействиями являются изменяющаяся внешняя нагрузка и момент инерции.
Неполнота априорной информации о свойствах и условиях функционирования электромеханических объектов управления, быстрый темя
изменения их параметров в процессе эксплуатации, жесткие и порой противоречивые требования к качеству процесса управления не позволяют использовать известные методы построения систем управления. Это вызывает необходимость совершенствования методологии проектирования и разработки новых регулирующих устройств, давдих возмож-ность избежать детального анализа всех действующих на объект управления возмущающих факторов, следует учитывать также требование к универсальности современной системы управления, что обеспечивается, например, применением задающей модели, формирующей требуемые оптимальные управляющие воздействия, изменяющиеся по заданному закону изменения выходных.переменных привода (тока, скорости, положения).
Современный електропривод является многосвязной системой, в которой воспроизведение веданных управляемых переменных реализуется как с помощью замкнутых контуров регулирования, так и использованием прямых передач комбинированного управления. Причем число прямых передач в зависимости от технологических требований может быть различным.
Сказанное выше свидетельствует о том, что в наотоящее время имеется реальная возможность оптимизировать режимы работы электроприводов с тиристорними преобразователями и микропроцессорной системой управления. Для етого необходимо решить две основные задачи: обосновать оптимальные законы изменения управляемых координат и разработать алгоритмы функционарования системы управления, реализующей эти законы. В диссертации данные задачи решаются применением компенсирующих моделей в сочетании с прямыми передачами комбинированного по задающему воздействию управления.
Актуальность темы состоит в том, что предлагаемые системы управления позволяют повысить быстродействие електропривода,
- є -
уменьшить потери энергии, а также повысить долговечность оборудования за счет снижения динамических нагрузок в переходных режимах.
Разработка системы оптимального управления выполнялась с учетом возможности ее применения для любых регулируемых электроприводов. Поэтому в качестве входных величин контура компенсации использованы сигналы действительной скорости и полохання.
Цель диссертации - разработка реализуемых при помощи ыикроЗВЫ алгоритмов синтеза системы управления электроприводом цикличного действия с компенсирующей моделью, обеспечивающей получение любых диаграмм скорости, независимо от внешних и параметрических возмущений.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
на основе анализа возможных диаграмм скорости привода цикличного действия определить структуру и параметры системы управления с задающей моделью (ЗМ), обеспечивающей оптимизацию режимов работы по минимуму потерь энергии, динамическим нагрузкам, максимальному быстродействию при ограничениях на скорость и ее производные по времени;
разработать алгоритмы и исследовать на ЭВМ режимы работы тиристорного електропривода и дать сравнительную оценку формы диаграммы скорости на потери энергии, динамические нагрузки, максимальную мощность при одинаковых ограшічениях выходных координат (скорости и положения) и времени рабочего цикла;
разработать структуру и алгоритм функционирования компенсирующей модели (КМ) на основе обратных дішамических алгоритмов по скорости (КМ второго порядка) и по перемещению (КМ третьего порядка) для интегральной оценки и компенсации внешних и параметрических возму-щений;
обосновать возможность декомпозиции электромеханических систем с
- б -
упругими звеньями, содержащими контуры подчиненного регулирования тока и скорости двигателя, на две подсистемы для упрощения анализа сложных объектов такого рода и синтеза системы управления, снижающей колебания динамических нагрузок в упругих звеньях;
- исследовать систему стабилизации динамических нагрузок в елект
роприводе с упругими звеньями и определить влияние изменения пара
метров втих звеньев на величину коэффициентов прямых передач, по
которым подаются дополнительные сигналы на регуляторы тока и ско
рости.
Методы исследований. Использованы метода решения дифференциальных уравнений и представление их структурными схемами на основе преобразования Карсона-Хевисайда, теории электропривода, а также численно-аналитические методы описания нелинейных систем для их анализа с помощью цифровой ЭВМ. Основные результаты теоретических исследований подтверждены моделированием процессов на ЭВМ. Система управления позиционным електроприводом реализована и исследована на лабораторном стенде.
Научная новизна диссертации заключается в разработке:
структуры и алгоритмов реализации систем управления тиристорним электроприводом, оОесдачиващих минимальные потери анэргии и уменьшение пиковой мощности в переходных режимах;
способа декомпозиции структурной схемы електропривода с упругими звенями для понижения порядка характеристического полинома, требующего компенсации методом комбинированного управления;
структурной схемы алгоритма формирования в КМ управляющего сигнала, действие которого направлено на исключение влияния внешних и параметрических возмущений;
методики определения параметров КМ и ограничений при программном и следящем режимах работы электропривода.
Практическая ценность. Разработанные структуры систем оптимального управления и КМ ориентированы на применение серийных еле-ментов цифровой и аналоговой техники, а также микропроцессорных коплектов. Поэтому реализация рекомендаций не требует дополнительных разработок и технических средств. Наибольший практический интерес представляет применение КМ совместно с ВЫ, так как параметры этих моделей не зависят от типа и параметров привода.
Реализация результатов работы. Полученные в диссертации структурные схемы и алгоритмы работы КМ использованы на кафедре АГП Киевского политехнического института при разработке рекомендаций институту НИИГМ им.М.Ы.Фвдорова по модернизации аппаратуры программного управления шахтными подъемными установками с контролем положения концевых грузов по магнитным меткам на подъемном канате. В такой системе КЫ выполняет не только основную свою роль, но выполняет также и следящую защиту от превышения скорости.
Результаты теоретических исследований (алгоритмы построения систем управления электроприводом о различными режимами, моделирование нелинейных систем) используются в учебном процессе на кафедре АГП Киевского политехнического института в курсах "Моделироват нив электромеханических устройств", 'Автоматизированный электропривод машин и установок".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 2-й и 3-й Украинских конференциях по автоматическому управлению (г.Львов, І995 г., г.Севастополь, 1996 г.); Научно-технической конференции о международным участием "Проблемы автоматизированного электропривода" (Крым, г.Алушта, 1996 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в пяти печатных работах.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 128 страниц машинописного текста, ББ рисунков.
