Содержание к диссертации
ПРЕДИСЛОВИЕ 7
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТОРОДЕЙСТВУЮЩЕГО МИКРОЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА, РАБОТАЮЩЕГО В РЕЖИМАХ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ.. 30
1.1 Общие требования к микроэлектроприводам. Краткий обзор
механизмов и устройств, работающих в режиме позиционирования 30
1.2 Микроэлектропривод постоянного тока как объект управления. Основные допущения. Дифференциальные уравнения микроэлектропривода 38
1.3 Алгоритмы оптимального по быстродействию управления раз-гонно-тормозными режимами МЭП при переменном потоке двигателя... 43
1.3.1 Оптимальное управление МЭП без учёта электромагнитных процессов в цепи якоря 45
1.3.2 Оптимальные законы движения микроэлектропривода при идеализации обмотки возбуждения 49
1.3.3 Алгоритмы оптимальных по быстродействию управлений полем в общем случае. 53
1.3.4 Влияние инерционности источника питания обмотки возбуждения на характер оптимального управления 57
1.3.5 Алгоритмы управления МЭП при одновременном изменении напряжения на якоре и напряжения на обмотке возбуждения 59
1.4. Оценка целесообразности двухзонного регулирования скорости при позиционировании 64
1.4.1 Отработка перемещений при постоянном магнитном потоке двигателя 65
1.4.2 Отработка перемещений при регулируемом потоке двигателя
1.4.3 Сравнение однозонного и двухзонного способов регулирования скорости для идеализированной тахограммы МЭП 70
1.4.4 Оценка целесообразности двухзонного регулирования скорости при произвольном цикле позиционирования 73
1.5. Концептуальные основы теории построения позиционного МЭП;
обоснование выбора релейных регуляторов тока и скорости. 80
Выводы по главе 1 90
Глава 2. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, УПРАВЛЯЕМОЙ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ... 92
2.1 Общие положения 92
2.2. Исследование релейного контура тока якоря при двухполярном управлении напряжением на обмотке якоря 95
2.3. Учет дискретности изменения параметров контура тока якоря при однополярном управлении 98
2.4. Особенности релейного управления током возбуждения электрических машин постоянного тока 103
2.5. Регулирование тока якоря в релейном контуре с помощью напряжения на обмотке возбуждения 109
2.6. Построение релейного контура тока якоря, управляемого напряжением по двум каналам воздействий 121
2.6.1 Обоснование целесообразности двухканального управления напряжением в релейном контуре тока 121
2.6.2 Система управления током якоря МЭП с параметрическим заданием /ск в релейном контуре 124
2.6.3 Контур тока якоря МЭП с релейным регулятором и независимым заданием частоты скольжения 127
Выводы по главе 2. 134
Глава 3. РЕГУЛРІРОВАНИЕ СКОРОСТИ МИКРОЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С РАЗРЫВНЫМ ХАРАКТЕРОМ УПРАВЛЕНИЯ 136
3.1. Синтез системы автоматического регулирования скорости МЭП ПрИ Ф=С07И/. 136
3.2. Синтез системы автоматического регулирования скорости при переменном потоке двигателя 146
3.3. Двухзонное управление скоростью микроэлектропривода постоянного тока • 55
3.3.1 Двухзонная система регулирования скорости с независимым согласованием зон регулирования скорости 159
3.3.2. Определение моментов переключения зон регулирования скорости микроэлектропривода постоянного тока с импульсными источниками питания °2
3.3.3. Функциональная схема логического устройства согласования зон регулирования скорости 166
3.4. Управление реверсом микроэлектропривода при двухзонном регулировании скорости 169
3.5. Амплитудно-импульсное регулирование скорости микроэлектро привода У"
Выводы по главе 3 184
Глава 4. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ В МЭП 186
4.1. Синтез контура регулирования положения в режиме "малых"
перемещений 188
4.1.1 Синтез системы позиционирования с помощью метода
модального управления 190
4.1.2 Синтез позиционной системы в режиме "малых" перемещений методом локализации 194
4.2 Синтез регулятора положения в режимах "средних" и "больших" перемещений 199
4.2.1 "Параболический" регулятор положения j ду
Л.22 Синтез регулятора положения в режиме "средних" и
5.-. "больших" перемещений при регулируемом потоке двигателя 201
4.3. Функционально полный регулятор положения; согласование режимов работы позиционного микроэлектропривода 206
4.3.1. Построение функционально полного регулятора положения микроэлектропривода, имеющего релейный регулятор скорости 208
4.3.2. Построение функционально полного регулятора положения МЭП, имеющего аналоговый регулятор скорости 212
4.4. Бестахогенераторный вариант построения позиционного микро электропривода постоянного тока 219
Выводы по главе 4... 225
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ ПЕРЕМЕННЫХ МИКРО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА 227
5.1. Амплитуда пульсаций тока якоря машины постоянного тока при импульсном питании обмотки якоря и обмотки возбуждения 229
5.2. Пульсации скорости машины постоянного тока. 235
5.3. Снижение пульсаций скорости при импульсном управлении микроэлектроприводом ,242
5.3.1. Уменьшение амплитуды пульсаций скорости в САР с
релейным контуром регулирования тока якоря 242
5.3.2. Управление амплитудой пульсаций скорости в САР с широт но-импульсным регулированием токов якоря и возбуждения 244
5.4. Оценки величины пульсаций выходной координаты позиционного микроэлектропривода 249
Выводы по главе 5 252
Глава 6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ АМПЛИТУДНО ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЭП 253
6.1. Варианты построения импульсных высокочастотных источников питания 253
6.2. Импульсный регулируемый источник питания на основе генератора Роэра 256
6.2.1 Синтез параметров фильтра источника питания методом гармонической линеаризации 257
6.2.2 Математическая модель импульсного источника питания на основе генератора Роэра 263
6.3. Бестрансформаторный вариант построения импульсного регулируемого источника питания на основе ДС/ДС конвертора 268
6.3.1. Математическая модель ДС/ДС конвертора 269
6.3.2. Статические режимы работы преобразователя 273
6.3.3. Синтез замкнутых структур регулирования ДС/ДС конвертора. 277
6.3.4. Моделирование мйкроэлектропривода постоянного тока с ДС/ДС преобразователем.., 282
Выводы по главе 6.. 285
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .: 286
СПИСОК использованных источников. 288
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Вывод коэффициентов эквивалентной линеаризации для нелинейности типа "звено умножения" 308
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Определение граничного режима "малых" перемещений позиционного микроэлектропривода 311
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Разложение в ряд Фурье импульсных составляющих токов якоря и возбуждения 318
ПРИЛОЖЕНИЕ 4, Оценка целесообразности двухзонного регулирования скорости на примере позиционного МЭП измерительной установки. 323
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Экспериментальное исследование позиционного микроэлектропривода. 329
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Акты внедрения
Введение к работе
Научно-технический прогресс, автоматизация и комплексная механизация технологических и производственных процессов определяют постоянное совершенствование и развитие современного электропривода. В первую очередь это относится ко все более широкому внедрению автоматизированных электроприводов с использованием разнообразных полупроводниковых силовых преобразователей и микропроцессорных средств управления.
Анализируя перспективы развития и использования современных электроприводов в России можно прогнозировать значительное увеличение потребности в них, связанное с необходимостью модернизации и создания нового технологического оборудования с улучшенными техническими показателями. Это неизбежно приведет как к росту потребности, так и к дальнейшему совершенствованию электроприводов, соответствующих уровню начала XXI века1.
Капитализация общественных отношений в России дала мощный импульс к созданию многих мелких производств и, как следствие, к расширению области применения автоматизированных электроприводов малой мощности. Анализ рынка автоматизированного индустриального электропривода указывает на то, что наибольшим спросом пользуется электропривод малой мощности (доЗ-4кВт). На электропривод малой мощности приходится около 75% объема продаж. Рост спроса на регулируемый электропривод малого и среднего диапазона тесно связан с улучшением технических характеристик электропривода, расширением диапазона регулирования скорости, повышением быстродействия, уменьшением массогабаритных показателей.
Здесь, прежде всего, следует отметить существенное расширение диапазона использования приводов с транзисторными преобразователями. В связи с увеличением предельных токов и напряжений силовых транзисторов в ближайшее время следует ожидать и увеличения мощностных характеристик транзисторного электропривода. Приводы с транзисторными широтно-импульсными преобразователями ШИП имеют, по сравнению с тиристорным электроприводом, большие преимущества по статическим и динамическим свойствам, а потому приобретают всё большее распространение. Первоначально они применялись в локальных установках с бортовой сетью постоянного тока, где они могут успешно эксплуатироваться из-за необходимости регулирования скорости. Затем системы с ШИП получили применение для прецизионных механизмов металлорежущих станков, в сложных приборных комплексах, в оптических установках и т.д., а также позиционных и следящих системах. В настоящее время они находят широкое применение при создании приводов с высокими динамическими показателями [21,54 ]. Особенностью транзисторного электропривода с ШИП является разрывной характер напряжения, прикладываемого к двигателю. Это делает систему автоматического управления электроприводом существенно нелинейной. Традиционные методы анализа и синтеза, основанные на аппарате передаточных функций и теории систем подчиненного регули-рования, в этом случае применимы только при грубых допущениях. Данное обстоятельство является тормозом в разработке электроприводов с высокими статическими и динамическими показателями.
Исследованию и разработке теории построения быстродействующего микроэлектропривода постоянного тока с разрывным характером управляющих воздействий и посвящена настоящая работа.
Она отражает результаты исследований автора проводимых в НЭТИ-НГТУ в течение многих лет. Диссертант был участником многих научно-технических семинаров, проводимых на кафедре «Электропривод и автоматизация промышленных установок» под руководством профессоров Б.Ш. Бургина и
Панкратова В.В. Им и другим участникам семинара автор выражает признательность за заинтересованное обсуждение основных положений работы.
Особую благодарность хочется высказать моему консультанту д.т.н. проф.
Вострикову А.С., чьи полезные замечания и советы определили конечный облик настоящей работы. Хочу поблагодарить также к.т.н. Кромма А.А., к.т.н. доц. Гринкевича Д.Я. (посмертно) за совместное проведение экспериментальных исследований и моделирование, а аспирантов Панкрац Ю.В. и Троицкого А.В. за помощь в оформлении рукописи.
