Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы синтеза и анализа электромеханических систем 14
1.1. Основные тенденции развития и проектирования систем управления электроприводами. 14
1.2 Обзор современного состояния анализа электромеханических систем с учетом упругих механических связей 17
1.2.1 Аспекты учета влияния упругости 17
1.2.2 Вопросы синтеза регуляторов 19
1.2.3 Системы модального и подчиненного управления 21
1.2.4 Оптимизация динамики по системе станок -приспособление - инструмент - деталь 25
1.2.5 Монотонность переходных процессов 26
1.3 Влияние технологических требований и особенностей конструктивного исполнения механической части на выбор системы автоматизированного электропривода 27
1.3.1 Общие сведения о металлорежущих станках, технологические требования к точности и качеству обработки деталей 27
1.3.2 Технологические требования к электроприводам главного движения и подачи металлорежущих станков 31
1.3.3 Типовые схемы электроприводов 34
1.4 Модель обобщенной структуры управления электроприводом , 37
Выводы и постановка задачи 41
Глава 2. Математическая модель электромеханической системы, программные средства ее реализации
2.1 Унифицированная математическая модель электромеханической системы подчиненного управления 43
2.1.1 Принципиальная и структурные схемы 43
2.1.2 Стандартные настройки 47
2.1.3 Параметры упругодиссипативной связи 52
2.2 Настройка электромеханической системы с учетом упругости 53
2.3 Автоматизированный анализ электромеханических систем на ЭВМ 60
2.4 Программное средство "Оптимизация динамики упругих электромеханических систем" 63
Выводы и результаты по главе 73
Глава 3. Исследование электромеханических систем на математической модели 75
3.1 Динамика упругих электромеханических систем при вариации параметров 75
3.2 Влияние момента инерции электродвигателя на границу пренебрежения упругостью 85
3.3 Влияние малых постоянных времени на динамику электромеханической системы 92
Выводы и результаты по главе 98
Глава 4. Экспериментальные исследования электромеханических систем 101
4.1 Описание экспериментальной установки 101
4.1.1 Состав и назначение экспериментальной установки 101
4.1.2 Механическая часть 101
4.1.3 Принципиальная электрическая схема силовой части экспериментальной установки 104
4.1.4 Расчет параметров системы управления 107
4.2 Методика проведения эксперимента 111
4.3 Экспериментальное исследование динамики электромеханических систем 112
4.3.1 Динамика электромеханической системы при вариации жестко сти 112
4.3.2 Результаты поискового исследования 119
Выводы и результаты по главе 123
Заключение 124
Литература
- Вопросы синтеза регуляторов
- Параметры упругодиссипативной связи
- Влияние момента инерции электродвигателя на границу пренебрежения упругостью
- Принципиальная электрическая схема силовой части экспериментальной установки
Введение к работе
Актуальность темы. В реальных системах электроприводов (ЭП) механические связи не являются абсолютно жесткими и поэтому представление электромеханической системы (ЭМС) как одномассовой приводит к существенным ошибкам. Упругие элементы могут стать причиной возникновения резонансных режимов, появления больших динамических перегрузок в элементах передачи, развития усталостных явлений и отказов. Если при синтезе системы не учтены упругие звенья, то это приводит к отличию характера движения исполнительного органа и вала электродвигателя (ЭД) от расчетных, то есть к нарушению заданного режима работы механизма. К таким механизмам относятся, в частности, непрерывные конвейерные линии, экскаваторы, скоростные лифты многоэтажных домов, шахтные подъемники, крановые механизмы, прокатные станы. Наиболее многочисленную и энергоемкую группу, требующую учета конечного значения упругости механических связей, составляют электропривода многих металлорежущих станков. Для получения высококачественной обработки поверхности металла необходимо исключить колебания в процессе работы исполнительного механизма, в то время как неучет упругости, например при настройке контура скорости на модульный оптимум, может привести к перерегулированию до 50 %. Анализ исследований, выполненных в нашей стране и за рубежом, показывает, что влияние упругих связей часто делает практически невозможным реализацию присущего тиристорним электроприводам высокого быстродействия и установку стандартных для жесткой системы настроек регуляторов.
В научно-технической литературе синтезу и анализу электромеханических систем с упругими механическими связями уделялось много внимания, но влияние вариаций параметров механической части электропривода и параметров системы управления на возможность пренебрежения влиянием упругости было рассмотрено недостаточно, тогда как подобные исследования могли бы более четко выявить причины возникновения недопустимых режимов и методы их устранения.
Диссертационная работа выполнена в рамках темы ГБ 96.22, 98.22 "Электропривод и автоматика электромеханических систем".
Объектом исследования является двухмассовая электромеханическая система с упругой связью между валом электродвигателя и валом исполнительного механизма. Управляемый источник энергии - тиристорний преобразователь. Принцип управления - двухконтурная система подчиненного регулирования с контурами тока и скорости.
Цель работы. Исследование динамики электромеханических систем,
2 установление границы пренебрежения упругостью и влияния на нее вариаций параметров как механической части, так и параметров системы управления.
Методика исследований. Реализация поставленной цели осуществлялась путем математического моделирования двухмассовой ЭМС (ДЭМС) с ти-ристорными электроприводами постоянного тока, построенными по принципу подчиненного регулирования, получившего наибольшее распространение в электроприводах металлорежущих станков. Неравенства, определяющие возможность пренебрежения упругостью, получены путем анализа логарифмических характеристик. Граничное значение жесткости определяется методом "золотого сечения". Анализ поведения ДЭМС при различных значениях упругости осуществляется методом корневого годографа. Алгоритм разработанной методики реализован в виде программных средств для персональных ЭВМ. Проверка полученных результатов осуществлялась на специально разработанной для этих целей экспериментальной установке. Надежность и достоверность результатов обусловлена применением методов, достаточно хорошо апробированных в теории автоматического управления. Полученные результаты и выводы согласуются с результатами, полученными ранее другими авторами.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, имеющие научную новизну:
-
Обоснованы отличия методики анализа электромеханических систем по двухмассовой модели от одномассовой на примере анализа корневых годографов при вариации параметров механической части электропривода. Показано, что двухмассовая модель имеет пару комплексно-сопряженных корней, обусловленных конечным значением жесткости механической связи, которая влияет на высокочастотную составляющую колебаний в переходном процессе и может быть причиной неустойчивости системы.
-
На основе анализа логарифмических характеристик выявлены области влияния конечного значения упругости на динамику двухмассовых электромеханических систем, позволяющие определить возможность применения стандартных настроек регуляторов или необходимость корректирующих настроек. Исследование уточняет методику применения стандартных настроек регуляторов в электромеханических системах подчиненного управления.
-
Введено понятие граничного значения упругости, при котором переходные процессы в двухмассовой системе приближаются к аналогичным процессам в одномассовой. Определены зависимости граничного значения упругости от параметров как механической части электромеханической системы, так и от параметров системы управления. Построены соответствующие номограммы. Показано, что использование обобщенного параметра облегчает анализ упругих
электромеханических систем.
Практическая ценность работы. Разработана методика анализа динамики двухмассовых электромеханических систем подчиненного регулирования. Она реализована в виде программного продукта, который может быть использован как часть САПР электромеханических систем постоянного тока. Проведен анализ влияния параметров ЭМС на граничное значение упругости, построены соответствующие номограммы. Разработана экспериментальная установка для исследования динамики электромеханических систем. Методика, программные средства, экспериментальная установка могут быть использованы в учебном процессе, а также в практике проектирования электроприводов с упругими механическими связями. Результаты внедрены в учебный процесс ВГТУ, что подтверждается соответствующими актами, которые приведены в приложениях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах (Воронеж, 1996 — 2000); на Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1996); на I - II Республиканских электронных научно-технических конференциях "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1996 - 1997); на III - IV Международных электронных научно-технических конференциях "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1998 - 1999); на Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новгород, 1999): на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов (Воронеж, 1999, 2000); на Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 1999); на Всероссийской конференции "Интеллектуальные информационные системы" (Воронеж, 1999). Программные продукты демонстрировались на региональной выставке "Образование и карьера" (Воронеж, 1998).
Публикации. Основное содержание диссертаций опубликовано в пятнадцати печатных работах и в отчетах по научно-исследовательской работе кафедры автоматики и информатики в технических системах ВГТУ за 1996 - 1999 гг. В Государственном фонде алгоритмов и программ Российской Федерации зарегистрированы программные средства: "Оптимизация динамики упругих электромеханических систем" и "Автоматизированный расчет электропривода главного движения продольно-строгального станка".
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе-
4 ния, четырех глав и заключения, изложенных на 153 страницах машинописного текста и содержит 43 рисунка, список литературы, включающий 136 наименований, и 7 приложений.
Вопросы синтеза регуляторов
Различные вопросы влияния вредных колебательных режимов в технических системах разрабатывались с конца 60х годов, например, вопросы виброустойчивости при креплении электродвигателей [52]. Постепенно для решений подобных задач привлекался более сложный математический аппарат. Развитие электронно-вычислительной техники также существенно облегчило анализ электромеханических систем.
Непосредственно изучение влияния упругости начиналось с учета существенных нелинейностей, например, зазоров в передаточных механизмах. Особенности применения цепных и клиноременных передач в электроприводах робототехнических систем рассмотрены в [105]. Точность позиционирования и быстродействие подобных механизмов определяются динамическими свойствами электропривода. Учитывая это, были определены формулы для расчета жесткости для клиноременных и цепных передач. Определено, что анализ переходных процессов целесообразно проводить по дифференциальным уравнениям [67], учитывая представление передаточного механизма в виде "длинной линии" с распределенными параметрами.
В работах Ключева В.И. [50] было введено понятие коэффициента электромеханической связи. Было показано, что вариация жесткости механической характеристики оказывает демпфирующее влияние на работу системы ЭД - исполнительный механизм. Жесткость механической характеристики, в свою очередь, зависит от параметров системы управления, то есть, изменяя настройки регуляторов, можно добиться максимального влияния со стороны электродвигателя на работу всей системы.
Вопросы оценки динамических свойств упругой электромеханической системы стабилизации скорости рассмотрены, например, в [3, 7, 28, 48]. Для электромеханической системы стабилизации скорости рассмотрено влияние изменений постоянных времени цепи якоря Тяц и механической постоянной времени электродвигателя Тм, получена аналитическая зависимость этих постоянных от коэффициента соотношения масс. Показано, что демпфирующая способность системы стабилизации скорости зависит только от параметров механической части, жесткости механической характеристики и степени введенной корректирующей обратной связи, в качестве которой используется гибкая отрицательная ОС по моменту упругости Му или жесткости обратной связи по разности скоростей обеих масс: скорости электродвигателя &1 и скорости вала рабочего механизма со2. Значения коэффициента максимального демпфирования: юах = TM/3v3T12, где Т12, с - частота свободных коле 19 баний электромеханической системы. Наименьшее значение %тах имеет место при у=1.5. Результаты экспериментальной проверки показали, что наибольшее значение ошибки составляет 0.16 % реальной скорости [28].
Влияние упругих механических связей в работах [3, 28] рассматривалось без учета особенностей конкретной схемы системы управления. Фактически были проанализированы одноконтурные системы стабилизации скорости с возможностью введения корректирующей обратной связи. По технологическим требованиям немногие механизмы будут удовлетворены подобной системой управления, поскольку, как показано в [68], доля значимости системы управления в современных электроприводах возрастает.
Прежде чем перейти к анализу используемых систем управления электроприводами рассмотрим вопросы выбора критерия синтеза качества системы [7], то есть вопросы синтеза регуляторов для электромеханических систем автоматизированного управления электроприводом.
В работе [21] был проведен подробный анализ методов расчета и конструирования регуляторов для синтеза системы управления. Проанализированы следующие методы управления: 1) Метод управления посредством старшей производной. Существенным недостатком метода применительно к электромеханическим системам является невозможность применения метода для синтеза управления теми регулируемыми координатами объекта, относительно которых объект обладает форсирующими свойствами, то есть числитель передаточных функций которых отличается от простого коэффициента. Для двухмассовой электромеханической системы это ток, момент в упругом звене и основная регулируемая координата - частота вращения двигателя. Иные достоинства и недостатки этого метода управления подробно описаны в [21, 22]. 2) Метод аналитического конструирования регуляторов. В результате синтеза этим методом регулятор получается пропорциональный, обратные связи - жесткие, то есть в самой методике заложены определенные ограничения. Хотя этот метод обеспечивает оптимизацию (в смысле решения задачи минимизации функционала качества) и устойчивость системы, но в большинстве случаев полученные результаты не могут быть точно реализованы из-за необходимости использовать все фазовые координаты объекта. Одним из ограничений метода является необходимость назначать весовые коэффициенты в функционале качества по некоторым экспертным оценкам [12, 61]. 3) Метод Винера-Хопфа. Этот метод позволяет задаваться при синтезе двухмассовой электромеханической системы заранее ограниченным числом измеряемых координат и получить, в идеале, минимум интегральной квадратичной ошибки скорости механизма - основной регулируемой координаты при приложении управляющего или возмущающего воздействия. Однако передаточную функцию регулятора, полученную этим методом, обычно трудно реализовать, так как числитель этой передаточной функции имеет более высокий порядок, чем знаменатель. Упрощения и допущения, применяемые в процессе синтеза с целью получения реализуемого и достаточно простого регулятора, определяют необходимость последующей проверки качества системы методом структурного электромоделирования.
Параметры упругодиссипативной связи
На рис. 2.1 показана принципиальная схема исследуемой электромеханической системы, в которой приняты следующие обозначения: ТГ - тахогенератор (U - напряжение ТГ, R - согласующее сопротивление для сигнала обратной связи по скорости); ЭД - электродвигатель (соэд - частота вращения ЭД, 1Я- ток якоря ЭД); Р - редуктор; ТП - тиристорный преобразователь; ДТ - датчик тока ( идт, R - аналогично ТГ); БТО - блок токоо-граничения; U3iW- напряжение задания; PC - регулятор скорости ( zpc - опе 3 50 Гц
Принципиальная схема электромеханической системы подчиненного управления с упругой механической связью раторное сопротивление в цепи ОС регулятора скорости, R3C- согласующее сопротивление для входного напряжения, Upc - напряжение на выходе PC); РТ - регулятор тока ( Zpr, UpT, RpT - аналогично PC); СУ - система управления, формирующая управляющие сигналы для ТП; С - жесткость механической связи между ЭД и исполнительным механизмом.
Классический анализ систем подчиненного управления предполагает расчет по одномассовой структурной схеме, характеристики которой хорошо изучены и подробно описаны, например, в [10, 15, 62]. Широкое развитие в теории автоматического управления получили методы анализа и синтеза динамических структур ЭП, основанные на использовании исходного математического описания в виде нормированной структурной схемы [15]. Наглядный и универсальный характер подобного описания облегчает исследование динамических свойств графическими, частотными методами и путем моделирования на ЭВМ.
Расчетная структурная схема в абсолютных единицах, соответствующая исследуемой ЭМС (рис. 2.1), и НСС для одномассовой системы показана на рис. 2.2. Аналогичные схемы для двухмассовой ЭМС, учитывающие упругость механической части электропривода, показаны на рис. 2.3. Приняты следующие обозначения: Тдт, Т - соответственно, постоянные времени датчика тока и тахогенератора; Ттп - постоянная времени тиристорного преобразователя; Ррт, трт, Зрс, трс - коэффициенты передачи и нормированные постоянные времени для регуляторов тока и скорости; W (р), W (р) - передаточные функции регуляторов контуров скорости и тока; ряц, Тя - нормированное значение сопротивления и постоянная времени цепи якоря; Сд, В с коэффициент, определяющий взаимосвязь между ЭДС двигателя и его частотой вращения при постоянном магнитном потоке, вычисляется по паспортным данным электродвигателя. ДІ7дт(р)
Суммарный момент инерции определяется как сумма момента инерции электродвигателя Jx и момента инерции исполнительного механизма J2, приведенного к валу ЭД. Нормированное значение сопротивления цепи якоря ряц определяется по формуле [15]:
Суммарная механическая постоянная времени Тм, с, определяется как сумма механических постоянных времени первой Тм1 и второй Тм2 масс соответственно. Тс - постоянная времени жесткости; kfl, kf2, kc - Структурные схемы упругой двухмассовой системы подчиненного управления но: коэффициенты внешнего трения на первой массе, второй массе и внутреннего трения в передаче.
Формулы для определения указанных параметров: Сомножитель А(р) учитывает влияние обратной связи по ЭДС двигателя. Согласно [10], наличие его практически не влияет на вид частотных характеристик замкнутого контура тока в зоне частот, близких к (2 Т j1, которая при стандартной настройке контура тока является частотой среза соср [8], если выполняется соотношение: T3M 20W. (2.16) На рис. 2.4а показаны логарифмические частотные характеристики; цифрой "-Iм, обведенной кругом, обозначен наклон -20 дБ/дек, цифрой "-2" -наклон -40 дБ/дек. Там же показаны фазочастотные характеристики, из кото Lm (jo)) кривая 1) выходная величина в первый раз достигает установившегося значения через время 4.7-Т , перерегулирование а, %, составляет 4.3 %. Длительность переходного процесса не зависит от постоянной времени объекта и определяется только значением малой постоянной времени. Такой способ настройки и называется настройкой по модулю. Смысл этого термина в том, что при настройке на модульный оптимум стремятся в широкой полосе частот сделать модуль частотной характеристики замкнутого контура тока близким к единице [62].
При ступенчатом приращении возмущающего воздействия (Az) отклонение выходной координаты зависит от соотношений параметров контура, но длительность и вид переходных процессов по возмущению определяется только соотношением постоянной времени объекта Т0, и малой постоянной времени контура. При Т0/Т —»оо переходный процесс будет соответствовать кривой 1 на рис. 2.4в.
Однако переходные процессы в реальных электромеханических системах, рассчитанных без учета упругости, не всегда соответствуют кривым, показанным на рис 2.4. Анализ подобных систем необходимо вести по двух-массовой (упругодиссипативной) модели. Заметим, что настройки на модульный и симметричный оптимумы возможны и когда объект управления представляет собой апериодическое звено, а именно такой случай имеет место в разрабатываемой математической модели ДЭМС, если учитывать коэффициент внешнего трения в электродвигателе (рис. 2.3). При настройке контура скорости на модульный оптимум в характеристике переходного процесса частоты вращения вала исполнительного механизма при расчете по двухмассовой модели для управляющего воздействия будет наблюдаться етатизм, в отличие от расчета по одномассовой модели, где объект управления представляет собой интегрирующее звено. При настройке контура скорости на симметричный оптимум, как это и должно быть, статизма наблюдаться не будет.
Влияние момента инерции электродвигателя на границу пренебрежения упругостью
Переходные процессы для со2 при С=1000 Н м и у=1.5. реходные процессы соответствуют "классике" (график 3.14а, С Сгр, Ту для точки Сі совпадает с Ту для точки Аь причем параметры ЭМС в обоих случаях идентичны и, соответственно, ПП в обоих случаях одинаковые). Увеличение Jj отрицательно сказывается на динамике ЭМС, в системе возникают малодемпфируемые колебания, возрастает перерегулирование (графики б, в, г). Отметим, что при одинаковом значении Ту и у=1.5, но при различных параметрах ЭМС (Jt равен 0.1 кг м -рис. 3.8д и =1 кг м - рис. ЗЛОв) соответственно, отличается и динамика: перерегулирование и длительность переходных процессов больше, причем жесткость для ПП на рис. ЗЛОв на порядок больше жесткости для ПП на рис. 3.8д. Это подтверждает необходимость учета абсолютного значения момента инерции электродвигателя при анализе электромеханических систем.
Влияние разброса параметров датчиков обратной связи оказывается неравноценным, к тому же реальные параметры ДОС могут значительно отличаться от значений, обычно принимаемых при расчете. Постоянные времени Ттп, Тдт и Тж определяются, как правило, параметрами элементов, фильтрующих высокочастотные колебания, свойственные тиристорным преобразователям и датчикам обратной связи. Изменение С при некоторых значениях параметров ДОС показано на рис. 3.11а (при Ттп=0.01 с и Ттп=0.015 с). Заметим, что при увеличении Тт на 50 % С уменьшается в два раза; при увеличении Тдт в пять раз С уменьшается на 1/2, а при аналогичном изменении Ти, она снижается лишь на 1/4 от первоначального значения. Отметим, что с ростом Ттп влияние отклонений параметров ДОС на величину С снижается. Например, при Тта=0,015 с и поочередном увеличении постоянных электромеханической системы (по номограммам на рис. 3.6, 3.7, 3.11а) потребует построения таких же зависимостей для любого значения Jt, что усложняет процесс анализа. Существенно упростить анализ ЭМС можно, если воспользоваться зависимостями Ту = F(y), приведенными на рис. 3.116. Подобное представление как бы автоматически учитывает зависимость С от Jj, то есть величина Тудр выступает в роли обобщенного параметра.
Возвратимся к вопросу о влиянии параметров тиристорного преобразователя и датчиков обратной связи на динамику электропривода. На рис. 3.12 показаны переходные процессы при у = 1.5, =0.1 кг м2 (J2=0.05 кг м2), С=250 Н м и Ту =0.0115 с и при изменении Ттп, Тдт и Т . Изначальный переходный процесс при Ттп=0.01 с и TAT=TW =0.001 с показан на рис. 3.8г. Увеличение Тта(рис. 3.12в), то есть установка фильтра, уменьшает перерегулирование, но длительность переходного процесса увеличивается. Вариации параметров датчиков обратной связи оказывают аналогичное влияние, причем изменение Тдт(рис. 3.12а и рис. 3.8г, а также рис. 3.12в и рис. 3.12д) оказывает более значительное влияние, чем изменение Tw (рис. 3.126, а также рис. 3.12г). Одновременное увеличение Ттп и постоянных времени ДОС еще более затягивает время переходного процесса, при этом сглаживая или фильтруя высокочастотные колебания. С точки зрения
Влияние параметров тиристорного преобразователя и датчиков обратной связи на динамику. физики процесса, это естественно: увеличение Ттп или Тда увеличивает Tw (формула 2.11), то есть повышается инерционность токового контура, а увеличение Tw или Тет (формула 2.22), в свою очередь, увеличивает Т щ или инерционность контура скорости. Длительность же переходных процессов в системах подчиненного управления зависит от инерционности контуров.
В заключение рассмотрим переходные процессы при "крайних" значениях постоянных времени Тта, Тдт и Тд.. Так как они определяются параметрами элементов, фильтрующих высокочастотные колебания, то достаточно, например, убрать из системы управления тиристорным преобразователем высокочастотный фильтр, как Тта будет определяться временем чистого запаздывания тиристоров (Ттп =0.007 с). Переходный процесс при таком сочетании параметров показан на рис. 3.13а. Наибольшее реальное значение Ттп ограничено 0.015 с (переходный процесс на рис. 3.136).
Диапазон изменения значений постоянных времени применяемых ДОС составляет: для датчиков тока от 10б с до 0.01 с и для датчиков скорости от 105 с (ТП32-25-0.1) до 25 103 с (ТП50-100-1). Переходные процессы при Тда=0.005 с; Ттп=0.01 с; Т =0.001 с показаны на рис. З.ІЗв. ПП при Тда=0.0005 с; Ттп=0.01 с; Т =0.001 с показан на рис. 3.13г. Переходные процессы при аналогичном изменении постоянной времени тахогенератора в сторону увеличения (Т , =0.005 с; Ттп=0.01 с; Тда=0.001 с) и уменьшения (1 =0.0005 с; Ттп=0.01 с; 1 =0.001 с) показаны на рис. ЗЛЗе и ЗЛЗд. Соответствующие переходные процессы для граничного диапазона изменения жесткости С при изменении всех постоянных времени в наименьшую и наибольшую стороны показаны на рис. 3.14а и на рис. 3.146.
Принципиальная электрическая схема силовой части экспериментальной установки
Результаты поискового исследования Кроме вышеизложенного, также была экспериментально исследована зависимость колебательности системы с уменьшением частоты вращения вала электродвигателя, фактически - с уменьшением величины сигнала задания. Это было сделано с учетом того, что привода металлообрабатывающих станков требуют достаточно широких диапазонов регулирования и стабильного значения частоты вращения в пределах диапазона. На рис. 4.11 показаны осциллограммы изменения частоты вращения вала регулируемого электродвигателя (Dj при различных значениях управляющего напряжения U .
Приведенные зависимости свидетельствуют о том, что при уменьшении Uy в характеристике (Ог проявляются высокочастотные колебания. В качестве меры, значительно уменьшающей колебательность системы, можно рекомендовать применение двукратно интегрирующего регулятора в контуре скорости, то есть настройку этого контура на симметричный оптимум. Это проиллюстрировано на рис. 4.12, где показаны характеристики для х при настройках регулятора скорости на модульный и симметричный оптимумы. При настройке на СО (рис. 4.126) колебания в характеристике (йх выражены значительно слабее. Преимуществом настройки на симметричный оптимум, как известно, является астатичность системы к возмущающему воздействию. Поскольку влияние упругих связей проявляется в появлении момента (а следовательно, и тока) упругой деформации, то это будет именно возмущающим воздействием, что и объясняет некоторую стабилизацию динамики при применении указанной настройки. Еще больший эффект можно получить при применении, совместно с настройкой на симметричный оптимум, других мер коррекции: уменьшение коэффициента регулятора скорости, применение : : : : : : : 1 . І
Выводы и результаты по главе 1. Разработана экспериментальная установка для исследования динамики электромеханической системы при вариации параметров. 2. Получены результаты исследования влияния параметров ЭМС на динамические характеристики переходных процессов. Проведенное исследование показало, что эксперимент на математической модели (глава 3) позволил получить качественно правильные зависимости возможности пренебрежения влиянием упругости при изменении параметров электромеханической системы, в особенности, при вариации момента инерции первой массы. Если же колебательность системы тем не менее остается неудовлетворительной, то необходимо принимать специальные меры для компенсации влияния упругости, например, применение специальных настроек, введение корректирующих обратных связей, или применение настройки контура скорости на симметричный оптимум в сочетании с уменьшением коэффициента усиления в регуляторе скорости.
Проведен эксперимент на математической модели, выявивший зависимость условий возможности пренебрежения упругостью механической связи в электромеханических системах от абсолютного значения момента инерции первой массы и от постоянных времени тиристорного преобразователя и датчиков обратной связи. Построены соответствующие номограммы.
Разработана и реализована экспериментальная установка для исследования динамики электромеханических систем. Полученные осциллограммы переходных процессов подтверждают найденные зависимости.
Следующие результаты диссертационной работы: программные средства "Оптимизация динамики упругих электромеханических систем", "Автоматизированный расчет электропривода главного движения продольно-строгального станка" и экспериментальная установка для исследования динамики электромеханических систем с упругой механической связью были внедрены в учебный процесс, что подтверждено соответствующими актами, и включены в курсы "Автоматизированное проектирование электроприводов", "Теория электропривода", "Системы управления электроприводами", в лабораторный практикум, в курсовое и дипломное проектирование.
