WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Здесь с помощью различных структур модальных регуляторов обеспечивается достижение необходимого статизма или получение абсолютно жесткой характеристики при введении интегратора в закон управления, а также осуществляется выполнение заданных динамических требований. Напротив, в области «2» осуществляется регулирование тока или момента ЭМС в режиме ограничения этих переменных при выходе из линейной зоны. В этой области требуется стабилизация развиваемого двигателем момента при значительных изменениях скорости вследствие воздействия на систему перегрузочных моментов сопротивления.

Электромеханические системы, строящиеся по принципу подчиненного регулирования координат на базе типовых каскадных регуляторов пониженного порядка с ограничениями выходных сигналов, оказываются эффективными в управлении скоростными режимами механизмов с жесткими кинематическими передачами при работе на обоих участках характеристики, но теряют свои преимущества, а во многих случаях и работоспособность при наличии упругих элементов механической части, существенно повышающих степень сложности всего управляемого объекта.

Управление упругомассовыми электромеханическими системами с использованием различных типов безынерционных и динамических регуляторов состояния позволяет выполнить комплекс сложных технических требований в линейной зоне «малых» отклонений координат (область «1»), но не имеет возможностей их эффективного ограничения в области «больших» отклонений (область «2»), как и реализации плавных переходов из одной области фазового пространства в другую.

Известные технические решения в виде задатчиков интенсивности, ограничителей выходных сигналов регуляторов, контуров задержанных обратных связей (отсечек), каналов упреждающего токоограничения ни в своих раздельных применениях, ни в комбинациях не позволяют реализовать эффективную стабилизацию тока (момента) электродвигательных устройств в режимах отработки «больших» изменений управляющего воздействия и вариаций нагрузочного момента упругомассовых электромеханических систем из-за ограниченных возможностей управления по сравнению с различными типами регуляторов состояния, функционирующих в линейной зоне регулирования скорости (положения) рабочего органа.

Это обусловливает необходимость существенной модернизации известных и поиска новых структурных решений, способных обеспечить эффективную работу электромеханических систем при изменениях режимов их функционирования в условиях ограниченной мощности силовых исполнительных устройств.

Вторая глава посвящена исследованию особенностей управления ЭМС в режимах ограничения тока силовых исполнительных устройств с использованием задатчика интенсивности и канала токоограничения.

Выявлено, что при формировании процессов ограничения тока (момента) электродвигателя в комбинированных упругомассовых ЭМС, построенных с использованием ЗИ и узла токовой отсечки (рис. 2), наблюдается существенное повышение колебательности (рис. 3) в условиях снижения нагрузочного момента MC и темпа «разгона» системы, обусловленное спецификой влияния тока на эквивалентный коэффициент передачи нелинейного элемента типа «зона нечувствительности» в контуре токоограничения.

Рис. 2.

З – заданное значение скорости; Uу, U – управляющее и выходное напряжение силового преобразователя; Ia – ток якорной цепи электродвигателя; 1, 2 и – угловые скорости и разность угловых перемещений валов электродвигателя и рабочего органа; МC – момент нагрузки (статического сопротивления), КСП и ТСП – коэффициент передачи и постоянная времени силового преобразователя напряжения, Rа и Та – активное сопротивление и постоянная времени якорной цепи, С – конструктивная постоянная двигателя, J1 и J2 – моменты инерции ротора двигателя и рабочего органа соответственно, С12 и b - приведенный коэффициент жесткости и коэффициент внутреннего вязкого трения кинематической передачи, k1…k4 – коэффициенты регулятора, KТО и HК(s) – добавочный коэффициент усиления и ПФ корректирующего звена в контуре ТО.

Наглядное представление выявленных закономерностей позволяет получить метод гармонической линеаризации нелинейности (рис. 4) с характеристикой H (aI, I0 ) = -, где q(aI, I0 ) – коэффициент гармонической q(aI, I0 ) линеаризации нелинейного элемента (НЭ) типа «зона нечувствительности ( - I0 I + I) ( ) I - I0 I + I0 I - I0 I I + IДД Д Д Д Д, q(a, I ) = 1 - arcsin + arcsin + 1 - + 1 I aI aI aI aI aI aI aI I + I0 – амплитуда первой гармоники колебаний тока на входе НЭ, Д I – предельно допустимое значение тока ЭД, I0 - значение тока смещения, Д действующего на входе НЭ и обусловленного присутствием на валу рабочего органа нагрузочного момента.

Рис. 3 Рис. Установлено, что определенное улучшение динамики упругомассовой ЭМС может быть достигнуто повышением коэффициента усиления K в каТО нале токоограничения, позволяющим исключить пересечение частотных характеристик линейной части и нелинейного элемента, однако эффективность такого решения при работе системы с малыми моментами нагрузки оказывается недостаточной.

Сопоставление частотных характеристик линейной части H ( j) I и гармонически линеаризованного нелинейного элемента -1 q(aI, I0 ) контура токоограничения, построенных для «жесткой» и «упругой» ЭМС, определяет более рациональный путь улучшения динамики упругомассовой системы, заключающийся в приближении АФЧХ ее линейРис. ной части к виду аналогичной характеристики «жесткой» системы (рис. 5).

Видоизменение ПФ линейной части упругомассовой ЭМС относительно выхода-входа нелинейного элемента в контуре токоограничения I (s) BI (s) bI 3s + bI 2s + bI 1s HI (s) = = =, 4 3 Uy (s) D(s) s + d3s + d2s + d1s + dподавление работы основного регулятора скорости и обеспечение высокодинамичных процессов стабилизации тока на основе использования классического полиномиального регулятора оказывается затруднительным.

Наличие неблагоприятных нулей в ПФ исходной системы HI (s) приводит к тому, что результатом синтеза полиномиального регулятора оказывается неминимально-фазовое (или даже неустойчивое) динамическое звено, не способное обеспечить робастные свойства создаваемой системы.

Использование в контуре токоограничения компенсационных ПР типа 3 2 3 rI 3s + rI 2s + rI 1s + rI 0 RI (s) rI 3s + rI 2s + rI 1s + rI RI (s) HК (s) = =, HК (s) = =, CI (s) s c s + c CI (s) cI 0 s +bI 1s + bI () () I 1 I 3 rI 3s + rI 2s + rI 1s + rI RI (s) HК (s) = =, обеспечивающих сокращение устойCI (s) s s +bI 1s + bI () чивых нулей исходной передаточной функции («нулевого нуля», комплексно-сопряженных нулей и всего числителя ПФ H (s) соответсвенно), не являI ется эффективным, поскольку порождает новые проблемы параметрической чувствительности системы, изменения уровня ее выходной координаты в различных режимах работы и приводит к существенному усложнению ПФ управляющего устройства.

Это требует поиска иных решений для формирования переходных процессов ЭМС в режимах ограничения тока силовой цепи.

В третьей главе рассмотрены вопросы формирования переходных процессов статических и астатических ЭМС в режимах ограничения тока силовой цепи с помощью компенсационного регулятора и с применением частотной коррекции контура ТО.

Показано, что компенсационные регуляторы пониженного порядка вида (s + 0 ) HК (s) =, синтезированные для контуров токовой отсечки исходя s + bi1s + biиз условий подобия передаточных функций упругомассовой bi1 s s(s + bi1s + bi0 ) Ж HI (s) = и «жесткой» HI (s) = систем, являются 4 Ж (s + 0 ) (s + 0 ) Ж достаточно эффективным и универсальным средством токоограничения для ЭМС с относительно стабильными параметрами, не претерпевающими больших изменений в процессе эксплуатации (рис. 6, рис. 7).

Рис. 6 Рис. На рис. 7 приняты следующие обозначения кривая 1 – АФЧХ линейной части контура ТО исходной системы, кривые 2 и 3 – АФЧХ линейной части контура ТО при изменении C12 в диапазоне ±30% соответственно.

Для упругомассовых ЭМС с существенно меняющимися внутренними параметрами более рациональным решением задачи токоограничения является использование редуцированных пропорционально-интегральных (ПИ) и интегро-дифференцирующих (ИД) устройств (рис 8; рис. 9, где приняты те же обозначения, что на рис. 7), синтезированных путем классической частотной коррекции с применением метода гармонической линеаризации нелинейностей.

Рис. 8 Рис. Для улучшения качества переходных процессов астатических упругомассовых ЭМС при наличии режимов токоограничения необходимо обеспечить повышение порядка корректирующих устройств каналов токовой отсечки в соответствии с заданной степенью астатизма и решать проблему паразитного накопления информации интегрирующими звеньями основного регулятора на интервалах токоограничения (проблему «противонакопления» интеграторов).

Возможными способами решения проблемы токоограничения астатических ЭМС являются следующие.

Применение логических переключающих устройств (рис. 10), блокирующих работу интеграторов основного регулятора путем размыкания цепи на его входе на интервалах токоограничения. Использование в основном регуляторе и корректирующем устройстве контура ТО интегрирующих звеньев с синхронным «сбросом» информации (рис. 11). При этом следует осуществлять периодический сброс накопленной интегратором контура токоограничения с ПФ H (s) = 1 s информации по достижении ею какого-то определенного значения «числа сброса», а из сигнала, накопленного интегратором главного контура с ПФ H (s) = k5 s, вычитать ту же самую величину «число сброса». Подобные периодические сбросы никаким образом не отразятся на качестве работы системы в режиме источника скорости, но значительно улучшат ее характеристики при работе в режиме источника тока. Третий способ – выполнение эквивалентных структурных преобразований (рис. 12) с целью переноса задержанной обратной связи по Рис. току, содержащей интегрирующий элемент, со входа силового преобразователя объекта на вход астатической составляющей регулятора состояния. Указанное преобразование позволяет совместить в одном блоке интегральные части осРис. новного регулятора и регулятора контура Токовая отсечка ТО. При этом сохраИДMc KТО звено k5· няются характер и Ia з Uу k5 качество переходных ЗИ Объект s процессов по расIa сматриваемым коорkkдинатам состояния.

kУниверсальный kхарактер предложенАстатический регулятор состояния ных технических Рис. решений подтверж- дается возможностью их использования в ЭМС с различными типами безынерционных и динамических регуляторов состояния.

Глава четвертая посвящена рассмотрению особенностей применения методов токоограничения в различных типах электромеханических систем, таких как ЭМС с упругостями I и II рода; ЭМС, работающих в напряженном повторно-кратковременном режиме, а также в системах переменного тока с векторным управлением переменными.

Непрерывные технологические линии применяются в различных отраслях промышленного производства. К ним относятся прокатные станы, бумагоделательные машины, поточные линии химической и текстильной промышленности и т.п. В решении комплексной задачи автоматического управления широко распространенным технологическим объектом (рис. 13) повышенной сложности в виде двухдвигательной ЭМС с упругими звеньями I и II рода, являющимся типовым фрагментом технологической установки, высокий технический результат может быть достигнут путем органичного сочетания известных методов модального управления и подчиненного регулирования координат с разработанными методами частотной коррекции контуров токоограничения.

При этом методы ограничения тока (момента) должны рассматриваться не как альтернатива, а как Рис. эффективное дополнение известным методам управления, обеспечивающим более полный учет особенностей объекта, при выполнении заданных требований и достижении поставленных задач.

Для управления электроприводами механизмов с напряженным повторно-кратковременным режимом работы и высокой частотой повторений разгонов, торможений и реверсов использование задатчиков интенсивности переходных процессов становится нерациональным, поскольку приводит к существенной потере производительности при работе с различными по величине моментами нагрузки.

В этих условиях основным средством ограничения тока (рис. 14) на низких и средних частотах может служить контур токовой «отсечки», содержащий интегро-дифференцирующие корректирующие звенья, а для снижения высокочастотных флуктуаций тока целесообразно введение дополнительных каналов упреждающего токоограничения, настраиваемых экспериментально подбором значения одного из параметров с контролем максимального значения тока в начальной фазе переходных процессов. К тому же, если рассматривать чувствительность предлагаемой структуры (рис. 14) к вариациям параметров объекта, то этот недостаток, присущий отдельно взятому контуру УТО, в приведенной комбинированной системе становится несущественным.

Рис. Все приведенные выше результаты исследований были получены для систем ЭП с двигателем постоянного тока, обладающим хорошими регулировочными, но низкими эксплуатационными характеристиками. В настоящее время широко распространены ЭП с асинхронным двигателем, где осуществляется векторное управление его координатами. Структурная схема для ЭП большой мощности с векторным управлением при ориентации по вектору потокосцепления ротора упрощено может быть представлена в следующем виде (рис. 15). Она оказывается практически аналогичной структурной схеме, описывающей двигатель постоянного тока независимого возбуждения.

В ЭП переменного тока малой и средней мощности, питающихся от преобразователей частоты, быстродействие которых значительно выше инерционности электромагнитной цепи машины, часто применяют прямую компенсацию ЭДС вращения (пунктирная линия на рис. 15), что позволяет достичь предельно допустимого быстродействия в контуре при управлении моментом. При такой настройке динаРис. мика процессов в контуре момента не влияет на механическую часть системы и последующие внешние, более медленные контуры управления скоростью и положением. В силу этого контур момента можно представить безынерционным звеном (рис. 16).

В этом случае разработанные методы ограничения электрических и механических координат могут эффективно использоваться и в системах на базе асинхронных двигателей с векторным управлением переменными для решения задач стабилизации электромагнитных моментов машин и механических моментов механических передач.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.