Содержание к диссертации
Введение
І. Синтез подчиненного регулирования с нелинейными динамическими характеристикам 13
1.1. Формирование заданных динамических характеристик электропривода 13
1.2. Постановка задач исследования 20
II. Исследование влияния параметрических возмущении на динамические характеристики привода 23
2.1. Исследование влияния изменения электромеханической и электромагнитной постоянных времени на работу систем, подчиненного регулирования 24
2.2. Анализ результатов исследования 34
III. Синтез задающего сигнала для оптимальной по потерям энергии динамической характеристики привода 42
3.1. Основные методические положения 42.
3.2. Расчет и построение аналоговой модели синтеза 44
І.V. Синтез задающего сигнала по заданным динамическим характеристикам на микро-ЭВМ 57
4.1. Расчетные соотношения для синтеза задающего сигнала на микро-ЭВМ 58
4.2. Синтез параметров системы электропривода с последовательной коррекцией /К = I/ 67
4.3. Система электропривода с параллельной коррекцией /К = 2/ 75
4.4. Система электропривода с упреждающей коррекцией /К = 3/ 82
V. Экспериментальная проверка результатов синтеза . 95
5.1. Дискретизация синтезированного сигнала 95
5.2. Задающее устройство 98
5.3. Экспериментальные исследования 108
Основные.вывода и рекомендации 118
Список литературы 120
- Формирование заданных динамических характеристик электропривода
- Исследование влияния изменения электромеханической и электромагнитной постоянных времени на работу систем, подчиненного регулирования
- Расчет и построение аналоговой модели синтеза
- Расчетные соотношения для синтеза задающего сигнала на микро-ЭВМ
Введение к работе
Современное производство характеризуется высокой интенсификацией технологических процессов, и возрастающими требованиями к качеству выпускаемой продукции, что заставляет применять все более совершенное механическое и электротехническое оборудование для промышленных установок и агрегатов. На ХХУІ съезде KIICG поставлена задача: "Повысить технический уровень и качество продукции машиностроения, средств- автоматизации и приборов, значительно поднять экономичность и производительность выпускаемой техники, ее надежность и долговечность. В этих целях обеспечить ускоренное развитие производствах. средств автоматизации управления машинами и оборудованием, комплектных электроприводов с тиристорними преобразователями". Большую роль в решении комплексной автоматизации производства играет регулируемый электропривод постоянного тока, наиболее полно отвечающий предъявляемым требованиям при сравнительно невысокой стоимости оборудования.
Развитие систем электропривода промышленных установок характеризуется широким внедрением тиристорных преобразователей и унифицированных систем подчиненного регулирования. Два главных достоинства определяют широкое распространение систем подчиненного регулированияГ 6, I7J *
I. Простота расчета и настройки. Система разбивается на ряд контуров. Каждый контур включает в себя регулятор, за счет придания которому определенных динамических авойотв- получаются стандартные характеристики. Настройка в процессе наладки; ведет-
ся, начиная с внутреннего контура. Поскольку регулятор имеет простую передаточную функцию, а качество настройки может быть легко оценено по результатам сравнения реакции контура на скачок управляющего воздействия со стандартной переходной характеристикой, наладка системы оказывается простой.
2. Удобство ограничения предельных значений промежуточных координат системы. Поскольку выходной сигнал регулятора внешнего контура является предписанным значением для внутреннего контура, ограничение выходной координаты внутреннего контура достигается за счет ограничения выходного сигнала регулятора внешнего контура.
Увеличение быстродействия систем регулирования заставляет учитывать влияние механических и технологических факторов на динамику систем электропривода. Немаловажное значение имеет создание инженерной методики оптимизации систем электропривода применительно к установкам различного класса. Требует решения проблема поиска оптимальных структур систем электропривода, обеспечивающих высокое качество динамики в условиях взаимосвязи электрических, механических и технологических факторов, изменения параметров /параметрические возмущения/ и действия различных внешних возмущений с учетом реальных условий промышленной эксплуатации.
В Материалах ХХУІ съезда КПСС записано: "Обеспечить ось-воение в короткие сроки серийного производства новых конструкций, оборудования, средств автоматизации и приборов, позволяющих использовать в широких масштабах высокопроизводительные энерго- и материалосберегающие технологии, а также производства необходимой техники, соответствующей специфическим
условиям эксплуатации в различных отраслях народного хозяйства и районах страны". Во многих развивающихся странах нет собственной электротехнической промышленности. Поставки промышленного оборудования ведутся зарубежными фирмами, в ряде случаев без учета разнообразия технологических процессов. Кроме этого фактора существует также потребность в модернизации уже имеющегося оборудования на базе современных электроприводов. Проблема оценки влияния параметрических возмущений на работу электропривода еще не нашла в литературе должного освещения.
Таким образом, математическое описание систем электропривода должно учитывать реально существующую взаимосвязь между электромагнитными, механическими и технологическими процессами. Это приводит к существенному усложнению динамических структур систем электропривода, что, в свою очередь, усложняет синтез оптимальных настроек регуляторов и дополнительных коррект-тирующих связей. К тому же, в большинстве случаев структуры систем электропривода оказываются нелинейными, что требует применения нелинейных методов исследования динамики или соответствующих приемов линеаризации систем. Исходным во всех случаях для синтеза управляющего устройства является закон изменения основной, управляемой координаты объекта. Осуществление законов движения рабочего органа механизма, обеспечивающих выполнение требуемых технологических операций, является главной задачей ав томатизированного привода. Несмотря на исключительное многообразие производственных механизмов и технологических требований к электроприводу, всегда в решении этой главной задачи важное место занимает выполнение операций пуска и остановки электропривода, а в регулируемых электроприводах - переход от рабочего
- режима, требующего одной рабочей скорости, к режиму работы с другой скоростью, определяемой течением технологического процесса. Переход от одного состояния системы к другому может совершаться по различным траекториям, отличающимся длительностью перехода, максимальными нагрузками электрической и механической частей системы, потерями энергии, выделяющимися в двигателе за время перехода, потреблением энергии за то же время другими показателями.
Очевидно, из множества возможных траекторий изменения состояния системы необходимо стремиться выбрать такие, которые обеспечивают максимальное быстродействие, минимум динамических нагрузок и потерь энергии, максимум полезной работы и оптимальные значения всех других показателей, характеризующих условия протекания процесоа. Характер переходных процессов электропривода, соответствующий таким траекториям, и является оптимальным в самом общем смысле. Однако его определение затрудняется многообразием оптимизируемых показателей, их различной практической значимостью и противоречивостью требований к динамическим свойствам электропривода и законам изменения управляющих воздействий. Для электропривода постоянного тока оптимальным законом управления будет являться для тока якоря линейный закон, для скорости вращения - парабола, который обеспечивает максимальное быстродействие электропривода при условии минимума потерь энергии, выделяющихся в якорной цепи двигателя. При парабо-лическом законе изменения скорости потери в двигателе на 12$ меньше, чем при равномерно-ускоренном протекании переходных процессов. Однако, несмотря на явные преимущества, оптимальный закон управления не нашел еще широкого применения, т. к. его
-реализация требует усложнения структуры электропривода 2
Итак, синтез параметров автоматизированного электропривода по заданным динамическим и статическим характеристикам І321 позволяет выбрать оптимальную структурную схему, определить параметры входящих в нее элементов и найти закон изменения входного сигнала управления. Практическое значение синтеза этой переменной состоит в том, что по ней может быть построен задатчик, формирующий во времени либо в функции скорости и тока требуемую зависимость. Учитывая все возрастающие требования к использованию средств вычислительной техники в научно-технических расчетах, особенно актуальной становится задача развития методов синтеза с применением АВМ и ЭВМ. В этих целях появилась возможность использования также и микро-ЭВМ, благодаря их простоте эксплуатации, низкой стоимости, экономичности, массовому производству. Понятно в связи с этим то большое значение, которое придается в последнее время подготовке специалистов, в совершенстве владеющих своей основной профессией, и в то же время, имеющих четкое представление о возможностях микропроцессоров и микро-ЭВМ, умеющих эффективно использовать их в своей области. В решениях ХХУІ съезда КПСС было уделено большое внимание развитию работ, направленных на совершенствование и эффективное использование в народном хозяйстве электронной вычислительной техники. В Постановлении ЦК КПСС и СМ СССР, опубликованном в 1982 г. м0 развитии работ по автоматизации машин, оборудования и приборов с применением микропроцессорных средств и создании на этой базе автоматизированных предприятий и технологических комплексов? поставлена задача внедрения мини- и микро-ЭВМ во всех отраслях народного
хозяйства. Высоконадежные, дешевые и малогабаритные микропроцессоры, микропроцессорные комплекты, мини- и микро-ЭВМ произвели революцию в вычислительной технике, которая по своим последствиям приравнивается к произошедшему около 30 лет назад перевороту, связанному с созданием транзистора. Использование мини- и микро-ЭВМ позволяет устранить существенный разрыв между теоретическими разработками в области проектирования систем автоматизации промышленных объектов и их практическим исполнением, в котором до появления мини- и микро-ЭВМ применялись в основном П-, И-, Д-законы управления и их комбинации. Благодаря этим машинам создаются условия для практического использования комплексных алгоритмов, управляющих с большой точностью динамикой управляемых объектов.
Постоянно возрастающие требования к точности и быстродействию привода и более широкие и универсальные для выполнения этих требований возможности, обеспечиваемые современной вычислительной техникой и ее элементной базой по сравнению с аналоговой, привели к разработкам и все большему внедрению систем электропривода с цифровым управлением, в частности микропроцессорным, в которых все измерения, передача информации, ее обработка и выработка оптимальных управляющих воздействий на систему привода и ее координаты производится в цифровом виде. Представляется целесообразным создание универсального цифрового задающего устройства, с помощью которого без изменения структуры электропривода возможно было бы программировать необходимый входной сигнал и реализовать работу систем электроприводов по требуемому оптимальному закону управления.
В соответствии с выше изложенным, первая глава диссерта-
ции посвящена анализу работ по данным проблемам. Фундаментальные исследования в области исследования и синтеза систем подчиненного регулирования принадлежат советским ученым В.И.Архангельскому, А.В.Башарину, В.П.Бычкову, К.И.Кожевникову, А.М.Корытину, О.В.Слежановскому, В.М.Шестакову и другим [2, 6, 23, 25, S3, 58].
В то же время недостаточно полно изучен вопрос влияния электрических, механических и технологических факторов на работу систем подчиненного регулирования с учетом реальных условий промышленной эксплуатации. Анализ конструкций задат-чиков и результатов исследований систем подчиненного регулирования с ними позволил установить, что отсутствует методика построения входных устройств, обеспечивающих работу системы по законам, оптимальным по потерям энергии, которые существенно влияют на быстродействие, увеличивают производительность электропривода и уменьшают потери электрической энергии в якоре, облегчив этим тепловой режим двигателя и увеличив срок его службы. Для достижения поставленной цели определены основные задачи исследования.
Во второй главе осуществлено исследование влияния параметрических возмущений на динамические характеристики системы с подчиненным регулированием координат. Структура системы выполнялась по трем вариантам - с последовательной, параллельной и упреждающей коррекцией. Контур скорости принимался настроенным на симметричный оптимум. Исследовалось поведение электропривода на аналоговой модели при отклонении в большую и меньшую сторону от настроечной величины электромеханической и электромагнитной постоянных времени; разработаны рекоменда-
ции по выбору наиболее устойчивого варианта структурной схемы к действию параметрических возмущений, который можно взять в качестве основного при наладке электроприводов как для целей модернизации промышленных установок, так и в слу— . чае применения его для установок с широким технологическим профилем.
В третьей главе диссертации разработана универсальная аналоговая модель синтеза задающего сигнала и описана процедура синтеза. Проверка результатов синтеза осуществлена на аналоговой модели электропривода путем сопоставления полученных динамических характеристик с заданными.
В четвертой главе разработана методика и алгоритм синтеза задающего сигнала на микро-ЭВМ типа "Электроника МК 56" для систем подчиненного регулирования по трем вариантам коррекции; получены расчетные соотношения для выполнения синтеза на микро-ЭВМ. Принцип декомпозиции позволяет общую процедуру синтеза разделить на части. Для решения задачи по частям может быть использована машина с малым объемом памяти. Широкое распространение микро-ЭВМ типа "Электроника" и простота составления программы позволяют выполнять синтез непосредственно при настройке задающего устройства на объекте.
В пятой главе выполнена дискретизация полученного синтезированного сигнала управления и разработано универсальное цифровое задающее устройство, обеспечивающее работу электропривода по параболическому закону управления. Оценка точности синтеза и задающего устройства выполнена на лабораторном стенде. Экспериментальное сопоставление потребления электрической
12.
энергии было выполнено при работе электропривода по параболическому и рациональному законам изменения скорости.
Результаты экспериментальных исследований подтверждают достоверность метода синтеза задающего устройства и возможности разработанного задающего устройства. Даны рекомендации по применению созданного задающего устройства в СССР и Арабской Республике Египет.
Формирование заданных динамических характеристик электропривода
К современным системам автоматизированного электропривода постоянного тока предъявляется требование быстрого протекания переходных процессов. Этому требованию отвечают системы подчиненного регулирования [6, 17, 50, 68 . Среди электроприводов с системой подчиненного регули-рования наибольшее распространение получили следующие структуры: 1. с последовательной коррекцией 50, 58 ; 2. с параллельной коррекцией 8, 65 ; 3. с упреждающей коррекцией 10 . В настоящее время развитие теории и практики построения автоматических систем управления электроприводами /АСУ ЭП/ привели к тому, что большинство из них представляет собой нелинейные динамические системы. Лишь ограниченный класс. АСУ ЭП при вполне определенных режимах может быть приведен к линейным системам и рассчитываться или исследоваться методами линейной теории регулирования.
Вместе с тем развитие теории и методов синтеза, и особенно синтеза нелинейных систем управления, в значительной мере отстает от практики. Еще более отстает от потребностей практики развитие методов синтеза систем управления с применением АВМ и ЦВМ. В настоящее время имеется ряд разработок, дающих возможность решать лишь ограниченный круг частных задач синтеза АСУ [8, 13, 15, 17, 31, 34, 37, 38 J .
Синтез автоматизированного электропривода сводится в конечном счете к выбору структурной схемы и определению параметров входящих в нее элементов Г 5, 28, 33 J . Структурная схема, обычно, является основой исследования электропривода. Все многообразие элементов современных автоматизированных электроприводов можно привести к трем группам типовых звеньев: апериодическим, дифференцирующим и колебательным I 20 J . В ряде случаев необходимо определить желаемый коэффициент усиления системы в целом. Обязательным условием завершения расчета является соответствие динамических и статических характеристик электропривода заданным при проектировании.
Заданные динамические характеристики определяются технологическими требованиями промышленной установки и не ограничиваются только оптимальным I 43, 44 J и рациональным Г2, 4 J законами управления. Весьма часто приходится сталкиваться а их сочетанием. Ряд производственных механизмов требует ограничения первой и второй производных скорости I 26, 55J . Технологическая связь нескольких промышленных установок в одном комплексе может привести к необходимости формирования практически любой динамической характеристики. В связи с этим приходится решать общую задачу синтеза параметров системы управления автоматизированным электроприводом. Статические характеристики автоматизированного электропривода во многих случаях являются дополнительными и не всегда определяют выбор параметров.
Теории оптимального управления электроприводами, работающими в повторно-кратковременном режиме с большой частотой включений посвящен ряд работ [22, 18, 26, 40, 43, 45 j , в которых при помощи метода классического вариационного исчисления рассматриваются режимы управления двигателем, оптимальные по быстродействию на заданном пути перемещения механизма. В более поздних работах[42, 52J эти же исследования с учетом ограничений выполняются на фазовой плоскости. В работе 4з1рассмотрены также режимы оптимального управления скоростью двигателя при ее изменении в заданных пределах.
В перечисленных работах сделан один и тот же вывод: теоретически, без наложения ряда ограничений, оптимальным по быстродействию на заданном пути перемещения механизма, является параболический скоростной график работы двигателя. Применение такого графика скорости должно дать определенный экономический выигрыш Г 2, 22J . Принцип максимума Л.С.Понт-рягинаї 44 J позволил решить более широкий круг задач 8, 63 J. Для решения задач оптимального управления в линейных системах хорошие результаты дает метод моментов Г 391 . В ряде случаев удачным является применение метода динамического программирования Г 7 J . Использование обобщенного интегрального критерияі II, 55 J приводит к структуре системы подчиненного регулирования, дополненной контуром компенсации возмущения.
Для механизмов повторно-кратковременного режима работы с большой установленной мощностью приводных двигателей и частыми включениями важное значение имеет снижение потерь электроэнергии. Например, для механизма поворота крупного экскаватора формирование оптимального закона управления приводит к уменьшению потерь на 20# Г36 J, в связи с этим при обретает практическую значимость решение задачи формирования оптимального режима, особенно в установках с ограниченным энергетическим ресурсом. Оптимальному по потерям энергии управлению электроприводами в режиме отработки заданной скорости и связи его с оптимальными по быстродействию процессами посвящен ряд работ [42, 45, 46, 49 1 . ВІ 481 решается задача оптимального управления по критерию минимума потерь в якорной цепи при переходах от одной установившейся скорости к другой. Поддержание потерь в цепи якоря на допустимом уровне позволяет получить выигрыш в производительности по сравнению с процессами управления при поддержании постоянства тока якоря.
Решению задач синтеза при рациональном законе управления посвящены, например Г 3, 18, 47J . В них рассматриваются решения линейных задач, отличающихся лишь исходными данными. Методы, близкие к решению задач синтеза при рациональном законе управления, применяются также при управлении с ограничением первой и второй производных скорости. Общность решений состоит в формировании трапецеидальных токовых диаграмм I 4, 54 I , которые при постоянном потоке возбуждения и малом по величине неизменном моменте сопротивления позволяют получить желаемый закон управления.
Исследование влияния изменения электромеханической и электромагнитной постоянных времени на работу систем, подчиненного регулирования
Методы анализа автоматизированных электроприводов дают возможность исследовать их поведение при известных сигналах управления, структурах и параметрах обратных связей, заданном характере изменения нагрузки. Методы синтеза автоматизированных электроприводов позволяют решать задачи выбора структурных схем, определения параметров входящих в них элементов, желаемых коэффициентов усиления в целом, либо отдельных ее звеньев. При проектировании и расчете автоматизированных электроприводов анализ и синтез находятся в диалектической связи друг с другом. На первом этапе вырабатываются требования к электроприводу для обеспечения необходимых показателей технологического процесса - решается задача анализа. На основании заданных динамических и статических характеристик выбирается структурная схема системы и определяются параметры ее звеньев - производится синтез системы. По полученной структурной схеме и ее параметрам исследуется поведение системы в статике и динамике и сравнивается с требуемыми показателями - выполняется задача анализа. В необходимых случаях после этого уточняются параметры корректирующих устройств, коэффициентов усиления, т.е. снова решается задача синтеза. На каждом этапе в зависимости от принимаемой степени идеализации системы учитывают одни и пренебрегают рядом других факторов, при этом может возникнуть необходимость уточнения решения и повторения этапов синтеза и анализа. Наиболее целесообразно решение задач анализа и синтеза осуществлять с использованием средств вычислительной техники на аналоговых и цифровых вычислительных машинах І30І .
Аналоговые вычислительные машины непрерывного действия дают возможность строить математические модели, в которых физические величины /угловая скорость, ток, МОЩНОСТЬ и т.д./ представлены в виде пропорциональных им электрических напряжений. Методика синтеза систем электропривода на АВМ разработана д.т.н., проф. Корытиным A.M. в [32, 34 J . Методика синтеза основана на последовательном, поэлементном синтезе системы от выхода к ее входу, причем за элементарные звенья системы принимаются звенья, движение которых описывается дифференциальными уравнениями. В ходе синтеза последовательно для каждого звена по известному или найденному на предыдущем этапе закону изменения его выходной координаты определяется суммарное воздействие на входе рассматриваемого звена. С ним суммируется /алгебраически/ внешнее воздействие и воздействия обратных связей, что позволяет определить закон изменения задающего сигнала звена, равный выходной координате следующего по ходу синтеза звена. Обязательным условием завершения расчета является соответствие динамических характеристик электропривода заданным при проектировании.
При синтезе на АВМ по заданной динамической характеристике определяется закон изменения сигнала управления. Структурную схему такого решения назовем моделью синтеза электропривода, в отличие от модели анализа электропривода, на которой исследуется поведение выходной координаты привода при известном законе управления. Такая модель позволяет получить сочетание сигналов обратных связей и последовательно синтезировать параметры каждой из них, что создает возможность выявления оптимальной структуры нелинейных обратных связей. При этом функции гибких обратных связей ограничиваются стабилизацией системы, а их параметры рассчитываются с помощью методов теории автоматического регулирования после синтеза цепи обратной связи по выходной координате для максимальных коэффициентов усиления звеньев системы Г 29, 35, 37 J . Математическое моделирование делает аналоговый метод синтеза в достаточной мере универсальным.
При синтезе задающего сигнала для системы электропривода, построенной по принципу подчиненного регулирования координат и настроенной на симметричный оптимум,/на рис. 2.1 представлена ее структурная схема/ заданными динамическими характеристиками являются параболический закон изменения скорости и прямолинейный закон изменения тока /рис. 3.1/.
Для синтеза на АВМ все переменные удобно привести к напряжениям, в частности, момент двигателя выражается через падение напряжения в якорной цепи, преобразователь-двигатель /я Гад» а скорость - через ЭДС двигателя - СЫ.
Расчет и построение аналоговой модели синтеза
Вместе с тем, при широких пределах изменения динамических и статических параметров привода для снижения погрешности потребуется перестройка нелинейных блоков и изменение масштабных коэффициентов. В этих случаях приходится переходить к решению задач на ЦВМ. Кроме того, принцип, положенный в основу синтеза, позволяет прервать его на любой стадии, получая без погрешности промежуточное решение. Поэтому для решения задачи синтеза по частям может быть использована машина с малым объемом памяти, микро-ЭВМ. Широкое распространение ЦВМ типа "Электроника" и простота задания программы позволяют использовать особенности принципа синтеза для выполнения его по этапам.
Основные результаты состоят в следующем: 1. разработана универсальная аналоговая модель для синтеза задающего сигнала в системах с подчиненным регулированием координат; 2. получен синтезированный задающий сигнал для оптимальной по потерям энергии динамической характеристики электропривода; 3. выполнена проверка разработанной модели синтеза и синтезированного входного сигнала на аналоговой модели анализа системы электропривода. Одним из актуальных вопросов развития методов синтеза на ЦВМ является использование микро-ЭВМ. Современные микро-ЭВМ обладают достаточными во многих случаях вычислительными возможностями для использования их в качестве ЭВМ индивидуального пользования на рабочем месте; инженера-проектировщика, конструктора, исследователя. Благодаря низкой стоимости, малым габаритам, простоте эксплуатации и массовому производству микро-ЭВМ появилась возможность применения этой вычислительной техники в таких областях человеческой деятельности, где совсем недавно их использование не представлялось целесообразным в силу либо технических, либо экономических причин. Появившиеся в последнее время микро-ЭВМ, программируемые микрокалькуляторы, с оперативной памятью, рассчитанной для запоминания 14 величин, и программой с числом шагов до 98 Гб2І обусловливают возможность их использования для синтеза и анализа систем электропривода.
С целью проверки возможности использования микро-ЭВМ типа "Электроника Ж 56" для проектирования АСУ ЭП был осуществлен синтез задающего сигнала Usfi) - системы электропривода постоянного тока, построенной по принципу подчиненного регулирования координат с тремя типами коррекции /последовательной, параллельной, упреждающей/, настроенной на симметричный оптимум. Решение задач такого типа обычно производится на ЦВМ, которые имеют широкий аппарат программного обеспечения, большой объем памяти и др. Однако использование микро-ЭВМ для подобных расчетов, во-первых, исключает необходимость программирования на языках высокого уровня и подготовку данных, во-вторых, характеризуется простотой составления программы и возможностью быстрой корректировки ее, что позволяет без специальных знаний программирования быстро решать задачи синтеза. В силу того, что возможности микро-ЭВМ ограничены /сравнительно малый объем памяти и ограниченное число шагов программы/, алгоритм решения задачи разбивается на несколько частей без ущерба для окончательного результата, причем такой подход дает возможность получать промежуточные данные и вводить новые по мере необходимости. Эта методика может быть использована инженером-наладчиком или проектировщиком при разработке систем электропривода, где исследуется неоднозначное влияние многих факторов и параметров.
Для осуществления синтеза задающего сигнала на микро-ЭВМ необходимо решить задачу, связанную с определением основных расчетных соотношений для системы подчиненного регулирования с тремя типами коррекции, учитывающих специфику расчетов на этих вычислительных машинах. С этой целью необходимо выделить типовые звенья /блоки/, для которых нужно иметь расчетные соотношения. Такими типовыми звеньями для исследуемой системы подчиненного регулирования, как и при синтезе на АВМ, являются: двигатель, тиристорний преобразователь, ПИ-регулятор, дифференцирующее корректирующее звено, интегрирующее корректирующее звено.
Основные расчетные соотношения для синтеза систем электропривода на ЦВМ и методика изложены в [321 . Под синтезом при этом понимается определение одного из входных сигналов по известным остальным и требуемому закону изменения выходного напряжения. Сущность метода состоит в том, что при решении задач синтеза необходимо, во-первых, провести такие преобразования, как приведение сигналов управления к одному основному входу, а переменных и характеристик к виду, где все переменные были бы представлены напряжениями, и, во-вторых, осуществить запись динамических характеристик в виде, удобном для последующих расчетов.
Решение задач на ЦВМ включает следующие этапы: - математическая формулировка задачи; - выбор численного метода, позволяющего свести решение к последовательному выполнению элементарных арифметических операций; - алгоритмизация задачи - строго определенная последовательность вычислительных операций, четко и однозначно приводящая к решению поставленной задачи; - программирование - описание разработанного алгоритма управления на языке или кодах вычислительной машины для непосредственного ввода в управляющее устройство ЦВМ; - отладка программы для устранения вкравшихся в нее ошибок;
Расчетные соотношения для синтеза задающего сигнала на микро-ЭВМ
Так как с помощью данного задающего устройства можно сформировать задающий сигнал, обеспечивающий работу системы электропривода по оптимальному и рациональному I 2, 43 законам управления без изменения структуры привода, было выполнено экспериментальное определение затрат электрической энергии, потребляемой электроприводом при разгоне и торможении за одинаковое время цикла при равном перемещении для оптимального и рационального законов управления. Эксперимент проводился на установке, функциональная схема которой приведена на рис. 5.10. Основными элементами ее являются тиристорний комплектный электропривод постоянного тока ЭТУ 3601, счетчик оборотов вала двигателя и счетчик активной электрической энергии при параболическом законе управления /оптимальном по потерям энергии/; на цифровом задатчике был сформирован синтезированный задающий сигнал и подан на вход системы электропривода. Потребляемую электрическую энергию фиксирует счетчик активной электрической энергии, а счетчик перемещения определяет количество оборотов электродвигателя за это же время. Затем на цифровом задающем устройстве был запрограммирован задающий сигнал, обеспечивающий работу электропривода по рациональному закону управления. При подаче сигнала на вход системы электропривода на счетчике перемещения фиксировалось то же перемещение, что и при параболическом законе изменения скорости. При этом сравнивались показания счетчика активной электрической энергии с показаниями, полученными при работе электропривода по оптимальному закону управления. Если принять значение экспериментально полученных затрат электрической энергии для оптимального закона управления за единицу, то значение потребляемой электрической энергии при рациональном законе управления составит 1,11. Полученное соотношение близко к расчетному [2, 43 J и приведено в таблице 5.2.
В результате экспериментальных исследований полностью подтверждена справедливость и точность синтеза задающего сигнала, обеспечивающего работу системы электропривода постоянного тока по оптимальному по потерям энергии закону управления.
Установлено, что задатчик весьма простой конструкции позволяет получить на входе системы такой задающий сигнал, который обеспечивает работу электропривода по желаемым динамическим характеристикам.
Точный расчет ошибок от квантования и дискретизации, особенно в их совокупности, является достаточно сложной задачей, которая даже без учета дополнительных усложняющих факторов требует полного знания возможных входных воздействий и громоздких расчетов, что на практике далеко не всегда удобно и необходимо 5б .
Разработанное универсальное цифровое задающее устройство может быть применено для систем электропривода, работающих в повторно-кратковременном режиме с большой частотой включений в час /рольганги, нажимные устройства, летучие ножницы, долбежные станки, холодно-высадочные автоматы/, а также для систем электроприводов, работающих в тропических климатических условиях. С учетом того, что поставки промышленного оборудования для Египта ведутся зарубежными фирмами, в ряде случаев без учета разнообразия технологических процессов, и кроме этого фактора существует также потребность в модернизации уже имеющегося оборудования на базе современных автоматизированных электроприводов, разработанное цифровое . задающее устройство может найти широкое применение в промышленности Арабской Республики Египет и развивающихся стран. 1. Установлено, что наиболее устойчив к изменению момента инерции /электромеханической постоянной времени/ привода вариант структуры системы подчиненного регулирования с упреждающей коррекцией. При изменении активного сопротивления /электромагнитной постоянной времени/ якорной цепи наиболее устойчивым оказался вариант структуры с последовательной коррекцией. 2. Разработана универсальная аналоговая модель синтеза задающего сигнала в системах с подчиненным регулированием координат привода. 3. Показана возможность синтеза задающего сигнала на микро-ЭВМ с малым объемом памяти; разработаны алгоритм и программы синтеза. 4. Разработано цифровое задающее устройство, обеспечивающее работу системы электропривода без изменения структурной схемы по оптимальному закону управления. 5. Разработанное цифровое задающее устройство является универсальным, позволяющим сформировать задающий сигнал, который обеспечивает работу системы по любым требуемым динамическим характеристикам.
