Введение к работе
Актуальность темы. Системы автоматически регулируемого независимого возбуждения тяговых коллекторных двигателей современных электровозов постоянного тока содержат логико-динамические устройства (ЛДУ) в виде комбинации динамических регуляторов и логических элементов выделения экстремального из входных сигналов. ЛДУ предназначены для селективно-функционального регулирования ограничивающих силу тяги и торможения электрических переменных.
При построении ЛДУ обычно используются известные методы син- . теза автономных регуляторов для каждой из регулируемых величин. Однако формирование дополнительных сигналов задания функционально регулируемых величин осуществляется в функции истинных значении промежуточных переменных, а управляющего воздействия - в функции выходных сигналов регуляторов с помощью селекторов в віще указанных выше логических элементов. При таком подходе к разработке ЛДУ, во-первых, не исключено появление в контурах функционального регулирования САУ тяговыми двигателями положительных обратных связей по каналам формирования дополнительных сигналов задания, что снижает запасы устойчивости и качество регулирования системы. Во-вторых, необходимо введение в САУ дополнительных ограничивающих обратных связей для поддержания выходных сигналов отключенных селектором интегральных регуляторов на уровне выходного сигнала подключенного регулятора, что усложняет реализацию системы и понижает ее надежность.
В этой связи весьма актуальной является разработка таких логико-динамических регуляторов для САУ возбуждением тяговых двигателей электровоза, которые исключают применение в системе положительных и дополнительных ограничивающих обратных связей, учитывают нелинейность основной кривой намагшг-гавания и нестационарность параметров тяговых двигателей, благодаря чему гарантируют достаточно высокое качество регулирования.
Целью работы является разработка логико-динамических регуляторов возбуждения для повышения качества регулирования нагрузки тяговых коллекторных двигателей независимого возбуждения электровоза постоянного тока в режиме рекуперативного торможения.
Идея работы заключается в том, что синтез структуры логико-динамических регуляторов основан на задании требуемого уравнения движения синтзируемой САУ с объектом и-го порядка и введении в ее закон управления дополнительной составляющей, пропорциональной косвенно измеренному возмущению и-й производной регулируемой величины.
Задачи исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели на основе указанной идеи:
сформулировать требования к САУ тяговыми двигателями электровоза и ее устройствам управления;
провести анализ свойств и принципов построения устройств управления известных САУ мпогосекционных электровозов постоянного тока;
разработать аналитический метод синтеза интегральных регуляторов для нелинейных объектов с нестабильными параметрами;
создать методики синтеза логико-динамических устройств селективного и селективно-фкнкционального регулирования для одномерных объектов цепочной структуры;
осуществить структурно-параметрический синтез локальных логико-динамических регуляторов трех режимов работы тяговых коллекторных двигателей электровоза постоянного тока;
разработать функциональную и принципиальную схемы комбинированного логико-динамического регулятора возбуждения для САУ тяговыми двигателями электровоза постоянного тока;
-провести исследования разработанных логико-динамических регуляторов . возбуждения тяговых двигателей.
Основные положения, выносимые на защиту:
процедуры структурного и параметрического синтеза, а также обобщенная структурная схема управляющего устройства с интегральным регулятором для САУ объектами с нестабильными, нестационарными или не вполне определенными параметрами;
алгоритмы структурного синтеза логико-динамических устройств селективного и селективно-функционального регулирования;
структуры локальных и комбинированного логико-дшщмических регуляторов возбуждения тяговых двигателей для электровоза постоянного тока в режиме рекуперативного торможения.
Научная новизна. Новыми научными результатами диссертационной работы являются:
метод структурно-параметрического синтеза интегральных регуляторов для нелинейных объектов с нестабильными параметрами;
методики синтеза логико-динамических устройств селективного и селективно-функционального управления одномерными объектами цепочной структуры.
Практическая ценность. Разработаны локальные и комбинированный логико-динамические регуляторы возбуждения тяговых двигателей для электровоза постоянного тока в режиме рекуперативного торможения, которые по сравнению с известными аналогами обеспечивают более высокое качество регулирования.
Локальные логико-динамические регуляторы могут применяться как в составе комбинированного регулятора возбуждения, так и в виде автономных устройств селективно-функционального регулирования силы рекуперативного торможения по всем ограничивающим ее злектрігческим параметрам. Новизна и практическая полезность двух из разработанных логико-динамических регуляторов подтверждена патентом и положительным решешіем о выдаче второго патента РФ на изобретение.
Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР кафедры автоматики и телемеханики Новочеркасского государственного технического университета (НГТУ) по договорам творческого содружества и хоздоговору №7 от 6.07.1993 г. "Разработка и исследование устройств системы автоматического управления рекуперативным торможением для электровоза HI 1" с ОАО Всероссийский научно-исследовательский и проектпо-конструкторский институт электровозостроения (ВЭлНИИ) г. Новочеркасск.
Разработанные в диссертации методики синтеза логико-динамических регуляторов использованы в ОАО ВЭлНИИ при разработке конструкторско-технической документации на САУ рекуперативно-реостатным торможением электровозов НИ А и Н14А.
Разработанный метод синтеза интегральных и созданные на его основе методики синтеза логико-динамических регуляторов используются также в течение ряда последних лет в учебных и научных целях кафедры автоматики и телемеханики НГТУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались и обсуждались на заседаниях экспертной комиссии по тяговому электроприводу в ОАО ВЭлНИИ (1990-1996 г.г.), научных семинарах кафедры электрического транспорта Московского энергетического института в 1992 г., кафедры автоматики и телемеханики и кафедры автоматизации производства и робототехники НГТУ (1991-1996 г.г.), а также ежегодных итоговых научно-технических конференциях НГТУ (1987-1996 г.г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе два авторских свидетельства и четыре патента, а также получено положительное решение Госкомизобретений о выдаче пятого патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 90 наименова-
ний, 9 приложений и содержит 125 страниц основного текста, включая 32 рисунка и 1 таблицу.
