Материал: fomin-n-v-sistemy-upravlenija-elekt-437151079-unlocked

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Системы управления электроприводов» (СУЭП) изучается студентами специальностей 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» и 220401 «Мехатроника» и относится как к бакалаврской, так и к инженерной и магистерской программам обучения. Данная дисциплина является одной из завершающих образование студентов данных специальностей и строится с учетом полученных студентами знаний по электрическим машинам и аппаратам, электронике, теории автоматического управления, элементам систем автоматики и теории электропривода.

Большое разнообразие СУЭП требует их классификации. Одна из возможных классификаций СУЭП приведена в [3,4]. В ней наиболее важными классификационными признаками считают функциональный, структурный и конструкционный (рис. В.1).

В основе тех функций, которые выполняются СУЭП, лежат требования технологического процесса. Электропривод обеспечивает движение механического исполнительного органа (рабочего органа (РО)). Функциональный признак является наиболее важным, так как с

выяснения требований технологического процесса начинается со-

ставление технических условий на проектируемый электропривод. Классификация электроприводов по типу регулируемой координаты механической системы является наиболее естественной. Здесь обычно выделяют системы регулирования усилия (момента), скорости и положения рабочего механизма. При этом встречаются системы, как прямого регулирования, так и косвенного. Например, системы регулирования усилия редко выполняются с датчиками усилий. Значительно чаще встречаются системы косвенного регулирования, например, с обратной связью по току якоря двигателя постоянного тока.

6

Регулирование тока применяется как в случае непосредственного контроля усилия на рабочем органе (например, поддержание натяжения наматываемой полосы на моталках станов холодной прокатки), так и при формировании процессов пуска и торможения электропривода с заданным темпом. Системы регулирования скорости также могут выполняться как прямыми, так и косвенными, например, с обратной связью по напряжению на якоре. Системы регулирования положения (позиционные) получили также название следящих электроприводов.

Уровень требований к электроприводу со стороны различных технологических агрегатов может весьма значительно отличаться, и это отразится на возможной структуре СУЭП.

В зависимости от требуемой точности регулирования применяют разомкнутые (без обратных связей) или замкнутые (с обратными связями) СУЭП.

Если электропривод, работая на естественной механической характеристике двигателя, обеспечивает требуемую точность регулирования, целесообразнее применить разомкнутую систему регулирования. В случаях, требующих более высокой точности регулирования, применяют замкнутые системы. Сегодня более 95% всех электроприводов выполнено по разомкнутому принципу. Однако обострившиеся проблемы энерго- и ресурсосбережения требуют более широкого применения регулируемых электроприводов и, следовательно, замкнутых систем регулирования. Так, по мнению американских экспертов, доля регулируемых электроприводов может быть доведена до 30...40%, но относительно высокие цены на электронные компоненты препятствуют массовому применению регулируемого электропривода.

Для замкнутых систем регулирования основным принципом управления является принцип обратной связи, означающий управление по отклонению действительного значения регулируемого параметра от заданного. дополнением к этому принципу является комбинированное управление, когда, кроме отклонения от задания, вводится в управление возмущающее воздействие или дополнительно производные величины задания.

Особую группу замкнутых СУЭП образуют адаптивные системы - такие, которые при изменении внешних воздействий или параметров электропривода так изменяют свои структуру и (или) параметры корректирующих связей, чтобы выбранный показатель качества регулирования (например, производительность, точность и т.д.) стал наибольшим. Например, в электроприводе моталки стана холодной прокатки при намотке полосы на барабан моталки диаметр рулона может изменяться в весьма значительном (до 2,2…3 и более раз) диапазоне.

8

Поэтому электропривод, настроенный при работе на начальный (малый) диаметр рулона, при больших диаметрах из– за изменения момента инерции электропривода и соотношения между угловой и окружной скоростями рулона, должен быть перестроен.

Наконец, конструкционный признак электропривода важен потому, что различные по принципу своей работы типы электродвигателей требуют и различной аппаратуры.

Под термином «система управления электропривода» подразу-

мевают комплекс технических средств, формирующих и осуществляющих воздействия на двигатель с целью управления движением рабочего органа (РО) производственной установки в соответствии с технологическими требованиями[1,2,3].

Таким образом, в понятии СУЭП конкретизируется объект управления, которым является двигатель (Д) совместно с механической передачей (МП) и рабочим органом (РО). В составе СУЭП можно выделить слаботочную часть, формирующую алгоритм управления, и сильноточную часть, осуществляющую силовое управляющее воздействие на двигатель. По функциональному назначению управление в электроприводах разделяется на два уровня: верхний — технологический, являющийся внешним уровнем относительно электропривода, и нижний — внутренний относительно электропривода.

На верхнем уровне система управления вырабатывает технологическое задание на движение рабочих органов отдельной технической установки (например, прокатного стана, крана, лифта) или целой технологической системы (например, системы водоснабжения, теплоснабжения, электроснабжения).

Рис. В2. Электропривод с системой управления

В задачу СУЭП верхнего уровня не входит формиро вание свойств собственно электропривода, его статических, динамических,

9

точностных характеристик. Данная задача возлагается на систему управления нижнего уровня, которая является неотъемлемой час тью понятия «электропривод» (рис. В.2). Помимо СУЭП, это понятие включает в себя двигатель (Д), механич ескую передачу (МП) и рабочий орган (РО). Таким образом, рабочий орган, движущи йся совместно с двигателем, но физически принадле жащий производственной установке (рабочей машине), рассматривается как составная часть понятия «электропривод». Это сделано по тем соображениям, что СУЭП, Д, МП, РО, имеющие друг с другом внешние и внутренние обратные связи, образуют совместно единую динамическую электромеханическую систему. В этой системе входом является задающий сигнал (воздействие) на СУЭП, выходом

— движение РО. Только при совместном рассмотрении составных частей данной системы можно о пределить все статические и динамические показатели и оценить качество электро привода. В данном определении электропривод является объектом, как изучения, так и проектирования. В терминологии заво дов-изготовителей электропривод как изделие именуется комплектным электроприводом, в состав которого входят СУЭП и двигатель, а иногда и редуктор.

Если двигатель приводит в движение только один РО, то электропривод называют индивидуальным электроприводом данной установки. Объектом управления для СУЭП верхнего уровня может быть как один электропривод, так и совокупность всех индивидуальных электроприводов производственной установки. На рис. В.2 широкой светлой стрелкой показан поток электрической энергии от питающей сети к двигателю, широкими темными стрелками

– поток механической энергии от двигателя к рабочему органу, штрих – пунктирной линией изображены сигналы обратных связей по координатам электропривода и установки, а вертикальными стрелками (f1 - f4) обозначены возможные внешние возмущающие воздействия (моменты нагрузки, флуктуации напряжений питания и т.п.). Задающее (управляющее) воздействие на входе СУЭП может быть сформировано либо СУЭП верхнего уровня, либо мес тным постом управления.

В чем конкретно состоят задачи, возлагаемые на СУЭП верхнего и нижнего уровней, рассмотрим на примере стана холодной прокатки. Система СУЭП нижнего уровня включает в себя СУЭП электроприводов разматывателя, прокатных клетей и моталки, она формирует плавные динамические процессы разгона и торможения двигателей, обеспечивает необходимые для точной остановки

10