Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Системы модального управления.
Синтез систем модального управления базируется на корневых методах, а, следовательно, качество переходных процессов определяется расположением корней характеристического полинома системы на комплексной плоскости. Модальный регулятор относится к линейным регуляторам состояния, т. е. для выработки оптимального управления используется информация обо всех координатах управляемого объекта.
Структурная схема системы модального управления приведена на рис. 10.17.
X
U
X
Z
B
A
K
Рис. 10.17. Структурная схема системы
модального управления
Объект управления представлен в векторно-матричной форме , а устройство управления (модальный регулятор) представлено в виде
, (10.47)
где Z – вектор задающих воздействий размерности m1,
X – вектор состояния объекта размерности n1,
K – матрица коэффициентов обратных связей mn.
С учетом линейной структуры (10.47) регулятора векторно-матричная модель системы модального управления получает вид:
. (10.48)
Характеристический полином системы определяет ее свободное движение, т. е движение под действием ненулевых начальных условий X(0). Это означает, что свободное движение замкнутой системы определяется выражением
. (10.49)
Обозначим матрицу свободного движения замкнутой системы в виде
. (10.50)
Характеристический полином системы имеет вид
. (10.51)
Зададимся характеристическим полиномом с желаемым расположением корней на комплексной плоскости в виде полинома с отрицательными действительными корнями, причем все n корней будем полагать равными, что обеспечит оптимальные по быстродействию апериодические переходные процессы в системе. Таким образом, желаемый характеристический полином будет иметь вид
, (10.52)
где T – постоянная времени, определяющая желаемое время регулирования (установления переходных процессов),
. (10.53)
Искомую матрицу K коэффициентов обратных связей получают в результате решения уравнений (10.51), (10.52), т. е. приравниванием в этих выражениях коэффициентов при операторе p в одинаковых степенях.
Эл.приводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин-орудий и управления их технологическими процессами. Блок схема эл.привода как объекта управления может быть представлена в следующем виде:
Система управления (СУ) электроприводом состоит из энергетической части и информационной части. Энергетическая часть – это преобразовательное устройство, назначение которого – управление потоком энергии, поступающим из сети , с целью регулирования режимами работы двигателя и механизма.
Информационная часть системы управления предназначена для фиксации и обработки поступающей информации о задающих воздействиях и реальном состоянии системы.
Передаточное устройство (передаточный механизм) служит для изменения скорости или вида движения (из вращательного в поступательное или наоборот).
Mмех (Fмех)
мех (Vмех)
Механическая часть
Энергетическая
часть
информационная част ь СУ
ЭМП
Ротор
(якорь)
двигателя
Передаточный
механизм
РМ
Двигатель
в
Uдв
Iдв
Сигналы от датчиков обратной связи
Сигналы от задающего устройства
СУ
Uc
Ic
fc
сеть
В зависимости от схемы передачи энергии от сети к рабочим органам механизмов различаются три типа эл.привода: Групповой (трансмиссионный), однодвигательный или индивидуальный, многодвигательный (тоже индивидуальный).
Групповой электропривод представляет собой систему, в которой один электродвигатель посредством трансмиссий (системы шкивов и ремней) приводит в движение группу рабочих машин или группу рабочих органов одной машины, как показано на рис. Двигатель в этом случае конструктивно с рабочими машинами не связан. В такой системе невозможно регулирование отдельных машин воздействием на двигатель.
Однодвигательный электропривод представляет собой систему, когда каждая рабочая машина приводится в движение отдельным, связанным только с ней электродвигателем.
Современный электропривод характеризуется высокой степенью автоматизации. Многие современные высокоточные электроприводы управляются посредством вычислительных машин (например, электропривод мощных прокатных станов, доменных печей, копировальных станков).
Одной из особенностей развития электропривода на современном этапе является расширение областей применения вентильного электропривода постоянного тока и частотно – регулируемого электропривода переменного тока. Другой особенностью развития электропривода является расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами и соответствующее усложнение систем управления (САУ), повышение требований к динамическим и точностным показателям, увеличение быстродействия, надежности, экономичности, снижение габаритов.
Особенностью развития электропривода на данном этапе является также стремление к унификации его элементной базы, создание унифицированных комплектных электроприводов путем использования современной микроэлектроники и блочно – модульного принципа.
Одним из проявлений развития регулируемого электропривода является тенденция к упрощению кинематических схем машин и механизмов, за счет создания безредукторного электропривода, в котором должны использоваться специальные тихоходные двигатели.
Mмех (Fмех)
мех (Vмех)
Механическая часть
РМ
ЭМП
Ротор
(якорь)
двигателя
Передаточный
механизм
Двигатель
в
Mро
ро
Электропривод кроме электрической части включает в себя и механическую часть, которая передает механическую энергию от двигателя к исполнительному механизму.
Кинематическую схему эл.привода можно показать на примере схемы, изображенной на следующем рис. и содержащие “n” вращающихся и “k” поступательно движущих масс. Здесь двигатель через соединительную муфту СМ1, клиноременную передачу КРП, ряд зубчатых передач и соединительную муфту СМ2 приводит во вращение барабан, преобразующий вращательное движение в поступательное перемещение ряда связанных масс. При составлении этой схемы принято, что каждый вращающийся элемент обладает моментом инерции Jj и связан с (j+1) элементом механической связью, обладающей жесткостью Сj, а каждый поступательно движущийся элемент имеет массу mj и связан со следующим элементом механической связью с жесткостью Cj.
Эл.магнитный момент двигателя М является выходной величиной для электрической части системы ЭП и входной для механической части. Движение эл.привода определяется действием двух моментов: эл.магнитного момента М двигателя и момента Мс, препятствующего движению и вызванного силами полезных и вредных сопротивлений движению, т.е. так называемого момента сопротивления, который определяет статическую нагрузку эл.привода. В зависимости от причины, обуславливающей возникновение Мс, различают реактивные и активные или потенциальные Мс.
Реактивные силы и моменты сопротивления появляются только вследствие движения. Следовательно, они зависят от скорости. К активным моментам относятся моменты от веса, растяжения, сжатия, скручивания упругих тел. По характеру влияния на механические колебания все силы и моменты делятся на консервативные и диссипативные. Консервативными называются силы и моменты, при воздействии которых на систему не происходят поглощения энергии колебаний. Диссипативные силы и моменты – это те, при воздействии которых на систему происходит поглощении энергии колебаний.
Различные производственные механизмы имеют различные механические характеристики. Аналитически многие из них можно выразить одной формулой Бланка:
Мс и Мсн статические моменты сопротивления механизма соответственно при скорости и н; Мо – момент холостого хода (трения) механизма, не зависящий от скорости. Механические характеристики производственных механизмов можно разделить на следующие классы:
При этом Х=0 и ее уравнение Мс=Мсн. Такой характеристикой обладают механизмы, служащие для подъема груза, или механизмы, в которых сопротивление движению оказывают силы сухого трения. Сила тяжести как при подъеме, так и при спуске груза направлена в одну и туже сторону – в сторону спуска и неизменна по значению. Механическая характеристика в этом случае имеет вид прямой1.Мс в этом случае зависит от массы груза: Мс=GR=mgR и может изменяться в пределах от Мс=0 (G=0) до Мс=Мсн(G=Gном).
Сила Fмех (Мс) не зависит от скорости, не изменяется при изменении направления движения, но в отличие от предыдущего примера как при подъеме, так и при спуске кабины может иметь различный знак в зависимости от массы поднимаемого груза. Так, при G>G1, полезная нагрузка имеет тот же знак, что и в случае неуравновешенного подъемника (прямая 1 на графике).
При G=G1, Мс=0, а при G<G1, т.е. при перемещении ненагруженной кабины направление полезной нагрузки механизма меняется на противоположное (прямая1).
Характеристика =f(Mc) для нагрузки типа сухого трения также не зависит от скорости, но зависит от ее знака (прямая 2).
2.Линейно-возрастающая (прямая 3). В этом случае х=1 и Мс линейно зависит от . Такая характеристика имеет место в приводе генератора независимого возбуждения если он работает на постоянное внешнее сопротивление. Это нагрузка типа вязкого трения. В этом случае Мс=в.г.*, где в.г.- где коэффициент пропорциональности. На практике такая нагрузка встречается редко. Чаще ее можно наблюдать в виде слабой линейной составляющей в нагрузке типа сухого трения.
3.Параболическая характеристика(кривая 4). Ей соответствует х=2. Момент Мс зависит от квадрата скорости.
Мс=Мо+(Мсн-М0)
Такую характеристику имеют механизмы типа центробежных насосов, вентиляторов, дымососов и т.п. Момент сопротивления таких механизмов часто называют вентиляторными.
4. Нелинейно спадающая характеристика (кривая 5), т.е. зависящая от величины и знака скорости. Ей соответствует х=-1. Момент сопротивления изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность на валу механизма остается постоянной. Такой характеристикой обладают некоторые токарные, расточные, фрезерные и др. металлорежущие станки, моталки рулонной жести в металлургической промышленности.
Значительное влияние на динамические процессы в электромеханической системе электропривода оказывают нагрузки, зависящие от угла поворота рабочего органа механизма. Момент сопротивления в этом случае (см. рис.)
Мо – момент холостого хода механизма.
Во всех случаях, когда скорость двигателя при работе с такими нагрузками изменяется мало и может быть принанята постоянной, равной ср, для упрощения анализа периодические нагрузки рассматривают как функции времени: , где К – коэффициент пропорциональности.
|
3. |
Математическое описание синхронной машины. Системы возбуждения |
|
Синхронных машин. Электропривод ЭПБ-1 |
Синхронная машина – обратимая машина может работать как в генераторном тик и в двигательном режиме. В режиме двигателя происходит преобразование электрической энергии, потребляемой из сети в механическую, снимаемую с вала двигателя. При этом независимо от нагрузки при изменении машина может работать в пере возбужденном состоянии, тогда происходит отдача реактивной мощности в сеть. Устойчивый режим определяется углом нагрузки и составляет 20-40 электрических градусов, что обеспечивает запас динамической устойчивости СМ. В режиме генератора механическая мощность, поступающая на вал или турбину, преобразовывается в электрическую, снимаемую с обмотки статора. При этом величина отдаваемая в сеть определяется потоком жидкости или газа двигательным моментом , который создает соответствующий угол на угловой характеристике. Для машины с неявно выраженными полюсами: ,
РЭМ
МЭМ
/2
0
Рабочий диапазон 20-40 эл.0
Iа
i
P1=const
недовозбужд.
перевозбуждение
ifн
f
Iур
Iур
EГ(ЕД)
ЕД
ЕД
UC
Если = то, Iур=0
Если Uc<, то система вращается
Обобщенная система управления СМ выглядит следующим образом:
Условные обозначения.
ПЧ – преобразователь частоты;
ДТП – датчик тока преобразователя;
СУПЧ – система управления ПЧ;
ТВ – тиристорный возбудитель;
СУТВ – система управления ТВ;
ДТВ – датчик тока возбудителя.
Математическое описание синхронной машины: МО СМ производим в осях (d,g,0), где скорость вращения системы координат равна скорости вращения ротора или скорость индуктора равна синхронной скорости.
U1
U1
N
S
K
d
Ф0
Данная система уравнений описывает синхронную машину.
В отличии от АМ управление СМ проще за счет наличии 2-х обмоток: обмотка якоря (статора) определяет величину МЭЛ, а обмотка индуктора (ротора) определяет величину магнитного потока. Независимое управление обмотками обеспечивает заданный режим работы СМ. Разновидностью СМ для быстроходных электроприводов переменного тока являются вентильные двигатели, работу которых можно сравнить с двигателем постоянного тока, в котором процесс коммутации осуществляется механическим путем в отличии от электрического в СМ.
ЕS1
N
S
+
-
ЕS2
ЕS3 …
E=0
Вентильный двигатель работает в режиме угловой характеристики при изменении угла от 600 до 1200, при этом обеспечивается среднее значение электромагнитного момента.
МЭМ
120
60
0
МЭМ
t
МКР
МСР
;
Осуществляется переключение фаз, то получаем верхушку МЭЛ. Для вентильного двигателя с одной парой полюсов получаем 6 фиксированных положений. Для управления вентильным двигателем согласно формуле электромагнитного момента, необходимо иметь два замкнутых контура: контур регулирования тока и контур регулирования угла.
A
B
C
F1
F3
F5
F6
FА
FВ
FС
-FC
-FC
-FB
-FA
-FA
-FB
F2
F4
Электропривод ЭПБ-1
UПРUЛВ пр лв
К1
К
РТ
«ПИ»
К
КН
ДТ
Е2
L2
L1
БУ
1
БУ
2
Е2
-
+
+
15
*
РС
РРТ
ДПР
ГЕН
V1
V2
V3
V4
V5
V6
UТГ
UПР
UЛВ
UА
UВ
UС
-UТГ
Пор.эл
Узел фазо-смеще
ния
Узел распр.
ИМП
Узел режима работы ключей
Р0 Р1 Р2
Узел логики
НАПР
IОТ
I*
пр лв
V1
V3
V5
V2
V4
V6
Iпр
Iлв
Uз2
Uк2
Uз1
L2
Е5
ТГ
Работа схемы
РС – регулятор скорости с измененным коэффициентом передачи и постоянной интегрирования. До 50 об/мин К1замкнут, коэффициент передачи высокий, постоянная интегрирования мала. С выше 500 об/мин, коэффициент передачи понижается, постоянная интегрирования растет.
РРТ – релейный регулятор тока (РТ+К=РРТ) который включает в себя «ПИ» регулятор + компаратор.
Компаратор направлений определяет направление задания поступающего на логику управлений.
Узел логики направлений – вырабатывает 6 сигналов, два управляющих , которые формируются с выдержкой времени и поступает на узел распределения импульса. Четыре логических поступают на узел фазосмещения и узел режима работы ключей.
Датчик тока – формирует два сигнала , поступающих на узел логики направления и обратной связи по току, поступающая в релейный регулятор тока.
Узел режимов работы ключей формирует управляющие сигналы, поступающие на блок управления трех типов режим работы: Р0 – оба ключа отключены, Р1 – один из Е2 или Е5 включен. Р2 – оба включены.
Датчик положения ротора определяет длительность работы каждого из тиристоров и формирует управляющие сигналы, представляет собой диск с прорезью, если число пар полюсов =1, то прорезь равна 1800.
1800
1200
Р=1
До скорости 750 об/мин узел фазосмещения не преобразует сигналы с датчика положения ротора. При скорости больше 750 об/мин узел фазосмещения смещает в сторону опережения сигналы ДПР на 40 электрических градусов. Сдвиг на 400эл. Увеличивает пульсации электромагнитного момента, но уменьшает пульсации тока.
МЭМ
1600
0
МСР
1000
Узел распределения импульсов формирует управляющие сигналы тиристорами инвертора и вырабатывает два управляющих сигнала UK1 и UK2 определяющих коммутацию тиристоров Е2 и Е5. Сигналы поступающие с узла фазосмещения со 1200 длительностью, в узле распределения импульсом моделируется высоким частотным сигналом генератора.
Тиристорный инвертор осуществляет переключение фаз вентельного двигателя в зависимости от количества фиксированных положения(Р=1 то F=6)
Для непрерывного протекания тока в моменты коммутации, а так же при изменении режимов работы в силовую схему включен мост обратных диодов. В зависимости от режима работы Р0, Р1, Р2 существует заданное значение тока.
.
I
I
P2 P1 Р0 P1 P0 t
I
P2 Р0 P2 P0 t
Транзисторные ключи Е2 и Е5 регулируют величину тока по сигналам с релейного регулятора величину тока по сигналам регулятора и осуществляют коммутацию анодной и катодной групп тиристорного инвертора.
В контур регулирования тока или момента двигателя осуществляется при помощи следующих блоков: РС, РРТ, узел работы ключей, БУ1, БУ2 – блоки управления, Е2, Е5, включая сигналы ОС по скорости и току. В контур регулирования сигналы узла включают в себя: датчик скорости, датчик положения ротора, узел фазосмещения, узел распределения импульсов, тиристорный инвертор.