Шпаргалка по "Теории электропривода"

По конструктивному  исполнению силового преобразователя  или основной аппаратуры автоматические системы управления делят на системы электромашинного управления (Г-Д,ЭМУ-Д), системы тиристорного управления (ТП-Д), системы дроссельного управления (МУ-Д), системы частотного управления (ПЧ-АД), системы релейно-контактного управления, электрогидравлические системы и др.

В зависимости от влияния  нагрузки на регулируемую величину различают  три вида систем автоматического  управления: статистические, астатические и смешанные.

Статистическими называются системы, у которых установившиеся значение регулируемой величины зависит  от нагрузки и изменяется в зависимости  регулируемой величины зависит от нагрузки и изменяется в зависимости от ее величины. В астатических системах установившееся значение регулируемой величины не зависит от нагрузки.

Смешанные системы состоят  из статических и астатических схем управления.

Автоматические системы  управления электроприводами. Предназначенные  для реализации различных видов  управления, в соответствии с основными функциями длят на три группы: системы автоматической стабилизации, предназначенные для поддержания с определенной точностью скорости  двигателя (или другой величины) в установившихся в переходных режимах; системы программного управления, обеспечивающие воспроизведение заранее заданной программы изменения какой-либо величины; следящие системы, позволяющие воспроизводить задаваемую величину,  меняющуюся по любому заранее не заданному закону.

Режим работы электропривода определяется величинами, характеризующими движение рабочего органа механизма или вала двигателя, т.е.  скоростью, ускорением, углом поворота и др. В процессе управления в соответствии с требованиями технологического процесса одна  из этих величин должна изменяться (регулироваться) по требуемому закону во времени или в функции другой величины. Особенности заданной функции Х вх (t)., степень представления ею требуемого закона изменения регулируемой величины Х вых (t) определяют основную задачу САУ.

В случае, когда функция Х вх (t) полностью задает требуемый закон изменения Х вых (t). Основная задача САУ состоит в обеспечении с необходимой точностью условия Х вх (t) = Х вых (t)  во все моменты работы привода как в установившихся (статика), так и в переходных (динамика) режимах. Однако в реальных САУ всегда действуют возмущения f (t) в виде изменений напряжения питающей сети, момента нагрузки и т.д., которые приводят к отклонению в статике и характер изменения его в динамике при данном возмущении определяются параметрами силовой части электропривода.

Характер формирования требуемого закона Х вых (t) в динамике при Х вх (t) = const  зависит от ограничений, которые накладываются  такими факторами, как максимально допустимые значения тока (момента) двигателей, их нагрев, допустимые ускорения рабочего органа и др.

     Для определенной  группы САУ в качестве основной  характерна задача выработки  системой управления закона Х вх (t). При котором величина Х вых (t) изменялась бы в соответствии с заданными критериями оптимальности.

22. Классификация замкнутых систем регулирования АЭП.

Замкнутые системы электропривода классифицируются по следующим признакам:

по принципу действия,

 по выходному регулируемому  параметру и по выполняемым  функциям.

Классификация по принципу действия

По принципу действия системы регулирования автоматизированных электроприводов классифицируются следующим образом.

1. Системы электропривода  с непрерывным управлением. 

2. Системы электропривода  с релейным управлением. 

3. Системы электропривода  с импульсным управлением.

4. Системы электропривода  с цифровым (например, микропроцессорным)  управлением. 

Системы электропривода с непрерывным управлением - это  такие системы, в которых каждый из переменных управляющих параметров (координат) непрерывно изменяется во времени или остается постоянным. Соответственно непрерывно измеряется и подается в систему управления информация о контролируемых параметрах, в соответствии с которой осуществляется непрерывное воздействие на приводной двигатель. Функциональная схема такой системы соответствует рис. 2.15.

 

Системы электропривода с релейным управлением - это системы, у которых в прямом канале регулирования для управления электродвигателем имеется силовой релейный элемент РЭ с двумя устойчивыми состояниями:

Uвых=+Un, если Uвх>0,

Uвых=0(или - Un), если Uвх>0

где Un - напряжение питания  электродвигателя.

Регулировочная характеристика релейного элемента приведена на рис. 2.16.

Рис. 2.16 Регулировочная характеристика идеального релейного элемента 
а – однополярный, б - двуполярный

Функциональная схема  замкнутой системы электропривода с релейным управлением приведена на рис. 2.17.

 

Рис. 2.17

Системы электропривода с импульсным управлением - это системы, в составе которых в прямой цепи регулирования имеется импульсный элемент, преобразующий непрерывный сигнал в непрерывную последовательность импульсов с определенными характеристиками. Наиболее распространен в системах электропривода широтно-импульсный преобразователь (ШИМ), который формирует последовательность импульсов с переменной длительностью и с постоянными периодом и амплитудой.

Цифровые системы регулирования - это такие системы, в которых  информация о переменных преобразуется в цифровой код. Цифровые системы в настоящее время создаются на базе микропроцессоров, реализующих в цифровой форме функции регулятора Рег и информационно-преобразовательного устройства ИПУ.

Классификация по выходным регулируемым координатам 

По типу выходной регулируемой координаты замкнутые системы электропривода подразделяются на следующие группы.

Системы регулирования  момента (усилия). К этому классу относятся, например, электроприводы систем натяжения металла в листопрокатном производстве в металлургии или системы натяжения пленки в химико-технологическом производстве тонких пленок. Закон регулирования момента (усилия) рабочего органа определяется технологическим процессом.

Системы регулирования  скорости. Они используются в электроприводах  многих технологических машин: металлообрабатывающих станках, прокатных станах и многих других. Системы регулирования скорости делятся на две большие группы.

Системы стабилизации скорости, у которых скорость поддерживается постоянной, несмотря на воздействие  возмущений. К таким системам относятся, например электроприводы бумагоделательных машин.

Системы управления скоростью, у которых скорость рабочего органа регулируется с высокой точностью в широких пределах в соответствии с требуемым характером протекания технологического процесса. Это, например, электроприводы экскаваторов, подъемно-транспортных машин и другие.

Системы регулирования  положения рабочего органа. Эти системы  используются в электроприводах нажимных винтов прокатных станов, в роботах и манипуляторах и многих других промышленных установках. В этих системах положение рабочего органа регулируется с заданной точностью в соответствии с требованиями технологического процесса. Существует два типа замкнутых систем электропривода регулирования положения – системы позиционирования и следящие системы.

Системы позиционирования - это такие системы, в которых задается исходное и конечное положение рабочего органа, а параметры перемещения не контролируются.

Следящие системы электропривода - это системы регулирования положения, в которых задается и непрерывно отрабатывается с заданной точностью вся траектория движения рабочего органа.

Классификация по выполняемым  функциям строится в соответствии с  характером и особенностями технологического процесса. При этом все замкнутые системы электропривода делятся на следующие группы:

1. Системы стабилизации регулируемого параметра (момента, скорости и т.п.). Основная особенность таких систем - это постоянство сигнала задания регулируемого параметра в течение продолжительного времени. Фактическое значение регулируемого параметра должно оставаться постоянным, несмотря на воздействие возмущений.

2. Системы регулирования  скорости, в которых задание скорости  определяется оператором и отрабатывается электроприводом с требуемой точностью.

3. Следящие системы  электропривода - это замкнутые системы  регулирования положения в соответствии с произвольно изменяющимся входным сигналом управления, обеспечивающим воспроизведение рабочим органом движения объекта слежения. Следящие системы применяются в электроприводах копировально-фрезерных станков, в системах наведения радиолокационных станций, которые работают в режиме слежения за летящими и при этом маневрирующими объектами и др.

4. Системы с программным  управлением - это системы, в  которых при выполнении технологического процесса сигнал задания и регулируемые параметры изменяются по заданному закону, заложенному в программное устройство. Системы электропривода с числовым программным управлением находят применение в приводах металлорежущих станков.

5. Адаптивные системы  - это такие замкнутые системы  регулирования, в которых автоматически выбираются целесообразные режимы работы электроприводов в зависимости от конкретной технологической ситуации и условий работы объекта.

Системы регулирования  электроприводов постоянного тока ТП-Д выполняются

- с суммирующим усилителем;

- с подчиненным регулированием  параметров электропривода.

Системы регулирования  частотно-управляемых асинхронных  электроприводов по принципам регулирования различаются:

- системы параметрического  управления;

- частотно-токовые системы  управления;

- системы векторного  управления.

23. Показатели качества регулирования  в системах АЭП.

В настоящее время  всё большее применение находит  электрическое регулирование скорости, которое имеет ряд преимуществ в отношении технических и экономических показателей.

Основными показателями, характеризующие различные способы  регулирования скорости электроприводов, являются: 1) диапазон регулирования; 2) плавность; 3) экономичность; 4) стабильность скорости; 5) направление регулирования скорости (уменьшение или увеличение её относительно основной скорости; 6) допустимая нагрузка при различных скоростях.

К динамическим показателям  качества процесса регулирования относят  быстродействие, перерегулирование и др.

Диапазон регулирования  — это отношение максимальной скорости к минимальной.

Плавность регулирования, равная отношению большей скорости к меньшей двух соседних ступеней: n_k/n_k±1. Она изменяется от величины, близкой единице при практически плавном регулировании, до двух — при ступенчатом.

Жесткость механической характеристики, выражаемая в виде отношения приращения момента к приращению скорости вращения: ΔM: Δ п. Чем больше эта величина, тем меньше изменяется скорость в процессе изменения нагрузки двигателя.

Допускаемая полезная мощность (или момент) на валу в регулируемой зоне, определяемая максимально допустимой температурой нагрева изоляции обмоток двигателя.

Коэффициент усиления мощности регулируемой системы, равный отношению  выходной мощности к регулирующей. С уменьшением регулирующей мощности упрощаются и удешевляются средства автоматизации.

К- п. д. системы в зоне регулирования

где Р₂ — мощность на валу двигателя; ΔР — суммарные потери мощности.

7. Экономичность системы  регулирования, включающая затраты на оборудование, эксплуатационные расходы и другие факторы.

24. Статические характеристики АЭП  с замкнутой по скорости системой  управления.

25. Синтез контура регулирования  тока в системах АЭП.

Расчетная структурная  схема контура тока приведена  на рис. 2.43 По условиям высокого быстродействия и малого перерегулирования контур тока обычно настраивается на модульный оптимум (МО).

Рис. 2.43

В контуре тока объектом регулирования является якорная  цепь двигателя, представляющая собой  апериодическое звено с большой постоянной времени Тя, т.е 

, (2.7.22)

 

Тиристорный преобразователь, питающий якорную цепь двигателя, рассматривается как апериодическое звено с малой не компенсируемой постоянной времени с передаточной функцией

, (2.7.23)

где: - коэффициент усиления по напряжению тиристорного преобразователя;

- постоянная времени тиристорного  преобразователя, определяемая схемой выпрямления.

Разомкнутый контур тока, настроенный на МО, должен иметь  передаточную функцию

 

,

где: = 1 4 -  коэффициент настройки контура тока на МО;

= 2 - стандартный коэффициент настройки.

Передаточная функция  регулятора тока находится, если приравнять передаточную функцию разомкнутого контура тока и желаемую передаточную функцию, т.е.

,

  или в развернутой  форме

,

Тогда

, (2.7.24)

где:

  - постоянная  времени интегрирования регулятора тока;

         - коэффициент усиления регулятора тока.

Следовательно, регулятор  тока представляет собой пропорционально-интегральное звено.

Из передаточной функции (2.7.24) следует, что в составе регулятора тока имеется форсирующее звено W(p)=Т_Яр+1 которое компенсирует действие апериодического звена объекта управления