Общие принципы построения автоматизированного электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общие принципы построения автоматизированного электропривода

Содержание

1. Понятие о регулировании координат электропривода

2. Регулирование скорости электроприводов

3. Регулирование тока и момента двигателей

4. Регулирование положения электроприводов

5. Режимы работы электроприводов

6. Общие принципы построения систем управления электроприводами

1. Понятие о регулировании координат электропривода

электропривод двигатель ток скорость

Для выявления того, каким образом электропривод обеспечивает требуемый характер движения различных исполнительных органов, обратимся к структуре механической части привода (рис. 2.1), которая включает в себя

двигатель ЭД, механическое передаточное устройство МПУ а исполнительный орган ИО. Рассмотрим вначале/ наиболее распространенный случай, когда по условиям производственного процесса должна регулироваться линейная _и,о или угловая _и,о скорость исполнительного органа. Если и приводе использован наиболее распространенный ЭД вращательного движения, то его скорость и скорости _и,о и _и,о связаны между собой соотношениями

,

где i или р _ соответственно передаточное число или радиус приведения МПУ.

Анализируя (2.1) можно назвать два возможных способа регулирования скорости ИО ():

1) применение МПУ с регулируемым передаточным числом i или радиусом приведения при нерегулируемой скорости ЭД (i, =var; =const);

2) регулирование скорости двигателя при неизменных параметрах МПУ (=var; i, =const).

Первый из названных способов, который обычно называют механическим, использовался на ранней стадии развития электропривода. Этот способ требует использования регулируемых передач (вариаторы и коробки скоростей),отличающихся громоздкостью, невысокой надежностью и сложностью автоматизации.

По мере развития электропривода вместо механического способа стал применяться второй, так называемый электрический способ, при котором функции регулирования движением исполнительного органа возлагаются на электродвигатель и его систему управления. Это позволяет резко улучшить технико-экономические показатели работы электроприводов и создать благоприятные условия для их автоматизации, в силу чего электрический способ управления движением исполнительного органа в настоящее время занял главенствующее положение. Отметим, что для ряда рабочих машин (например, для металлорежущих станков) применяется комбинированный способ регулирования скорости, сочетающий в себе оба названных способа.

По аналогии с регулированием скорости электрическим способом достигается регулирование линейного a_и,о или углового _и,о ускорения и линейного S_и,о или углового (_и,о положения исполнительного органа. Действительно, если _ угловое ускорение, а _ угловое положение вала двигателя, то справедливы соотношения

Из этих соотношений видно, что, изменяя (регулируя) угловое ускорение двигателя в и положение его вала при неизменных параметрах МПУ, можно осуществить регулирование соответствующих переменных движения исполнительного органа.

В теории электропривода механические, электрические и магнитные переменные, характеризующие работу двигателя, _ скорость, ускорение, положение вала, момент, ток, мощность, магнитный поток и т. д. _ часто называют координатами. Иногда их называют также регулируемыми величинами электропривода. Используя этот термин, можно сказать, что управление движением исполнительного органа электрическим способом осуществляется за счет регулирования координат (переменных) электродвигателя.

Существенно отметить, что регулирование координат электропривода должно осуществляться для управления как установившимся, так и неустановившимся движением исполнительного органа. Для пояснения этого положения обратимся к характерному примеру.

На рис. 2.2 показан типовой график движения (тахограмма) кабины пассажирского лифта между двумя соседними остановками. Этот график имеет пять участков. На I участке происходит разгон кабины до рабочей скорости движения _p, после чего на II участке имеет место установившееся движение кабины с этой скоростью. Для обеспечения точного останова кабины на участке III происходит

торможение кабины до пониженной скорости движения _n. На участке IV имеет место кратковременное движение со скоростью _n и затем на участке V - полное торможение кабины. Как на участке I разгона, так и на участках III и V торможения ускорение кабины определяется условиями комфортности для пассажиров и должно быть строго определенным. Формирование именно такого графика движения кабины лифта на всех его участках является основной (хотя и не единственной) задачей электропривода, и решается она путем регулирования соответствующих координат электродвигателя. Пользуясь рассмотренным примером, отметим то важное обстоятельство, что часто электропривод должен обеспечить регулирование одновременно нескольких координат: скорости, ускорения и положения исполнительного органа.

2. Регулирование скорости электроприводов

Регулированием скорости является принудительное изменение скорости двигателя в целях регулирования скорости движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов. В общем случае регулирование скорости двигателей _ а под этим понимается также и поддержание скорости на заданном уровне _ может осуществляться двумя способами _ параметрическим и в замкнутых системах.

При параметрическом способе регулирование достигается изменением каких-либо параметров электрических цепей двигателей или питающего напряжения за счет включения, например, различных дополнительных элементов: резисторов, конденсаторов, индуктивностей. Качество такого регулирования скорости обычно оказывается не очень высоким.

При необходимости получения процесса регулирования скорости с высокими качественными показателями переходят к замкнутым системам электропривода, в которых воздействие на двигатель обычно осуществляется изменением подводимого к двигателю напряжения, или частоты этого напряжения, или того и другого. Для этой цели служат различные силовые преобразователи постоянного и переменного тока, которые на рис. B.1 обозначены ПУ.

Регулирование скорости в количественном отношении характеризуется шестью основными показателями.

1. Диапазон регулирования D определяется отношением максимальной и минимальной скоростей

при заданных пределах изменения нагрузки на валу двигателя. При использовании понятия искусственных характеристик можно сказать, что диапазон D определяется отношением скоростей на крайних характеристиках.

Различные рабочие машины требуют разных диапазонов регулирования. Так, прокатные станы характеризуются диапазоном D=2050, станки _ от D=34 до D=50 1000 и более, бумагоделательные машины D=20 и т.д.

2. Направление регулирования скорости определяется расположением получаемых искусственных характеристик относительно естественной. Если они располагаются выше естественной, то говорят о регулировании скорости вверх от основной, если ниже - вниз от основной. Расположение искусственных характеристик как выше, так и ниже естественной обеспечивает так называемое двухзонное регулирование.

3. Плавность регулирования скорости определяется числом получаемых в данном диапазоне искусственных характеристик. Чем их больше, тем регулирование скорости будет осуществляться плавнее. Плавность оценивается коэффициентом, который находится как отношение скоростей на двух ближайших характеристиках,

(2.4)

где _i, и _i-1 - скорости на i-й и (i-1)-й искусственных характеристиках.

Наибольшая плавность достигается в замкнутых системах с использованием преобразователей напряжения и частоты, небольшая плавность обычно соответствует параметрическим способам регулирования.

4. Стабильность скорости характеризуется изменением скорости двигателя при изменении момента нагрузки на его валу. Все основные типы двигателей, за исключением синхронного, имеют (см. рис. 1.3) наклонные механические характеристики, вследствие чего при увеличении нагрузки их скорость падает.

5. Экономичность регулирования скорости характеризуется капитальными затратами на создание автоматизированного электропривода и его эксплуатацию. Определение экономичности той или иной системы представляет собой в общем случае сложную технико-экономическую задачу, при решении которой должны учитываться повышение производительности рабочей машины и качество выпускаемой ею продукции, надежность привода при эксплуатации, дефицитность материалов и изделий, идущих на изготовление электропривода и т. д.

Важнейшими показателями процесса регулирования скорости являются потери мощности при регулировании и КПД привода . Эти величины связаны известным соотношением

,(2.5)

где P2 - полезная мощность на валу двигателя.

При работе двигателя с различными скоростями используется понятие средневзвешенного КПД за регулировочный цикл

(2,6)

где P_2i, Р_i, t_i - соответственно полезная мощность, потери мощности и время работы двигателя на i-й скорости; п - число скоростей.

Регулирование скорости оценивается и таким важным экономическим показателем, как коэффициент мощности , определяемый соотношением потребляемой электроприводом активной Р и реактивной Q мощностей,

(2.7)

По аналогии с КПД для цикла работы рассчитывается средневзвешенный коэффициент мощности

(2.8)

6. Допустимая нагрузка двигателя соответствует такому моменту нагрузки, при котором нагрев двигателя не превосходит допустимого (нормативного). При работе на естественной характеристике такой нагрузкой является номинальный момент, при котором по двигателю протекает номинальный ток и его нагрев равен нормативному. Поскольку нагрев двигателя определяется главным образом протекающим по нему током, то при работе на искусственных характеристиках допустимой будет такая нагрузка, при которой ток в двигателе будет равен номинальному, а тем самым и его нагрев будет нормативным. Отметим следующее важное обстоятельство: так как нагрев двигателя зависит еще и от условий его охлаждения, то при оценке допустимой нагрузки двигателя следует учитывать и этот фактор.

3. Регулирование тока и момента двигателей

Наряду с регулированием основной выходной координаты электропривода - его скорости очень часто требуется регулировать ток и момент двигателя. Такая необходимость возникает при регулировании ускорения исполнительного органа, ограничении тока и момента двигателя, регулировании натяжения обрабатываемого материала и в некоторых других случаях.

Регулирование ускорения. При рассмотрении диаграммы движения кабины лифта (рис. 2.2) отмечалось, что на участках ее разгона и торможения ускорение должно находиться на заданном уровне. Аналогичное требование характерно и для многих других рабочих машин, к числу которых относятся подъемные краны, экскаваторы, конвейеры и т. п. Регулирование ускорения исполнительных органов в этих случаях в соответствии с (1.11) может быть реализовано соответствующим изменением момента (или усилия) электропривода. В свою очередь, изменение момента или усилия электродвигателя осуществляется регулированием тока якоря двигателя.

Ограничение тока и момента двигателей. Подавляющее большинство двигателей по условиям своей нормальной работы требуют ограничения тока и момента. В первую очередь это относится к двигателям постоянного тока обычного исполнения, для которых по условиям нормальной работы коллекторно-щеточного узла и допустимым механическим и тепловым нагрузкам ток не должен превышать даже кратковременно более чем в 1,5-2 раза номинальный. Необходимость в ограничении токов и моментов возникает и для других типов двигателей, чаще всего в переходных процессах, когда токи и моменты могут существенно превосходить допустимые значения.

Задача по ограничению тока и момента возникает также для электроприводов рабочих машин, у которых по условиям технологического процесса может возникнуть режим стопорения исполнительного органа. Такой режим соответствует короткому замыканию (останову) двигателя, в котором, если не предпринять соответствующих мер, по цепям двигателя будут протекать недопустимо большие токи. Двигатель при этом будет развивать значительный момент, который может вызвать поломку элементов кинематической цепи электропривода. Ограничение момента необходимо также для уменьшения динамических нагрузок на элементы кинематической цепи в переходных процессах.

Регулирование тока и момента. Рабочие машины, для которых по условиям технологического процесса должно обеспечиваться регулирование натяжения в обрабатываемом материале, требуют регулирования тока и момента. К таким машинам относятся, например, моталки прокатных станов, бумагоделательные и ткацкие машины, механизмы по изготовлению электрических проводов и кабелей. Так как создаваемое исполнительным органом этих машин натяжение пропорционально прикладываемому к нему со стороны электропривода моменту или усилию, то регулированием тока и момента двигателя достигается регулирование натяжения.

Регулирование (ограничение) тока и момента, так же как и скорости, во всех случаях связано с получением и формированием требуемых искусственных характеристик двигателя с помощью различных параметрических способов или в замкнутых системах. Основным показателем регулирования тока и момента является точность.

Наиболее простой и распространенный параметрический способ регулирования (ограничения) тока и момента связан с использованием резисторов, включаемых в якорные цепи двигателей. Параметрические способы обеспечивают, как правило, невысокую точность регулирования тока и момента.

Более высокое качество регулирования (ограничения) тока и момента достигается в замкнутых системах электропривода при введении обратной связи по току двигателя. На рис. 2.3 показана типовая характеристика электродвигателя, которая обеспечивает регулирование (ограничение) тока и момента в диапазоне изменения скорости от 0 до ₁. Замкнутые системы могут обеспечить и строго вертикальный участок этой характеристики, при котором достигается предельная точность регулирования тока и момента. Показанная характеристика часто называется экскаваторной, поскольку именно такой вид характеристики необходим для экскаватора, рабочие механизмы которого часто работают на упор.

В последние годы возможности по регулированию момента расширились в связи с использованием в электроприводе силовых преобразователей со свойствами источника тока [11]. Если, например, питать якорь двигателя постоянного тока независимого возбуждения от такого источника тока, то его электромеханическая характеристика изобразится вертикальной прямой. При регулировании магнитного потока двигателя его механические характеристики представляют собой совокупность вертикальных линий. Такой электропривод приобретает свойство источника момента.

4. Регулирование положения электроприводов

Необходимость регулирования положения исполнительных органов в пространстве или, как еще говорят, их позиционирования возникает для многих рабочих машин и механизмов. К ним относятся подъемно-транспортные машины, механизмы подач станков, роботы и манипуляторы, графопостроители, клапаны, задвижки и т. д.

Как и при регулировании остальных координат движения исполнительных органов, эта задача решается путем регулирования положения вала электродвигателя в разомкнутых и замкнутых системах. Основное требование, которое предъявляется к электроприводу таких исполнительных органов, заключается в обеспечении требуемой точности их установки в заданную точку пространства или плоскости, а в ряде случаев - и в обеспечении требуемого характера их движения.

В простейших, разомкнутых электроприводах регулирование положения обычно обеспечивается с помощью путевых или конечных выключателей. Эти выключатели устанавливаются в нужную точку пространства (плоскости) и производят отключение электропривода от источника питания. Исполнительный орган тормозится и с некоторой точностью останавливается. Такой способ регулирования положения применяется, например, в электроприводе лифтов при останове кабины Его характерные особенности - простота реализации и невысокая точность.

При необходимости получения высокой точности регулирования положения и обеспечения качественного характера движения исполнительного органа используется замкнутый электропривод с обратной связью по положению. В этом случае система автоматически вырабатывает сигнал на начало торможения и обеспечивает заданную точность останова исполнительного органа.

На рис. 2.4 показан идеализированный рациональный график движения электропривода при отработке единичного перемещения (шага) исполнительного органа. Этот график имеет в общем случае три участка-разгон, установившееся движение и торможение. В конечной точке, когда =_кон, скорость движения и его момент М равны нулю, что соответствует состоянию покоя исполнительного органа Реальные графики движения электропривода в той или иной степени приближаются к этому идеализированному графику. Регулирование положения чаще всего требуется при реализации следящего и программно-управляемого движения исполнительного органа.

5. Режимы работы электроприводов

Электрический привод может работать в одном из двух режимов - установившемся или переходном.

Установившийся режим характеризуется тем, что все механические координаты (переменные) электропривода не изменяются во времени. Математическим условием установившегося режима является равенство нулю всех производных механических координат. Частным случаем установившегося режима является состояние покоя, когда все координаты и их производные равны нулю. К установившемуся режиму электропривода относится его движение с постоянной скоростью.

Переходный (или динамический) режим имеет место, когда хотя бы одна из производных механических координат электропривода отлична от нуля. Эти режимы описываются дифференциальными уравнениями, решение (интегрирование) которых позволяет получить зависимость изменения координат электропривода во времени. Переходный режим имеет, место при переходе электропривода из одного установившегося режима в другой. Исследование переходных режимов (процессов) составляет одну из важнейших задач теории электропривода. Переходные процессы возникают в результате воздействия на электропривод различных возмущений - сигналов управления, момента или усилия нагрузки, а также различных случайных факторов. Типовыми переходными процессами для электропривода являются пуск, реверс, торможение, сброс и наброс нагрузки, регулирование скорости.

Основной целью рассмотрения переходных процессов является определение зависимости изменения во времени тока, момента, скорости, угла поворота вала двигателя. Нахождение этих зависимостей имеет большое практическое значение, так как они позволяют определить соответствие динамических характеристик электропривода требованиям технологического процесса, оценить допустимость возникающих в динамике тока и момента двигателя, определить правильность выбора двигателя и аппаратуры управления, рассчитать потери энергии и т. д. Особую важность этот расчет имеет для электроприводов тех рабочих машин, для которых переходный режим является основным рабочим режимом. К числу таких машин относятся реверсивные прокатные станы, рольганги, прессы и молоты, поршневые компрессоры и ряд других.

Физическая причина наличия переходных процессов заключается в способности элементов электропривода накапливать и отдавать энергию-механическую, электромагнитную и тепловую. Поскольку процессы накопления и отдачи протекают не мгновенно, а постепенно в течение определенного времени, то изменение ЭДС, тока, момента, скорости, угла поворота отличается инерционностью.

В зависимости от вида накапливаемой и отдаваемой энергии в электроприводе различают механические, электромагнитные и тепловые переходные процессы, которые взаимосвязаны между собой. В большинстве практических случаев тепловые процессы протекают существенно медленнее механических и электромагнитных и не оказывают на них заметного влияния. Поэтому обычно в теории электропривода они рассматриваются отдельно, за исключением специальных случаев. В свою очередь, механическая и электромагнитная инерционность элементов реального электропривода могут существенно различаться. В тех случаях, когда механическая инерционность существенно превышает электромагнитную, последнюю обычно не учитывают, и в этом случае переходные процессы называют механическими. Примерами механических переходных процессов являются процессы, рассмотренные в § 1.5-1.7.

При сопоставимых механической и электромагнитной инерционностях электропривода имеют место электромеханические переходные процессы. Строго говоря, все переходные процессы в электроприводе, являющемся электромеханической системой, представляют собой электромеханические процессы, и выделение механических переходных процессов в отдельный класс - есть определенная идеализация.

Электромагнитные переходные процессы характерны для цепей обмоток двигателя.

Условное разделение переходных процессов проведем, обратившись к рис. 2.5. На нем все электрические элементы электропривода объединены в электрическую часть электропривода ЭЧЭП, а механические-в механическую часть МЧЭП. К электрической части отнесем все элементы системы управления и электрическую часть двигателя (его обмотки), а к механической - все элементы, участвующие в механическом движении, в том числе и ротор двигателя.

Введем теперь в рассмотрение некоторую обобщенную электромагнитную постоянную времени Т_э, характеризующую инерционность электрической части электропривода, и электромеханическую постоянную времени Т_м, которая является мерой инерционности механической части электропривода. Постоянная времени Т_э характеризует инерционность обмоток двигателя и элементов силового преобразователя и схемы управления.

Если Т_м>>Т_э, то переходные процессы условно относят к классу механических; если Т_м сопоставима с Т_э, то имеют место электромеханические переходные процессы.

Для построения графиков изменения во времени координат электропривода должны быть предварительно известны следующие исходные данные:

1) вид рассматриваемого переходного процесса (пуск, торможение, реверс, переход с характеристики на характеристику, сброс или наброс нагрузки);

2) начальные и конечные значения тока, момента, скорости и других координат. Эти данные определяются с помощью статических характеристик, на которых находятся начальная и конечная точки переходного процесса;

3) параметры электропривода, к числу которых относятся коэффициенты усиления (передачи) элементов и их постоянные времени. Эти данные определяются конструкцией элементов и их характеристиками.

Без наличия этих данных задача анализа переходных процессов является неопределенной.

6. Общие принципы построения систем управления электроприводами

В § 2.1 было сформулировано одно из важнейших понятий в теории автоматизированного электропривода: регулирование координат, осуществляемое в целях управления движением исполнительного органа. Реализация этого процесса осуществляется целенаправленным воздействием на электродвигатель с помощью системы управления СУ, содержащей в общем случае (см. рис. B.I) силовой преобразователь ПУ и устройство управления УУ. Рассмотрим, по каким принципам строятся системы управления.

Всю совокупность систем управления можно разделить на неавтоматизированные и автоматизированные. Последние, в свою очередь, делятся на разомкнутые и замкнутые.

Неавтоматизированными называются системы, в которых все операции по управлению электроприводом осуществляются человеком (оператором) с помощью простейших ручных средств управления. Обычно такие системы управления используются в нерегулируемых электроприводах машин и механизмов, выполняющих простые технологические операции.

Автоматизированными называются такие системы, в которых человек (оператор) дает только команду на начало и конец работы, а все остальные операции по обеспечению заданного технологического процесса обеспечиваются системой управления без участия человека.

Для пояснения понятия разомкнутых систем управления обратимся к рис. 2.6, а. На рисунке приняты обозначения:

ЭП - электропривод; Х_ВЫХ - выходная координата ЭП (показана лишь одна координата, например скорость); Х_З-задающий сигнал (управляющее воздействие), определяющий уровень Х_ВЫХ; Х_ВОЗМ - возмущающее воздействие. Последнее в общем случае определяется различными помехами, колебаниями питающего напряжения, аварийными ситуациями и нагрузкой электропривода, которая является основным возмущающим воздействием для электропривода. Введенные понятия позволяют определить разомкнутую систему как систему, в которой изменение внешних возмущений Х_ВОЗМ отражается на выходной величине Х_ВЫХ. Другими словами, разомкнутая система не обеспечивает отстройку выходной величины от внешних возмущений, которые проявляются в изменении уровня Х_ВЫХ. Это является наиболее существенным недостатком разомкнутых систем, которые тем не менее из-за своей простоты нашли широкое применение в электроприводе, например для автоматизации его пуска, реверса и торможения.

В отличие от разомкнутых в замкнутых системах влияние возмущающего воздействия Х_ВОЗМ на выходную координату Х_ВЫХ частично или полностью устраняется. Достигается это в системе с обратной связью (рис. 2.6, б) и в системе с компенсацией возмущающего воздействия (рис. 2.6, в), а также в комбинированной системе (рис. 2.6, г).

Системы с обратной связью или, что то же самое, системы, работающие по принципу отклонения, являются основным видом замкнутых систем автоматизированного электропривода. Их характерным признаком является подача на вход электропривода сигнала обратной связи Х_О,С, пропорционального выходной величине Х_ВЫХ. Этот сигнал сравнивается с задающим сигналом Х_З, и результирующий сигнал Х (его называют обычно сигналом рассогласования или отклонения) является входным управляющим сигналом для электропривода.

Если вследствие действия возмущения Х_ВОЗМ (нагрузки ЭП) выходная величина Х_ВЫХ (скорость ЭП) изменится, то соответствующим образом изменится и сигнал рассогласования X, а это приведет к изменению режима ЭП и восстановлению с определенной точностью прежнего уровня его скорости. Если производится регулирование нескольких координат электропривода, то в системе используется и соответствующее число обратных связей.

Системы, у которых Х=0, т. е. установившееся рассогласование, обусловленное возмущающим воздействием, равно нулю, называются астатическими. Системы, у которых установившееся рассогласование не равно нулю, называются статическими.

Системы со структурой, показанной на рис. 2.6, в, реализуют принцип компенсации возмущающего воздействия. Для этого входной сигнал Х_В, пропорциональный Х_ВОЗМ, подается в систему вместе с задающим сигналом Х_З, в результате чего суммарный сигнал Х обеспечивает такое управление ЭП, при котором осуществляется компенсация возмущений. Такие системы используются значительно реже систем с обратными связями из-за отсутствия простых и надежных датчиков нагрузки электропривода. Кроме того, в этих системах компенсируется только одно из действующих на систему возмущений.

В последнее время применение находят комбинированные системы управления (рис. 2.6, г), использующие оба принципа, но все же основную массу замкнутых систем автоматизированного электропривода составляют системы с обратными связями, которым уделяется в дальнейшем основное внимание.

Все обратные связи можно разделить на положительные и отрицательные, жесткие и гибкие, линейные и нелинейные. Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой Х_О,С направлен согласно с задающим сигналом Х_З (знак “плюс” на рис. 2.6), в то время как сигнал отрицательной обратной связи направлен навстречу сигналу задания (знак “минус” на рис. 2.6).

Жесткая обратная связь характеризуется тем, что ее сигнал действует как в установившихся, так и в переходных режимах ее работы. Сигнал гибкой обратной связи вырабатывается только в переходных режимах системы и служит для формирования только динамических характеристик электропривода.

Линейной называется обратная связь, которая математически описывается линейными уравнениями (алгебраическими, дифференциальными и т.д.). Все остальные связи являются нелинейными.

В электроприводе для регулирования его выходных координат - скорости, ускорения, положения - обычно используются обратные связи по скорости, положению, току и напряжению всех перечисленных выше видов (обратная связь по моменту или усилию двигателя применяется редко из-за отсутствия, простых и надежных датчиков момента и усилия).

При регулировании двух или нескольких координат электропривода используются три основные структурные схемы, показанные на рис. 2.7-2,9.

Схема рис. 2.7, для которой использованы те же обозначения, что и для схемы рис. B.1, носит название схемы, с общим суммирующим усилителем. Электродвигатель на ней для удобства анализа представлен двумя частями - электрической ЭЧД (обмотка якоря) и механической МЧД (ротор). Электромагнитный момент двигателя, обозначенный как Х_З, является в общем случае регулируемой координатой электропривода. Координаты Х₂ и Х₁ представляют соответственно скорость и положение вала двигателя.

Основным признаком схемы с общим усилителем является использование усилителя, на входы которого подается алгебраическая сумма сигналов задающего Х3 и обратных связей по всем координатам Xo,c1, Хо,с2, Хо,с3. Достоинство схемы заключается в ее простоте, недостаток - невозможность регулирования координат независимо друг от друга и, как следствие этого, трудность достижения оптимального регулирования одновременно всех координат.

Развитием схемы с общим усилителем является схема рис. 2.8, где используются нелинейные обратные связи, часто называемые в теории электропривода отсечками. Реализация нелинейного характера обычно достигается за счет введения дополнительных опорных сигналов ±Xoтс1, ±Хотс2, ±Хотс3 и вентильных элементов, вследствие чего характеристика цепи обратной связи приобретает вид, показанный на рис. 2.8. В результате действие обратных связей в некотором диапазоне оказывается уже разделенным между собой, но по-прежнему невозможно осуществить независимую настройку регулирования всех координат.

Указанный недостаток схем с общим усилителем устраняется при использовании так называемых систем подчиненного регулирования координат с последовательной коррекцией (рис. 2.9).

Отличительной особенностью этих систем является равенство (соответствие) количества усилителей и замкнутых контуров числу регулируемых координат. При этом замкнутые контуры располагаются таким образом, что выходной сигнал внешнего контура является задающим, входным сигналом внутреннего контура. Тем самым каждый внутренний контур оказывается подчиненным внешнему контуру, откуда и произошло название таких систем. Применительно к схеме рис. 2.9 первым контуром является контур тока и момента (координата Х_З), который подчинен внешнему по отношению к нему контуру скорости (координате Х₂), который, в свою очередь, подчинен контуру положения (координата X₁).

Каждый контур имеет свой усилитель - У1, У2, УЗ, которые обычно называются соответственно регуляторами положения, скорости, тока и момента. Такое построение системы позволяет осуществлять раздельное регулирование координат и раздельную (оптимальную) настройку качества процесса регулирования. Выбор типа регуляторов и расчет их параметров обычно производят таким образом, чтобы получить в динамических режимах технически оптимальный переходный процесс (настройка на технический оптимум). Такой процесс (рис. 2.10) характеризуется минимально возможным временем t₁ изменения регулируемой координаты X_i, от 0 до установившегося значения Х_iуст при перерегулировании Х_i=410 %.

Оптимальность такого переходного процесса состоит в том, что более быстрый процесс будет иметь большее перерегулирование, а при меньшем перерегулировании процесс протекает медленнее.

Многие технологические процессы требуют одновременного использования нескольких рабочих, машин, которые для реализации нормального хода этих процессов должны определенным образом между собой взаимодействовать. Наилучший результат работы совокупности нескольких рабочих машин единого технологического цикла достигается при их комплексной автоматизации, когда с помощью соответствующих схем управления электроприводами обеспечивается определенная последовательность операций, автоматически избираются наилучшие (оптимальные) режимы работы машин, осуществляются необходимые блокировки и защита. В конечном итоге комплексная автоматизация технологических процессов сказывается на увеличении производительности рабочих машин и повышении качества выпускаемой продукции.

Современный этап комплексной автоматизации характеризуется широким использованием средств вычислительной техники. Повышение требований к точности и быстродействию управления технологическими процессами, необходимость учета и обработки больших объемов информации о их протекании, усложнение самих законов управления делают задачу применения средств вычислительной техники крайне настоятельной. Предпосылкой для ее решения является постоянное повышение надежности и быстродействия вычислительных машин, расширение их номенклатуры и появление в том числе специализированных и управляющих вычислительных машин-микропроцессоров. Применение вычислительных машин позволяет обеспечить наилучший режим технологического процесса с учетом влияния большого числа факторов, обеспечить согласование работы отдельных частей технологического оборудования, получать, обрабатывать и выдавать всю необходимую информацию о ходе технологического процесса.

Особое место при комплексной автоматизации технологических процессов занимают роботы и манипуляторы, с помощью которых может быть обеспечена связь между отдельными рабочими машинами технологического цикла и выполнение многих повторяющихся технологических операций. Эти технические устройства с успехом осуществляют транспортировку обрабатываемых изделий, выполняют различные вспомогательные операции по обработке, освобождая рабочего от однообразного и утомительного труда.

Размещено на Allbest.ru