Цифрові системи регулювання електроприводу з комбінованим керуванням

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.09.03 - Електротехнічні комплекси та системи

ЦИФРОВІ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ З КОМБІНОВАНИМ КЕРУВАННЯМ

Мінтус Андрій Миколайович

Донецьк-1999

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Проблема підвищення швидкодії електроприводу, який є енергетичною основою автоматизації технологічних процесів, не дивлячись на великі досягнення в цій галузі, залишається актуальною, тому що вирішення задач удосконалення технології виробництва та його інтенсифікації не можливе без створення автоматизованих електроприводів із високими динамічними та енергетичними показниками. Актуальність цього напрямку неодноразово підкреслювалась у доповідях українських із міжнародною участю конференцій з проблем автоматизованого електроприводу (Харків, 1994р-1998р.).

Розвиток мікропроцесорної техніки обумовив створення електроприводів із безпосереднім цифровим керуванням, частка яких у загальному обсязі регулюємих приводів нестримно зростає. Переваги систем підпорядкованого регулювання обумовили їхнє широке застосування в різноманітних вітчизняних і закордонних розробках цифрових систем керування. Проте, як відомо, ці структури не реалізують граничних динамічних можливостей електроприводу. Тому задачі поліпшення динамічних показників роботи вище позначених електроприводів (а саме цьому напрямку присвячена дисертаційна робота) є актуальними.

Зв'язок теми дисертації з планами робіт університету. Роботу виконано за планами Донецького державного технічного університету у рамках наукового напрямку «Розробка та освоєння швидкодіючих електроприводів» згідно з комплексною програмою "Наукові основи електроенергетики" (розділ 1.9 "Фізико-технічні проблеми енергетики", підрозділ 1.9.2.5.2.3.3. " Розробка теорії синтезу та оптимізації мікропроцесорних систем автоматичного керування вентильними електроприводами постійного та змінного струму з поліпшеними динамічними та статичними характеристиками"), яка затверджена на 1991-1995 рр. Бюро відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України.

Метою роботи є розробка та теоретичне обґрунтування шляхів реалізації комбінованого керування за задавальним впливом для поліпшення динамічних властивостей електроприводів із безпосереднім цифровим керуванням на засадах використання особливостей побудови дискретних систем підпорядкованого регулювання та інформації про бажану зміну регулівної координати та її похідних, яка міститься в типових задавальних пристроях.

Задачі досліджень:

обґрунтування доцільності використання комбінованого керування;

розробка задавальних пристроїв (ЗП), які дозволяють реалізувати комбіноване керування;

розробка структур та визначення параметрів різноманітних комбінованих цифрових систем регулювання швидкості (СРШ) та положення (СРП);

розробка математичної моделі, яка дозволяла б здійснити перевірку результатів синтезу та аналіз якості регулювання різноманітних багатократних цифрових систем керування;

проведення аналізу та визначення найбільш ефективних структур комбінованого керування;

проведення експериментальних досліджень з метою визначення вірогідності теоретичних положень.

Наукові положення та результати, що винесено на захист, та їх новизна.

Уперше встановлено можливість використання на вході зовнішнього контуру регулювання ланки цифрового усереднення для поліпшення швидкодії комбінованих цифрових систем керування при їх побудові з використанням для зворотного зв'язку інформації про середнє за період вимірювання значення швидкості.

Уперше розроблено задавальні пристрої та на їх засадах комбіновані системи регулювання швидкості та положення електроприводів із безпосереднім цифровим керуванням, швидкодію яких, незалежно від їх побудови з одно- або з дворазовоінтегрувальним контурами регулювання швидкості, доведено до рівня процесів кінцевої тривалості.

Для однократних цифрових астатичних за збурювальним впливом систем регулювання знайшла подальший розвиток методика поліпшення динамічних показників роботи електроприводів засобами імпульсної корекції запізнення в контурах регулювання швидкості. Уперше отримано рішення, які дозволяють здійснити імпульсну корекцію запізнення в контурах регулювання швидкості, не порушуючи їх астатичних властивостей за навантаженням.

Вірогідність наукових результатів обумовлена коректністю трактування задачі та прийнятих припущень, підтверджена використанням для теоретичних досліджень апробованих положень та методів, а також сходимістю результатів математичного моделювання та експериментальних досліджень.

Наукове значення роботи полягає в обґрунтуванні технічних рішень та узагальненні отриманих результатів по створенню комбінованого керування багатократними цифровими системами підпорядкованого регулювання координат та по реалізації імпульсної корекції запізнення в астатичних за збурювальним впливом системах регулювання електроприводу з безпосереднім цифровим керуванням для поліпшення їх швидкодії.

Практичне значення роботи полягає в розробці комплексу заходів по створенню швидкодіючих електроприводів із безпосереднім цифровим керуванням: виявлено найбільш ефективні структури комбінованого керування багатократними цифровими системами регулювання та систематизовані результати по вибору їх параметрів (знайдено як аналітичні вирази, так і їх графічне уявлення); розроблено способи технічної реалізації та знайдено передавальні функції ланок імпульсної корекції запізнення в контурах регулювання швидкості; розроблено математичну модель та програмне забезпечення, яке дозволяє проводити аналіз якості роботи запропонованих систем.

Методи досліджень. Дослідження проводилися з використанням теорії автоматичного керування, теорії лінійних імпульсних систем, дискретного перетворення Лапласса та апарата простору станів.

Реалізація висновків та рекомендацій.

Результати роботи використані концерном "Азовмаш" при виборі та обґрунтуванні раціональної структури цифрових електроприводів нахилу конверторів Роуркельского металургійного заводу (Індія). Основні положення роботи використовуються в навчальному процесі в курсах "Теорія автоматичного керування електроприводами", в лабораторному практикумі, курсовому та дипломному проектуванні при підготовці спеціалістів за фахом "Електропривод та автоматизація промислових установок та технологічних комплексів". Результати досліджень передано інституту "Тяжпромелектропроект" (м. Харків) для їх використання в цифрових приводах летких ножиць та натискних гвинтів листового стану гарячої прокатки 1680 комбінату "Запоріжсталь".

Апробація роботи.

Провідні положення та результати роботи докладені на п'яти українських із міжнародною участю науково-технічних конференціях "Проблеми автоматизованого електроприводу. Теорія та практика" (м. Харків, 1994-1998р.), на "I-й міжнародній (XII Всесоюзній) конференції з автоматизованого електроприводу" (м. Санкт-Петербург, 1995 р.), на кафедрі "Електропривод та автоматизація технологічних установ" ДонДТУ.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць, з них 8 у провідних виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'ятьох розділів та заключення, які викладено на 122 сторінках друкованого тексту, ілюстрованих 87 рисунками та 15 таблицями на 71 сторінках, з переліку літературних джерел із 107 найменувань на 11 сторінках та додатків на 36 сторінках.

ЗМIСТ РОБОТИ

У вступі дається загальна характеристика роботи, яка наведена вище.

У першому розділі проведено огляд літературних джерел, які присвячені питанням підвищення швидкодії електроприводів.

Показано, що одним із можливих засобів поліпшення динамічних показників та точності відтворення бажаних законів руху є реалізація комбінованого керування, де поряд із керуванням за відхиленням здійснюється регулювання в розімкненому циклі за задавальним впливом. Це положення підтверджується як загальною теорією комбінованого керування, так і роботами Чермалиха В.М., Коцегуба П.Х., У. Рифеншталя та інших, де розглянуті питання реалізації комбінованого керування в неперервних та цифро-аналогових системах. Але питання побудови комбінованих систем регулювання електроприводів із безпосереднім цифровим керуванням вивчені недостатньо, що й визначило коло питань, які вирішуються в дисертаційній роботі.

Електроприводи з безпосереднім цифровим керуванням отримали розвиток та розповсюдження завдяки працям Перельмутера В.М., Радімова С.М., Файнштейна В.Г., Файнштейна Е.Г. та інших дослідників. У практиці їх побудови відомі як однократні, що працюють з однаковими періодами квантування в усіх контурах, так і багатократні системі підпорядкованого регулювання, в яких період квантування зовнішніх контурів більше та кратний періоду дискретності вентильного перетворювача (ВП), з яким працює контур регулювання струму (КРС).

Об'єктом досліджень у дисертаційній роботі є цифрові багатократні комбіновані системи регулювання. Такий підхід дозволяє отримати загальні закономірності та залежності, які можна використовувати і для однократних систем, тому що останні є частковим випадком багатократних.

При побудові однократних систем можливе поліпшення їх динамічних показників засобами імпульсної корекції запізнення в контурі регулювання швидкості (КРШ). Але відомі розробки приводять до порушення астатичних властивостей систем за збурювальним впливом, що й дало поштовх до пошуку рішень, які не мали б цього недоліку.

Для комплексного вирішення питань реалізації комбінованого керування та визначення його ефективності треба здійснити синтез та аналіз найбільш розповсюджених на практиці систем регулювання швидкості та положення (з одноразовоінтегрувальними та дворазовоінтегрувальними контурами регулювання швидкості (КРШ) із давачами миттєвого та середнього значення швидкості при використанні різноманітних алгоритмів цифрового інтегрування в регуляторах та задавальних пристроях, із компенсацією запізнення у КРШ та без неї).

У другому розділі розглядаються питання синтезу багатократних цифрових систем регулювання, які пояснюються на прикладі системи регулювання швидкості (рис.1) із різними періодами квантування: - у контурі регулювання струму і - у контурі регулювання швидкості, де k-ціле число. Екстраполятор (Е) нульового порядку узгоджує роботу контурів регулювання струму та швидкості.

Контур регулювання струму настроєно згідно до рекомендацій, які наведено в роботах В.Г.Файнштейна, Е.Г.Файнштейна, за умов, щоб зміна середнього значення струму при стрибку завдання на його вході відбувалася за експоненційним законом

, (1)

де

; - бажана стала часу експоненти.

Оптимізація систем проводиться за умов модульного оптимуму (МО), тому що таке налагодування дає задовільні результати не тільки для неперервних, але й для цифрових систем. Постійні інтегрування контурів регулювання визначаються при їх послідовній оптимізації, а синтез комбінованих систем пропонується проводити згідно передавальній функції від бажаного до середнього прискорень

(2)

або від бажаного до середнього ривка

, (3)

якщо й ривок потребує обмеження.

При оптимізації комбінованих систем треба визначати декілька параметрів одночасно, тому використання умов оптимізації за МО для дискретної передавальної функції супроводжується достатньо громіздкими обчисленнями. Для полегшення синтезу пропонується проводити оптимізацію за спрощеною методикою, яка полягає в наступному. З використанням білінійного перетворення визначається неперервний аналог дискретної передавальної функції замкненої системи

, (4)

яка підлягає оптимізації. Його частотна характеристика в області малих частот близька до частотної характеристики дискретної системи. Це дозволяє оптимізацію останньої виконувати за її неперервним аналогом, за умов оптимізації МО щодо неперервних систем, які значно простіші від умов оптимізації за дискретною передавальною функцією та швидше приводять до бажаного результату. Слід відзначити, що заміна одного параметра р іншим еквівалентна переходу до нового, безрозмірного часу, часто використовується в теорії автоматичного керування та не накладає ніяких обмежень на дослідження, які виконуються.

При реалізації комбінованого керування іноді можливо отримати передавальну функцію системи, яка підлягає оптимізації, виду

(5)

при повністю керованих коефіцієнтах чисельника.

Це дозволяє здійснити оптимізацію системи (знайти параметри коректувальних зв'язків) за умов забезпечення перехідних процесів кінцевої тривалості

, (6)

де i приймає значення від 1 до m.

Розглянуто також просту та ефективну методику аналізу багатократних дискретних систем на основі розробленої у просторі станів математичної моделі.

У третьому розділі розглядаються одноразово- та дворазовоінтегрувальні комбіновані системи регулювання швидкості як з обмеженням, так і без обмеження ривка, при формуванні зворотного зв'язку як за миттєвим , так і за середнім значеннями швидкості. На рис.1 наведено розрахункову структурну схему дворазовоінтегрувальної СРШ, на якій контур регулювання швидкості представлено двома контурами: внутрішнім- із пропорційним регулятором швидкості РШ1

(7)

та зовнішнім- з інтегральним регулятором РШ2

. (8)

В (7) та (8) та - постійні інтегрування розімкнених контурів регулювання швидкості (внутрішнього та зовнішнього), а - електромеханічна стала часу приводу.

Якщо розглядаються одноразовоінтегрувальні системи регулювання швидкості, то зі схеми на рис.1 зовнішній контур із РШ2 зникає.

Дослідження проведено при різноманітних комбінаціях у задавальних пристроях та у РШ2 алгоритмів інтегрування, яким відповідають передавальні функції

; (9)

. (10)

У контурі регулювання струму зроблено імпульсну корекцію запізнення, тому на рис.1 у контурі регулювання швидкості знаходиться ланка чистого запізнення з передавальною функцією .

В окремому випадку, якщо всі контури регулювання працюють з однаковою дискретністю (k=1), можливо компенсувати запізнення за допомогою іпульс-ної корекції також і у контурі регулювання швидкості. На рис.1 включення ланок імпульсної корекції запізнення показано перервними лініями, а їхні передавальні функції знаходяться з виразів

; (11)

, (12)

(13)

- передавальна функція розімкненого внутрішнього КРШ без обліку запізнення.

У виразі (13) взято на увагу, що при k=1 передавальна функція екстраполятора дорівнює одиниці, а

; (14)

, (15)

відповідно є передавальними функціями регулятора струму та розімкненого контуру регулювання струму, які визначені в припущенні, що запізнення у КРС відсутнє. В виразах (14) та (15) , , -електромагнітна стала часу якірного кола.

Виконання імпульсної корекції запізнення за запропонованою структурою дозволяє, на відміну від відомих рішень, здійснити компенсацію запізнення у дворазовоінтегрувальних контурах регулювання швидкості без порушення астатичних властивостей систем за навантаженням, тому що передавальні функції коректувальних ланок не містять в собі інтегральної частини та інтегральні елементи у прямому каналі не замкнуті жорстким зворотнім зв'язком. Астатичні властивості також не порушуються, якщо запізнення компенсовано у внутрішньому та враховано при синтезі зовнішнього КРШ. У цьому випадку на рис.1 , а знаходиться згідно з (11), як і раніше.

Для систем регулювання швидкості розроблені задавальні пристрої, які дозволяють реалізувати комбіноване керування. Наприклад, на рис.2,а,б наведені задавальні пристрої, які реалізують комбіноване керування з порядком m=2:(а) - для одноразовоінтегрувальних СРШ з давачем середньої швидкості та (б) - для дворазовоінтегрувальних СРШ при будь-якому із способів формування зворотного зв'язку за швидкістю.Якщо скористатися прийомом установлення на вході зовнішнього контуру регулювання швидкості ланки цифрового усереднення (Ф) для компенсації форсуючої складової замкненого КРШ, яка визвана інерційністю зворотного зв'язку, та завести за цю ланку додатковий коректувальний зв'язок, як це зроблено у задавальному пристрої на рис.2,а, то для дворазовоінтегрувальних систем регулювання швидкості із давачами середньої швидкості можлива реалізація комбінованого керування з m=3. При цьому необхідно, щоб у РШ2 інтегрування відбувалося згідно з (9).

Вже на етапі синтезу встановлено, що динамічні властивості комбінованих систем не залежать від типу алгоритму інтегрування, що використовується у задавальних пристроях. Покажемо це на прикладі задавального пристрою рис.2,а. Неперервний аналог його дискретної передавальної функції знаходиться за виразом

, m=2, (16)

вигляд якого не залежить від прийнятого у задавальному пристрої алгоритму інтегрування, а зв'язок між коефіцієнтами та при використанні різних передавальних функцій інтеграторів у цьому задавальному пристрої наведено в табл.1.

Результатом оптимізації комбінованих систем є коефіцієнти , за відомими значеннями яких знаходяться реальні коректувальні коефіцієнти . Раніше та в подальшому під порядком комбінованого керування m мається на увазі кількість вільно варійованих коефіцєнтів у неперервних аналогах дискретних передавальних функцій задавальних пристроїв.

Показано, що в системах, які працюють за відхиленням, кращих динамічних показників досягають при використанні в задавачі інтенсивності, а для дворазовоінтегрувальних систем регулювання швидкості і у РШ2, інтеграторів з передавальною функцією (10). Тому оцінка ефективності комбінованого керування проводилася в порівнянні з такими системами.

Установлено, що динамічні властивості комбінованих дворазовоінтегрувальних систем регулювання швидкості з m=2 не залежать від прийнятого у РШ2 алгоритму інтегрування. Найбільший ефект досягається в разі використання задавальних пристроїв, які дозволяють реалізувати комбіноване керування з порядком m=2- для одноразовоінтегрувальних (рис.2,а) та m=3- для дворазовоінтегрувальних систем регулювання швидкості із зворотним зв'язком за середнім значенням швидкості. В таких системах, не залежно від k та , перше узгодження струму з його встановленим значенням настає під час 2-3 такту , що в 3-9 разів менше, ніж для одноразовоінтегрувальних, та в 7-12 разів менше, ніж для дворазовоінтегрувальних систем регулювання швидкості, які працюють за відхиленням. Це дозволяє отримати виграш у регулюванні за швидкістю до 15% в порівнянні з традиційними системами підпорядкованого регулювання. Викладені висновки частково підтверджуються графіками перехідних процесів, які наведено в табл.2.

Ефект від реалізації комбінованого керування у системах регулювання швидкості із давачами миттєвої швидкості незначний та зменшується, якщо в контурі регулювання швидкості зроблено імпульсну корекцію запізнення. Використання останньої дозволяє зменшити час першого узгодження за струмом на 2-3 такти в одноразовоінтегрувальних та на 4-6 тактів у дворазовоінтегрувальних системах регулювання швидкості, які працюють за відхиленням, що приводить до підвищення швидкодії за струмом в 1,5-3 рази.

На рис.2,в наведено задавальний пристрій, який дозволяє реалізувати комбіноване керування з m=2 в одноразовоінтегрувальних системах регулювання швидкості з обмеженням ривка. Для одноразовоінтегрувальних СРШ із зворотним зв'язком за середнім значенням швидкості порядок комбінованого керування можна підвищити до m=3, якщо використати прийом установлення ланки цифрового усереднення на вході КРШ, а для дворазовоінтегрувальних СРШ - до m=3,4, тому що можливо завести ще додатковий коректувальний зв'язок за інтегральний регулятор швидкості РШ2.

При реалізації комбінованого керування за задавальною дією у системах регулювання швидкості з обмеженням ривка, незалежно від структури контуру регулювання швидкості, вибором відповідного задавального пристрою завжди можна отримати передавальну функцію системи (3), яка підлягає оптимізації, вигляду (5).

Синтез систем доцільно виконувати в наступній послідовності. Знайти дискретну передавальну функцію від завдання швидкості g до середнього значення ривка

, (17)

а потім вибрати задавальний пристрій згідно з умовою, щоб передавальна функція

(18)

мала вигляд (5) при повністю керованих коефіцієнтах чисельника. Це дозволяє здійснити оптимізацію безпосередньо за дискретною передавальною функцією згідно з рівняннями (6).

При знайдених значеннях коефіцієнтів передавальна функція (18), при будь-якій структурі системи регулювання швидкості, буде мати вигляд

. (19)

Зважаючи на те, що , при відпрацюванні завдання середнє значення ривка буде відрізнятися від заданого. Це слід враховувати при формуванні .

З (19) видно, що реалізація комбінованого керування у системах регулювання швидкості з обмеженням ривка незалежно від структури (одно- або дворазовоінтегрувальний контур регулювання швидкості, із зворотнім зв'язком за миттєвим або середнім значенням швидкості, із врахуванням або компенсацією запізнення у КРШ) забезпечує ривок при відпрацюванні задавального впливу на рівні заданого та дозволяє здійснити переведення приводу з одного стану у другий з максимальною при заданих обмеженнях швидкодією.

У четвертому розділі розглянуто комбіноване керування цифровими системами підпорядкованого регулювання положення. Воно досягається за допомогою задавальних пристроїв, які формують на вході контуру регулювання положення (КРП) із пропорційним (лінійним) регулятором положення (РП) сигнал, що відтворює заданий (бажаний) закон зміни регулівної координати (положення), та коректувальних зв'язків. Розглядаються системи в яких підпорядкованим контуром є як одноразовоінтегрувальні, так і дворазовоінтегрувальні контури регулювання швидкості при різних способах організації зворотного зв'язку за швидкістю та при використанні різних алгоритмів інтегрування у задавальних пристроях та у РШ2. На рис.3 наведена лінійна частина задавального пристрою, який дозволяє реалізувати комбіноване керування з порядком m=3 у системах регулювання положення з одноразовоінтегрувальним контуром регулювання швидкості та давачем середньої швидкості. Для аналогічних систем із зворотнім зв'язком за миттєвим значенням швидкості можна реалізувати комбіноване керування лише з m=2. В разі побудови систем регулювання положення із дворазовоінтегрувальним контуром регулювання швидкості порядок комбінованого керування відповідно зростає на одиницю (m=3,4), тому що додається коректувальний зв'язок, який можливо завести за інтегральний регулятор РШ2.

В результаті досліджень з'ясовано, що найкращі динамічні показники досягаються в разі реалізації комбінованого керування з m=3 для систем регулювання положення з одноразовоінтегрувальним контуром регулювання швидкості та m=4 - якщо в СРП використовується дворазовоінтегрувальний контур регулювання швидкості. В обох випадках зворотній зв'язок формується за середнім значенням швидкості. Динамічні якості таких комбінованих систем значно кращі, ніж у відповідних систем регулювання швидкості (час першого узгодження за струмом дорівнює 2-3 тактам , що в 2-7 разів менше, ніж у одноразовоінтегрувальних СРШ, та в 3-9 разів менше, ніж дворазовоінтегрувальних СРШ, що працюють за відхиленням).

Якщо реалізується комбіноване керування з m=2 та m=3 відповідно для систем регулювання положення з одно- та дворазовоінтегрувальними контурами регулювання швидкості, то динамічні властивості таких комбінованих СРП, при будь-якому зворотному зв'язку за швидкістю, не гірші, ніж динамічні показники відповідних систем регулювання швидкості, що працюють за відхиленням.

Реалізація імпульсної корекції запізнення у контурах регулювання швидкості (якщо k=1) в 1,5-2 рази дозволяє зменшити час першого узгодження за струмом у комбінованих системах регулювання положення з одноразовоінтегрувальними (m=2) та дворазовоінтегрувальними (m=3) контурами регулювання швидкості. Слід відзначити, що у комбінованих СРП із дворазовоінтегрувальним контуром регулювання швидкості краще імпульсну корекцію проводити за структурою, коли запізнення компенсовано у внутрішньому та враховується при синтезі зовнішнього КРШ, тому що її практична реалізація потребує меншої кількості розрахункових операцій та дозволяє досягти динамічних показників, як і в разі повної компенсації запізнення у контурі швидкості та її обліку у контурі регулювання положення.

У п'ятому розділі наведено результати експериментальних досліджень, які отримані на лабораторному стенді тиристорного електроприводу постійного струму з мікропроцесорним керуванням, де об'єктом регулювання є високомо-ментний двигун постійного струму ДПУ-127, Рн=450 Вт, Uн=57 В, Iн=11 А, який живиться від трифазного мостового реверсивного тиристорного перетворювача напруги з окремим керуванням групами тиристорів. Параметри електроприводу: , . Результати експериментальних досліджень характеризуються хорошою сходимістю з результатами моделювання. Так, наприклад, у табл. 2 наведено результати експериментальних досліджень дворазовоінтегрувальних систем регулювання швидкості із зворотним зв'язком за середнім значенням швидкості при k=1, в порівнянні з результатами їх моделювання.

Порівняння відповідних результатів експериментальних досліджень та моделювання дає добрий збіг як характеру процесів, так і показників, які характеризують якість регулювання. В обох випадках час першого узгодження струму з його встановленим значенням однаковий та дорівнює: - для СРШ, що працює за відхиленням; - для комбінованих СРШ із m=2; - для комбінованих СРШ з m=3.

Вони отримані при роботі систем з однаковим періодом квантування в усіх контурах регулювання k=1 та в разі розширення періоду квантування у контурі регулювання швидкості k=2. Аналіз отриманих результатів підтверджує тезу, що з розширенням періоду квантування у контурі швидкості погіршуються динамічні властивості систем, які працюють за відхиленням, а в разі комбінованого керування вони незмінні та характеризуються виключно високою швидкодією, яка характерна для процесів кінцевої тривалості. Перше узгодження струму з його встановленим значенням, як і для комбінованих дворазовоінтегрувальних систем регулювання швидкості з m=3 (див. табл.2), досягається вже на другому такті -.

Експериментальні дослідження підтвердили певність розробленої математичної моделі та прийнятих при виконанні досліджень припущень. Тим самим підтверджено вірність основних теоретичних положень та висновків, що зроблені на основі результатів моделювання.

ВИСНОВКИ

електропривод цифровий керування технічний

У дисертації дано розв'язання актуальної наукової задачі, яка полягає в розкритті особливостей побудови комбінованих систем керування електроприводами, в науковому обґрунтуванні синтезу цих систем та технічних рішень, щодо поліпшення динамічних характеристик електроприводів. Основні наукові результати, висновки та рекомендації полягають в наступному:

1. Обґрунтовано використання комбінованого керування для поліпшення динамічних показників роботи електроприводів із безпосереднім цифровим керуванням. Установлено, що реалізація комбінованого керування дозволяє підвищити швидкодію за струмом у два й більше разів та за швидкістю до 15%.

2. Розроблено методичні основи синтезу багатократних дискретних комбінованих систем. Доведена доцільність використання спрощеної методики синтезу комбінованих дискретних систем при одночасній оптимізації за багатьма параметрами, яка полягає в переході від дискретних передавальних функцій до їх неперервних аналогів із подальшим використанням умов оптимізації за модульним оптимумом щодо неперервних систем.

Розроблено задавальні прилади, які розширюють коло використання

комбінованого керування щодо створення ефективних цифрових систем регулювання швидкості та положення. Показано, що при комбінованому керуванні знімається протиріччя між кількістю контурів регулювання та швидкодією, яка доведена до рівня другого контуру, а в разі використання інформації про середнє значення швидкості - до рівня процесів кінцевої тривалості. Останнє ствердження справедливе як для однократних, так і для багатократних цифрових систем.

Доведено, що в комбінованих системах регулювання положення як з одноразовоінтегрувальним, так і з дворазовоінтегрувальним контурами регулювання швидкості відробка задавальної дії йде не гірше, а для систем із зворотнім зв'язком за середнім значенням швидкості навіть краще, ніж в одноразовоінтегрувальних системах регулювання швидкості, що працюють за відхиленням. Розроблені системи регулювання положення не потребують зміни параметрів систем при відпрацьовуванні переміщень із різним прискоренням (сповільненням), що може бути корисним для поліпшення енергетичних показників роботи приводу.

5. Доведена ефективність використання імпульсної корекції запізнення у контурах регулювання швидкості для підвищення швидкодії однократних систем регулювання швидкості та положення при їх роботі за відхиленням, а для систем регулювання положення і при комбінованому керуванні. Запропоновано спосіб реалізації імпульсної корекції запізнення у дворазовоінтегрувальних контурах регулювання швидкості, що дозволяє компенсувати запізнення в контурі, не порушуючи його астатичних властивостей за збурювальним впливом.

Встановлено, що реалізація комбінованого керування в системах регулювання швидкості з обмеженням ривка, незалежно від структурної побудови контуру регулювання швидкості, дозволяє здійснити відробку завдання з максимальною при заданих обмеженнях швидкодією. Доведено, що при запропонованій методиці синтезу перехідні процеси всіх розглянутих комбінованих систем будуть однакові, тому ефективність використання комбінованого керування тим вище, чим гірші динамічні показники відповідних систем із регулюванням за відхиленням.

Розв'язано ряд задач, які полегшують розробку електроприводів із комбінованим керуванням, їх аналіз та обґрунтування: проведено синтез та аналіз великої кількості можливих варіантів побудови цифрових систем регулювання швидкості й положення з комбінованим керуванням; розроблено математичну модель у просторі станів та програмне забезпечення для аналізу багатократних цифрових систем регулювання; показано хороший збіг результатів експериментальних досліджень та математичного моделювання.

ЛІТЕРАТУРА

1. Коцегуб П.Х., Баринберг В.А., Минтус А.Н. Синтез однократноинтегрирующей комбинированной цифровой системы подчиненного регулирования электропривода с двумя периодами квантования // Известия вузов. Электромеханика. -1995. - N5-6.- C. 63-68.

2. Коцегуб П.Х., Баринберг В.А., Минтус А.Н. Синтез двукратноинтегрирующих комбинированных цифровых систем подчиненного регулирования электропривода постоянного тока с двумя периодами квантования // Изв. вузов. Электромеханика. - 1996. - № 5-6. - С.86-93.

Коцегуб П.Х., Минтус А.Н. Особенности реализации импульсной коррекции запаздывания в цифровых астатических по возмущающему воздействию системах регулирования скорости. // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Вестник ХГПУ. Специальный выпуск. Харьков: ХГПУ. - 1998.- С.73-74.

Коцегуб П.Х., Минтус А.Н., Шумяцкий В.М. Комбинированное управление в системах регулирования скорости с ограничением первых двух производных регулируемой координаты. // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Вестник ХГПУ. Специальный выпуск. Харьков: ХГПУ. -1998.- С.115-116.

5. Кац А.Б., Коцегуб П.Х., Минтус А.Н. Комбинированное управление многократными цифровыми астатическими по нагрузке системами регулирования положения. // Взрывозащищенное электрооборудование: Cб. научн. тр.УкрНИИВЭ. -Донецк, 1998. - С.91-100.

6. Коцегуб П.Х., Минтус А.Н. Комбинированные двукратноинтегрирующие системы регулирования скорости с учетом ограничений ускорения и рывка. //Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація, випуск 3: - Донецьк: ДонДТУ, 1999. - С.63-71.

7. Коцегуб П.Х., Баринберг В.А., Минтус А.Н. Синтез многократних цифровых систем управления электроприводами постоянного тока. // Труды конференции "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков: Основа. - 1994.- С. 41-45.

8. Коцегуб П.Х., Минтус А.Н. Синтез цифровых комбинированных систем позиционного электропривода с однократноинтегрирующим контуром регулирования скорости. // Труды конференции "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков: Основа. - 1995.- C.53-57.

Коцегуб П.Х., Баринберг В.А., Минтус А.Н. Цифровые комбинированные двукратноинтегрирующие системы регулирования скорости привода постоянного тока с тремя корректирующими связями.// Труды конференции "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков: Основа. - 1996. - C. 123-127.

Коцегуб П.Х., Минтус А.Н., Старостин С.С. Экспериментальные исследования комбинированных систем регулирования скорости электроприводов постоянного тока с прямым цифровым управлением. // Труды конференции "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика".-Харьков: Основа. - 1997.- С. 220-223.

Коцегуб П.Х., Минтус А.Н., Толочко О.И. Комбинированное управление цифровыми системами регулирования скорости с учетом ограничения ускорения и рывка. // Электротехника. - 1999. - №5. С. 33-38.

Размещено на Allbest.ru