В.Г. Каширских Системы управления электроприводов

1

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Основной целью дисциплины «Системы управления электроприводов» (СУЭП) является развитие у студентов понимания основных законов функционирования, принципов построения и исследования СУЭП, а также умение производить их анализ и синтез.

Данный курс изучается два семестра (10, 11), и его изучение базируется на знаниях, полученных в курсах «Высшая математика», «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины», «Электрический привод», «Теория автоматического управления», «Теория электропривода», «Микропроцессорная техника», «Преобразовательная техника» и др. В 10 семестре студенты изучают разделы 1- 4, выполняют курсовую работу и сдают экзамен, а в 11 семестре - разделы 5-6, выполняют контрольную работу и сдают зачет.

Настоящие методические указания состоят из 7 разделов. По каждому разделу приведены программа, методические указания и вопросы для самопроверки. Изучение курса состоит из самостоятельной работы студента над учебниками и учебными пособиями, посещения лекций и выполнения лабораторных работ в период сессий, самостоятельного выполнения курсовой работы и контрольного задания.

При изучении курса необходимо в каждой теме понять сущность изучаемых вопросов, уметь использовать существующий математический аппарат и иллюстрировать понятия на примерах электромеханических систем. Для этого надо обязательно ответить на вопросы самопроверки. В случае затруднений с ответами необходимо привлечь дополнительную литературу, восстановить знания по предшествующим учебным дисциплинам. При возникновении неясностей, с которыми студент не может разобраться сам, ему рекомендуется обращаться на кафедру электропривода и автоматизации (а. 3407) для получения устных или письменных консультаций.

Очень важное значение для изучения курса имеет самостоятельное выполнение контрольных заданий и курсовой работы, составленных таким образом, чтобы студент применил значительную часть изученных им методов исследования. Результаты и теоретические обоснования выполненных контрольных заданий должны быть защищены до сдачи зачетов, а курсовой работы - до сдачи экзамена.

Лабораторные занятия по курсу предусматривают исследование различных свойств СУЭП и ее элементов. По каждой лабораторной работе студент составляет отчет и защищает его.

2

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основной

1.Башарин А.В. Управление электроприводами / А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский.-Л.: Энергоиздат, 1982.-392 с.

2.Ильинский Н.Ф. Общий курс электропривода/ Н.Ф.Ильинский, В.Ф. Козаченко.-М.: Энергоатомиздат, 1992.-544 с.

3.Чиликин М.Г. Общий курс электропривода/ М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер.-М.: Энергоиздат, 1981.-576 с.

4.Башарин А.В. Примеры расчетов автоматизированного электропривода/ А.В.Башарин, Ф.Н. Голубев, В.Г. Кепперман.-Л.: Энергия, 1971.-440 с.

5.Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-416 с.

Дополнительный

6.Башарин А.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ/ А.В. Башарин, Ю.В. Постников.-Л.: Энергоатомиз-

дат, 1990.-512 с.

7.Борцов Ю.А. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением/ Ю.А. Борцов, Н.Д. Поляхов, В.В. Путов. - Л.: Энергоатомиздат, 1984.-216 с.

8.Вуль Ю.А. Наладка электроприводов экскаваторов/ Ю.А. Вуль, В.И. Ключев, Л.В. Седаков.-М.: Недра, 1975.-312 с.

9.Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с.

10.Панасюк В.И. Оптимальное микропроцессорное управление электроприводом. - Минск: Высш. шк., 1991. - 167 с.

11.Файнштейн В.Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами / В.Г. Файнштейн, Э.Г. Файнштейн. - М.: Энергоатомиздат, 1986.-240с.

12.Бургин Б.Ш. Системы управления электроприводами. - Ново-

сиб., 1991.- 115 с.

13.Мартынов М.В. АЭП в горной промышленности / М.Г. Мартынов, Н.Г. Переслегин. - М.: Недра, 1977. - 375 с.

14.Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 224 с.

3

1.НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ

ИТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ СУЭП

Вопросы для изучения

Структура автоматизированного электропривода (АЭП). Назначение и функции СУЭП. Принципы построения и классификация СУЭП. Типовые структуры и элементы СУЭП. Основные показатели, характеризующие АЭП и требования, предъявляемые в связи с этим к СУЭП. Области применения АЭП с различными СУЭП.

Методические указания

Для успешного освоения курса нужно хорошо разобраться в основных понятиях и терминах и уметь описывать своими словами сущность процессов, происходящих в АЭП. Нужно познакомиться с принципами структурного построения СУЭП, используя знания, полученные при изучении «Теории автоматического управления». Особое внимание следует уделить наиболее распространенной системе с подчиненным регулированием координат электропривода.

Вопросы для самопроверки

1.Каково назначение, структура и функции АЭП?

2.Перечислите требования, предъявляемые к АЭП.

3.Какие принципы управления вы знаете?

4.Проведите сравнительный анализ различных структур СУЭП, применяемых на практике. Определите их достоинства и недостатки.

5.Какими причинами обусловлен выбор конкретной структуры СУЭП для производственных условий?

2. РАЗОМКНУТЫЕ СУЭП С УПРАВЛЕНИЕМ ПО ЖЕСТКОЙ ПРОГРАММЕ

Вопросы для изучения

Особенности двигателей постоянного тока (ДПТ) как объектов управления и способы управления ими. Типовые обратные связи, особенности их реализации и получаемые при этом результаты. Форси-

4

ровки и отсечки. Структурные схемы и особенности функционирования СУЭП на основе различных преобразователей (электромашинные генераторы и усилители, магнитные усилители, полупроводниковые преобразователи). Области применения различных СУЭП с ДПТ.

Синтез контуров управления в системе с подчиненным регулированием координат. Типовые структуры СУЭП с подчиненным регулированием координат на основе элементов УБСР-АИ, УБСР-ДИ. Задатчик интенсивности, ограничение тока. Влияние упругости и зазоров на процесс регулирования. Двухзонные системы регулирования. Комплектные электроприводы постоянного тока.

Методические указания

Изучение этого раздела базируется в основном на материалах курсов «Электрические машины», «Электрический привод», «Преобразовательная техника», которые следует повторить. Структура АЭП с типовыми обратными связями с использованием различных преобразователей в СУЭП рекомендуется изучать по [5]. Здесь же приведена методика синтеза контуров управления для системы управления с подчиненным регулированием координат. Описание элементов АЭП дано в

[14].

1.Запишите уравнения статических характеристик ДПТ и определите входные и выходные сигналы.

2.Какие способы управления ДПТ применяют на практике?

3.Какие типовые обратные связи применяют в АЭП с ДПТ? Проанализируйте их влияние на работу ДПТ.

4.Проведите сравнительный анализ АЭП с ДПТ с различными преобразователями и определите области их использования.

5.В чем заключаются достоинства структуры с подчиненным регулированием координат и каким образом производится настройка контуров?

6.Запишите передаточную функцию регулятора 1-го контура.

7.Какие требования предъявляются к ЛАХ разомкнутого контура для обеспечения заданных условий регулирования?

8.Сравните настройку контура на технический и симметричный оптимумы.

9.Для П-, ПИ-, ПИД-регуляторов запишите передаточные функции, представьте схемные реализации на базе операционного усилите-

5

ля, соответствующие им ЛАХ и ЛФХ, а также формулы для определения параметров настройки.

10.Объясните работу стандартных элементов АЭП: регуляторов, задатчиков интенсивности, ограничителей, датчиков напряжения, тока

ичастоты вращения.

11.Как осуществляется защита АЭП от аварийных режимов рабо-

ты?

3.ЗАМКНУТЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ СУЭП

СДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Вопросы для изучения

Особенности двигателей постоянного тока (ДПТ) как объектов управления и способы управления ими. Типовые обратные связи, особенности их реализации и получаемые при этом результаты. Форсировки и отсечки. Структурные схемы и особенности функционирования СУЭП на основе различных преобразователей (электромашинные генераторы и усилители, магнитные усилители, полупроводниковые преобразователи). Области применения различных СУЭП с ДПТ.

Синтез контуров управления в системе с подчиненным регулированием координат. Типовые структуры СУЭП с подчиненным регулированием координат на основе элементов УБСР-АИ, УБСР-ДИ. Задатчик интенсивности, ограничение тока. Влияние упругости и зазоров на процесс регулирования. Двухзонные системы регулирования. Комплектные электроприводы постоянного тока.

Методические указания

Изучение этого раздела базируется в основном на материалах курсов «Электрические машины», «Электрический привод», «Преобразовательная техника», которые следует повторить. Структуры АЭП с типовыми обратными связями с использованием различных преобразователей в СУЭП рекомендуется изучать по [5]. Здесь же приведена методика синтеза контуров управления для системы управления с подчиненным регулированием координат. Описание элементов АЭП дано в

[14].

6

Вопросы для самопроверки

1.Запишите уравнения статических характеристик ДПТ и определите входные и выходные сигналы.

2.Какие способы управления ДПТ применяют на практике?

3.Какие типовые обратные связи применяются в АЭП с ДПТ? Проанализируйте их влияние на работу ДПТ.

4.Проведите сравнительный анализ АЭП с ДПТ с различными преобразователями и определите области их использования.

5.В чем заключаются достоинства структуры с подчиненным регулированием координат и каким образом производится настройка контуров?

6.Запишите передаточную функцию регулятора 1-го контура.

7.Какие требования предъявляются к ЛАХ разомкнутого контура для обеспечения заданных условий регулирования?

8.Сравните настройку контура на технический и симметричный оптимумы.

9.Для П-, ПИ-, ПИД-регуляторов запишите передаточные функции, представьте схемные реализации на базе операционного усилителя, соответствующие им ЛАХ и ЛФХ, а также формулы для определения параметров настройки.

10.Объясните работу стандартных элементов АЭП: регуляторов, задатчиков интенсивности, ограничителей, датчиков напряжения, тока

ичастоты вращения.

11.Как осуществляется защита АЭП от аварийных режимов рабо-

ты?

4.ЗАМКНУТЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ СУЭП

СДВИГАТЕЛЯМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Вопросы для изучения

Особенности двигателей переменного тока как объектов управления и способы управления ими. Элементная база управляемых электроприводов. Структурные схемы и особенности функционирования управляемых электроприводов с фазовым, частотным, векторными и каскадным управлением. Комплектные управляемые электроприводы переменного тока. Определение областей применения различных видов электроприводов.

7

Методические указания

Здесь особое внимание следует обратить на способы управления асинхронными и синхронными двигателями. Для этого нужно на основе анализа их математических моделей определить входные воздействия и закономерности их изменения. Наиболее перспективными являются частотное и векторное управления, поэтому знание принципов построения и законов управления для этих случаев чрезвычайно важно для студентов данной специальности.

Вопросы для самопроверки

1.Объясните процессы, происходящие при использовании регулирования изменением числа пар полюсов.

2.Каковы достоинства, недостатки и область использования АЭП

сфазовым управлением на основе тиристорных регуляторов напряжения?

3.Какие способы управления асинхронными двигателями с фазным ротором вы знаете? Нарисуйте структуры этих схем и сравните их для какого-либо случая практического использования.

4.Каковы достоинства и недостатки частотного управления? Какие виды преобразователей для этого используются? Сравните их и определите области их наиболее рационального использования.

5.Запишите и сравните законы частотного управления.

6.Разъясните суть, реализацию и достоинства векторного управления. Каковы трудности практической реализации этого метода вы можете отметить?

7.Выберите какой-либо практический пример применения АЭП переменного тока и на его основе оцените целесообразность применения всех рассмотренных видов СУЭП.

8.Сравните настройку контура на технический и симметричный оптимумы.

5. ДИСКРЕТНЫЕ СУЭП

Вопросы для изучения

СУЭП с релейными регуляторами. Типовые узлы и примеры схем управления. Особенности работы. Структура электропривода с цифровым управлением и особенности его работы. Периферийные устройст-

8

ва и блок управления микропроцессорной системой регулирования тиристорного электропривода (ТЭП). Импульсные модели ТЭП. Математическое обеспечение микропроцессорной системы управления ТЭП. Прямое цифровое управление. Оптимальное микропроцессорное управление электроприводом.

Методические указания

Перед изучением материала данного раздела следует повторить математический аппарат исследования цифровых систем автоматического управления и соответствующий раздел курса «Микропроцессорная техника». Материал этого раздела описан в [2, 10, 11, 14]. Нужно рассмотреть особенности построения дискретных СУЭП, работу отдельных компонент системы, их взаимодействие (сопряжение), программирование, достоинства, недостатки и пути совершенствования.

Вопросы для самопроверки

1.Каковы особенности математического описания дискретных

СУЭП?

2.Каков необходимый перечень обязательных элементов дискретных САУ? Приведите схемы и опишите принципы их действия.

3.Какую роль выполняют в АЭП устройства сопряжения и каким образом осуществляется гальваническая развязка электрических цепей?

4.Какие требования предъявляются к периферийным устройствам

иблоку управления микропроцессорной системой управления? Опишите их структуру.

5.Что представляет собой математическое и программное обеспечение микропроцессорной системы управления?

6.Какова структура и реализация прямого цифрового управления?

7.Как реализуется оптимальное микропроцессорное управление электроприводом?

8.Каковы преимущества дискретных СУЭП перед непрерывны-

ми?

9.Как осуществляется защита от аварийных режимов в АЭП с микропроцессорным управлением?

9

6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Вопросы для изучения

Системы управления положением и следящие электроприводы. Задачи позиционирования и слежения: особенности и структура систем управления. Статические и динамические характеристики. Способы повышения точности.

Числовое программное управление (ЧПУ) с шаговыми двигателями. Элементная база ЧПУ. Микропроцессорные системы ЧПУ. Формирование законов управления в системах ЧПУ; интерполяторы.

Системы управления скоростью и соотношением скоростей взаимосвязанных многодвигательных электроприводов.

Структура, особенности работы, статические и динамические характеристики управляемого электропривода на основе вентильного двигателя.

Методические указания

Здесь нужно рассмотреть особенности перечисленных выше специальных типов электроприводов, заключающиеся в обеспечении заданного быстродействия, статической и динамической точности при позиционировании и при движении рабочего органа технологической установки. Следует обратить внимание на построение структуры путем обеспечения заданных условий работы, а также на используемую в этих электроприводах элементную базу.

Вопросы для самопроверки

1.Какие типы электроприводов относятся к специальным? Чем они отличаются от рассмотренных выше?

2.От чего зависит точность позиционирования электропривода в разомкнутой системе управления положением? Как ее можно повысить?

3.В чем заключается трудность одновременного обеспечения требований по заданным точности и быстродействию? Каковы пути решения этого вопроса?

4.Каковы достоинства системы ЧПУ, из каких элементов она состоит и каким образом работает? Для чего используются интерполяторы? Приведите схему линейного интерполятора.