книги из ГПНТБ / Корытин А.М. Синтез автоматизированного электропривода на аналоговых и цифровых вычислительных машинах

A. M. КОРЫТИН

С И Н Т Е З А В Т О М А Т И З М Р О В А Н Н О Г О

Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д А Н А А Н А Л О Г О В Ы Х И Ц И Ф Р О В Ы Х В Ы Ч И С Л И Т Е Л Ь Н Ы Х М А Ш И Н А Х

« Э Н Е Р Г И Я »

МОСКВА 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) широ­ ко применяются для анализа систем автоматизирован­ ного электропривода .и позволяют исследовать его пове­ дение при известных нелинейных параметрах, сигнале управления и нагрузке. С помощью этих машин может быть решена также задача: определение сигнала управ­ ления, структуры обратных связей и их параметров по заданным законам изменения скорости или момента во времени. Решение этой задачи синтеза расширяет об­ ласть применения АВМ. В настоящей книге изложены принципы построения структурных схем моделей синтеза по типовым алгоритмам, показаны отличия в выборе масштабов и расчете масштабных коэффициентов по сравнению с решением задач анализа. Типовые струк­ турные схемы моделей для отдельных элементов позво­ ляют набрать схему модели синтеза системы любой сложности.

Применение АВМ для анализа автоматизированного электропривода и синтеза его параметров ограничивает­ ся точностью решения при малых координатах исследуе­ мых переменных либо заданных динамических характещстиках, когда необходимо переходить к использованию цифровых вычислительных машин (ЦВМ). Многообра­ зие последних и их кодов ограничивает общее решение задач синтеза программ, от которых несложно перейти к конкретньГм 'решениям. В книге показаны также воз­ можности выполнения синтеза по этапам на ЦВМ типа «Проминь» с ограниченным объемом памяти.

Автор приносит глубокую благодарность редактору канд. техн. наук В. П. Рубцову и рецензенту канд. техн. наук С. Я. Дунаевскому за большую помощь при под­ готовке рукописи к изданию.

С признательностью будут приняты автором все по­ желания некритические замечания по книге, которые можно направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб. 10, издательство «Энергия».

Автор

В В Е Д Е Н И Е

Синтез автоматизированного электропривода сводит­ ся в конечном счете к выбору структурной схемы и оп­ ределению параметров входящих в нее элементов. В ря­ де случаев необходимо определить желаемый коэффи­ циент усиления системы в целом. Обязательным условием завершения расчета является соответствие динамических и статических характеристик глектропривода заданным при проектировании.

Заданные динамические характеристики определяют­ ся технологическими требованиями промышленной уста­ новки и не ограничиваются только оптимальным и ра­ циональным законами управления. Весьма часто прихо­ дится сталкиваться с их сочетанием. Ряд производствен­ ных механизмов требует ограничения первой и второй производных скорости. Технологическая связь несколь­ ких промышленных установок в один комплекс может привести к необходимости формирования практически любой динамической характеристики. Сказанное отно­ сится как к режимам пуска и торможения, так и к режи; мам приложения и снятия нагрузки. В связи с этлм приходится решать общую задачу синтеза параметжз системы управления автоматизированным электропри­ водом.

Статические характеристики автоматизированного электропривода во многих случаях являются дополни­ тельными и не всегда определяют выбор параметров. Вместе с тем синтез параметров по заданным статиче­ ским характеристикам является исходным для решения задач динамики.

Вопросам оптимального управления посвящено зна­ чительное число исследований. К ним следует отнести классический метод вариационного исчисления, с по­ мощью которого, несмотря на сложность и ограничен­ ность применения, удалось решить ряд важных практи­ ческих задач [Л. 39, 43 и 52]. Принцип максимума

4

Л. С. Лонтрягина [Л. 40] позволил решить более широкий

Общность решений состоит-в формировании трапеце­ идальных токовых диаграмм [Л. 6, 51], которые при по­ стоянном потоке возбуждения и малом по величине неизменном моменте сопротивления позволяют получить желаемый закон управления, зависящий от заданной динамической характеристики.

Современные системы автоматизированного электро­ привода постоянного тока включают усилители с сущест­ венно -нелинейными характеристиками, поэтому боль­ шинство указанных выше методов оказывается неприем­ лемым при решении задач синтеза либо требует значительного усложнения. Кроме того, возможность универсального применения этих методов для различных законов управления исключается. Выбор параметров электропривода для отработки заданных динамических характеристик может осуществляться с помощью АВМ и

^ Ц В М методом поиска оптимальных параметров по вве­ д е н н ы м ограничениям. Идея этого метода базируется на Множественном анализе при изменении параметров и выборе из семейства решений одного — удовлетворяюще­ го поставленным требованиям. Синтез параметров ме­ тодом множественного анализа упрощает некоторые эта­ пы проектирования, однако требует применения вычис­ лительных м-ашин с большой разрешающей способ­

ностью.

В предлагаемой книге основное внимание уделяется вопросам применения АВМ для решения задач синтеза параметров цепей управления по заданным динамиче­ ским и статическим характеристикам, а также их ана­ лизу. В основу синтеза положено определение парамет­ ров усилителей, цепей и сигналов управления, при кото-

5

рых автоматизированный электропривод имееі заданную динамическую (либо статическую) характеристику. Реализация полученных решений осуществляется с по­ мощью выбора соответствующих характеристик усили­

При синтезе на АВМ по заданой динамической ха­ рактеристике определяется закон изменения сигнала управления. Структурную схему такого решения назовем м о д е л ь ю с и н т е з а э л е к т р о п р и в о д а , в отличие от модели электропривода, на которой исследуется пове­ дение выходной координаты привода при известном за­ коне управления. Такая модель позволяет получить раз­ личное сочетание сигналов обратных связен и последо­ вательно синтезировать параметры каждой из них, что создает возможность выявления оптимальной структуры нелинейных обратных связен. При этом функции гибких обратных связей ограничиваются стабилизацией систе­ мы, а их параметры рассчитываются с помощью извест­ ных методов теории автоматического регулирования после синтеза цепи обратной связи по выходной коорди­ нате 'для максимальных коэффициентов усиления звень­ ев системы [Л. 8, 9, 11].

Рассматриваемый метод синтеза позволяет использо­ вать для решения задач наиболее простые и доступные широкому кругу специалистов АВМ типа МНБ-1, МН-18 и МН-7. Математическое моделирование делает анало­ говый метод синтеза в достаточной мере универсальным-, Вместе с тем ряд решений не может быть точным (прц# широких пределах изменения динамических и статиче­

ции располагают обширным парком ЦВМ различных типов с большим объемом памяти, которые позволяют решать задачу синтеза любой сложности. Каждая из этих машин имеет свои коды. Поэтому для сохранения общности в книге рассматриваются только типовые ал­ горитмы и составляются типовые программы синтеза, от

6

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОБЪЕКТЫ И ЗАДАЧИ СИНТЕЗА

1-1. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Автоматизированный электропривод постоянного то­ ка можно рассматривать как совокупность следующих элементов:

1)электродвигателя, к валу которого приведены мо­ менты инерции механической передачи и производствен­ ного механизма и момент сопротивления, характеризую­ щий особенности производственного механизма;

2)преобразователя (электромашинного, магнитного либо вентильного), питающего двигатель со стороны яко­ ря и обмотки возбуждения;

3)усилителей (электромашинных, магнитных, элек­ тронных, полупроводниковых), управляющих преобразо­ вателем;

4)элементов обратных связей, включающих датчики сигналов управления.

На рис. 1-1 показаны структурные схемы, применяе­ мые для управления двигателем со стороны якоря. Схе­ мы для управления возбуждением двигателя аналогичны.

управляющего усилителя. Обычной является комбинация жесткой и гибкой обратных связей (ГОС) по напряже­ нию преобразователя и жесткой обратной связи по току.

теля. В ряде случаев жесткая обратная связь по напря­ жению может быть заменена обратной связью по скоро­ сти ю электродвигателя Д.

В схему рис. 1-1,6 введены управляющий усилитель (УУ) и автономная обратная связь, охватывающая этот усилитель ("а . у ) и обеспечивающая форсирование пере-

8

Рис. 1-1. Структурные схемы электропривода.