1.2. Элементы систем автоматического управления электроприводами[1, 9]
Элементы, из которых состоит электропривод, разнообразны. К ним в первую очередь относятся:
электрические машины, трансформаторы, преобразователи (чаще всего полупроводниковые), усилители (электронные, электромашинные, магнитные и др.), датчики, тахогенераторы, электрические аппараты, бесконтактные логические элементы, элементы универсальной блочной системы регулирования (УБСР), комплекс технических микропроцессорных средств микроДАТ и др.
1.3. Системы автоматического управления регулируемого электропривода [9]
Эти системы (САУ
РЭП) обеспечивают стабилизацию скорости
и момента ЭД с заданной точностью. Они
представляют замкнутые СУ с питанием
ЭД от управляемых преобразователей
напряжения и частоты. Такие системы
называются еще системами «управляемый
преобразователь – двигатель» (УП-Д).
Они обеспечивают стабилизацию скорости
как основной регулируемой координаты,
так и вспомогательных координат, при
этом ошибка стабилизации достигает
.
Стабилизация момента обычно используется
для ограничения тока в динамическом и
статическом режимах.
Системы стабилизации скорости и момента подразделяются:
- по роду тока или типу двигателя и преобразователя на системы ЭП постоянного тока и системы ЭП переменного тока;
- по принципу действия на непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые);
- по принципу регулирования на статические и астатические;
- по структуре на системы с суммирующим усилителем и с подчиненным регулированием координат.
В качестве УП для электродвигателя ЭП используются обычно вентильные преобразователи на тиристорах или транзисторах. Наибольшее распространение получили тиристорные ЭП, в которых используются тиристорные реверсивные или нереверсивные преобразователи. Такие преобразователи применяются как для питания обмоток якоря, так и для питания обмоток возбуждения в приводах большой мощности. В ЭП переменного тока применяются частотные преобразователи и регуляторы напряжения.
1.4. Анализ и синтез систем автоматического управления электроприводами
Общие задачи анализа - исследование САУ ЭП с целью выявления статических и динамических режимов работы. Задача синтеза - нахождение параметров, структур управления и реализаций создаваемых или реконструируемых САУ ЭП.
Реальные САУ ЭП являются нелинейными. При анализе и синтезе прежде всего стремятся линеаризовать нелинейные системы обычными методами, превратив их в линейные, подчиняющиеся принципу наложения и описываемые линейными дифференциальными или разностными уравнениями с применением функции времени или их изображений.
Известно, что, кроме обычных, существуют методы параметрической, статистической и комбинированной линеаризации, которые приводят к упрощениям САУ ЭП, но не обязательно к линейным системам.
Обычно используют следующий порядок синтеза линейных САУ ЭП:
Составляется техническое задание;
Составляется система дифференциальных, разностных и алгебраических уравнений, описывающих все выбранные элементы и связи как линейные, так и нелинейные (проще выглядят записи в изображениях);
Находятся схемы и параметры САУ ЭП исходя из алгебраических уравнений статики. Выбираются жесткие обратные связи (ОС), коэффициенты передачи и усиления, а также источники питания;
Проводится линеаризация характеристик элементов обычными методами (если нет данных для линеаризации гармоническим или статистическим методом);
Выполняется синтез САУ ЭП в линейном представлении с выбором корректирующих элементов и гибких ОС. Определяются динамические параметры системы;
Математическое описание уточняется по результатам синтеза;
Строятся заданные переходные процессы с учетом реальных нелинейностей, выявляется допустимость ошибок.
Если линеаризация САУ невозможна, используются методы нелинейной теории. Исследование динамических свойств линейных (линеаризованных) систем может производиться также с помощью передаточных функций (ПФ) отдельных звеньев и систем в целом.
Для удовлетворения заданным динамическим свойствам в систему включают последовательные или параллельные корректирующие звенья, параметры и вид которых определяется приемами синтеза систем. Для синтеза линейной САУ ЭП может быть использован метод логарифмических частотных характеристик. При кусочно-линейной аппроксимации нелинейных характеристик синтез систем проводится на всех линейных участках и используемое корректирующее устройство должно удовлетворять требованиям всех участков характеристик системы.
Если нелинейную систему можно разделить на линейную часть и безынерционный нелинейный элемент, то амплитуда автоколебаний и их частота определяются методом гармонического баланса. Для исследования динамических свойств систем, переходные процессы в которых описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, применяются графоаналитические и специальные методы (метод фазовой плоскости, метод приращений ...).