- •Министерство образования России
- •Используемая аббревиатура
- •Введение
- •1. Классификация систем управления электроприводами
- •1. По степени автоматизации функций управления:
- •2. По характеру протекания процессов в су эп и, соответственно, форме математического описания:
- •3. По наличию существенных нелинейностей в су эп:
- •По типу обратных связей:
- •По принципу управления (характеру задач управления):
- •По числу и связности каналов управления:
- •По способу преобразования подводимой энергии:
- •По типу регулируемой локальной координаты:
- •По типу регуляторов, применяемых в устройстве управления:
- •По типу элементной базы устройства управления:
- •2. Обобщенная функциональная схема су эп
- •3. Основные задачи исследования и этапы проектирования
- •3.1. Основные задачи исследования су эп
- •3.2. Основные положения системного подхода при проектировании су эп
- •3.3. Стадии проектирования, регламентированные госТом
- •4. Математические модели элементов су эп
- •4.1. Методы описания и исследования динамических управляемых объектов в частотной и временной области
- •4.2. Уравнение Лагранжа и дифференциальные уравнения электромеханических систем управления (эмсу)
- •4.3. Линеаризация элементов су эп
- •4.4. Двигатель постоянного тока как объект управления
- •4.5. Асинхронный двигатель как объект управления
- •4.6. Электромашинный преобразователь как объект управления
- •4.7. Тиристорные преобразователи как объекты управления
- •4.8. Математические модели датчиков координат су эп
- •4.9. Математические модели регуляторов су эп
- •5. Статические и динамические характеристики су эп
- •5.1. Статика су эп. Коэффициенты ошибок су эп по положению, скорости и ускорению
- •6.2. Динамика су эп. Свободные и вынужденные переходные процессы
- •Общие принципы построения су эп
- •6.1. Релейно-контакторные су эп. Реализация пуско-тормозных режимов су эп постоянного и переменного тока
- •6.1.1. Рксу асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
- •6.1.2. Рксу асинхронным двигателем с фазным ротором
- •6.1.3. Рксу двигателем постоянного тока
- •6.2. Системы стабилизации выходной координаты объекта управления. Типовые методы улучшения динамики су эп
- •В статике, т. Е. В установившихся (квазиустановившихся) режимах функционирования систем стабилизации можно сформулировать два основных тесно взаимосвязанных требования:
- •Динамическую точность систем стабилизации оценивают по величине
- •6.2.1. Форсирование управляющего воздействия.
- •6.2.2. Компенсация больших постоянных времени объекта управления
- •6.3. Системы программного управления. Способы ограничения координат су эп
- •6.3.1. Ограничение координат сау применением дополнительных нелинейных обратных связей.
- •6.3.3. Ограничение координат сау посредством ограничения задающих воздействий. Этот способ ограничения координат нашел широкое распространение в
- •6.4. Следящие системы управления и системы воспроизведения движений. Понятие добротности су эп
- •7. Методы синтеза су эп
- •7.1. Общая постановка задачи синтеза
- •7.2. Типовые регуляторы и корректирующие звенья су эп
- •7.3. Последовательная коррекция су э п частотными методами
- •7.3.1. Коррекция с опережением по фазе
- •7.3.2. Коррекция с отставанием по фазе
- •7.3.3. Коррекция введением интеграторов
- •7.4. Синтез систем с подчиненным регулированием координат
- •7.5. Методика структурно-параметрического синтеза контуров регулирования су эп по желаемой передаточной функции
- •7.6. Синтез оптимальных по быстродействию су эп с апериодической реакцией
- •8. Су эп постоянного тока
- •8.1. Синтез системы регулирования скорости “Тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока”
- •8.1.1. Синтез контура регулирования тока якоря
- •8.1.2. Синтез контура регулирования скорости.
- •Интегрирующей сар скорости при ударном приложении нагрузки на валу электропривода
- •8.2. Синтез системы регулирования скорости “Генератор - двигатель постоянного тока”
- •8.2.1. Одноконтурная сар тока якоря
- •8.2.2. Двухконтурная сар тока якоря
- •8.3. Синтез системы регулирования э.Д.С. Двигателя
- •Для расчета параметров принципиальной схемы пи-регулятора э.Д.С.
- •8.4. Система двухзонного регулирования скорости Применяется в тех случаях, когда требуется обеспечить работу
- •8.5. Системы регулирования положения рабочего органа
- •8.5.1. Сар положения с линейным регулятором
- •Подставляя в это соотношение выражение для Kрп в режиме средних перемещений получим
- •8.6. Следящие системы управления электроприводами
- •8.6.1. Добротность сау, синтез инвариантных сау по отношению к задающим и возмущающим воздействиям
- •8.6.2. Типовые структуры следящих электроприводов
- •9. Су эп переменного тока
- •9.1. Способы управления асинхронным двигателем
- •9.2. Силовые преобразователи, применяемые для управления асинхронными электродвигателями
- •9.2.1. Преобразователи частоты с автономным инвертором напряжения
- •9.2.2. Преобразователи частоты с автономным инвертором тока
- •9.2.3. Преобразователи частоты с непосредственной связью с сетью
- •9.3. Су эп со звеном постоянного тока
- •9.3.1. Система частотного управления ад с iR- компенсацией
- •9.3.2. Система частотно-токового управления ад
- •10. Дискретные и дискретно-непрерывные сау
- •10.1. Дискретизация сигналов и z-преобразование
- •10.2. Дискретные передаточные функции и разностные уравнения
- •10.3. Синтез цифровых систем управления
- •10.3.1. Метод дискретизации аналоговых регуляторов класса “вход - выход”
- •10.3.2. Метод переменного коэффициента усиления
- •10.3.3. Метод синтеза апериодических дискретно-непрерывных сау с регуляторами состояния
- •Синтез свободного движения сау
- •Синтез вынужденного движения сау
7. Методы синтеза су эп
7.1. Общая постановка задачи синтеза
Под синтезом СУ ЭП понимают нахождение ее структуры и параметров, обеспечивающих заданное качество управления при известных входных воздействиях.
Понятие качества СУ ЭП, как уже отмечалось, связано с прямыми или косвенными количественными оценками качества функционирования системы во временной или частотной области (время регулирования, перерегулировние, полоса пропускания, запасы устойчивости по амплитуде и фазе, интегральные квадратичные критерии качества и др.).
На практике задачу синтеза начинают с того, что задают стуктуру и параметры неизменяемой части СУ ЭП. К неизменяемой части СУ ЭП относят объект управления, включающий все технические средства, преобразующие управляющее воздействие в выходную координату (силовые преобразователи энергии, приводы, передаточные механизмы, управляющие органы и др.), а также датчики измеряемых координат, устройства преобразования и передачи информации от объекта к устройству управления.
На предварительном этапе синтеза выбирают элементы объекта управления из числа типовых (серийно выпускаемых) изделий, основываясь на основных условиях его функционирования (временных диаграмм, средних или предельных значений мощности, момента, скорости, ускорения и т. п.). Далее составляется математическая модель объекта управления в той или иной форме, причем учитываются лишь его доминирующие свойства. Если порядок линейного (линеаризованного) объекта управления превышает трех-пяти, его целесообразно разбить на ряд частных объектов или описать упрощенной моделью. При этом используют известные методы декомпозиции сложных объектов, разделения движения объекта на медленные и быстрые движения, методы подобия, эквивалентирования и т. п. Следует отметить, что большинство технических объектов хорошо изучено и их математические модели с разной степенью детализации приведены в научно-технической литературе [3, 4].
После определения неизменяемой части объекта управления переходят к синтезу структуры и параметров устройства управления. При этом используют несколько подходов.
Первый подход базируется на задании конкретной структуры устройства управления (структуры регулятора или корректирующего устройства – в случае одноконтурной системы). Как правило, задаются типовыми регуляторами класса “вход-выход” (например, пропорционально-интегральными) или простейшими корректирующими звеньями (например, реальными пропорционально-дифференцирующими корректирующими звеньями). Корректирующие звенья обычно размещают последовательно с объектом управления (в прямом канале регулирования), однако в ряде случаев хороший эффект дает установка их в канале обратной связи или на входе системы. Качество системы управления задают в виде требований к статической точности и оценок качества переходного процесса или частотных свойств СУ ЭП (времени регулирования, перерегулирования, полосы пропускания замкнутого контура регулирования и др.). Далее решается задача расчета параметров устройства управления (параметрического синтеза), удовлетворяющего требованиям к статике и динамике замкнутой СУ ЭП.
Второй подход основывается на составлении структурной схемы системы управления без задания собственно структуры регуляторов: выбирается число контуров регулирования, их соподчиненность, расположение регуляторов в структуре устройства управления и др. В основе подхода - избранные принципы управления и требования к статическим и динамическим показателям системы. В частности, при синтезе систем управления роботами часто используют кинематическую развязку движений и принцип автономного управления координатами линейных и угловых перемещений схвата манипулятора. При синтезе систем управления электроприводами доминирует принцип подчиненного регулирования координат (вложенных друг в друга контуров регулирования) и принцип последовательной коррекции динамических свойств контуров. Таким образом, при таком подходе последовательно решаются задачи структурного и параметрического синтеза регуляторов.
Третий подход основан на синтезе оптимальных СУ ЭП в смысле заданного критерия качества управления при заданных ограничениях на ресурсы управления. При таком подходе задается формальный критерий качества, например интегральный квадратичный функционал, и решается задача его минимизации или максимизации. Результат синтеза – структура и параметры устройства управления (регулятора – в одноконтурных системах), удовлетворяющих требуемому качеству управления. Этот подход применяется при синтезе СУ ЭП методом аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР), синтезе модальных регуляторов состояния, апериодических регуляторов состояния и т. п.
Системы управления, синтезированные на основе двух первых подходов, часто называют системами со стабилизируемыми показателями качества управления. Системы управления, синтезированные на основе третьего подхода, называют системами с оптимизируемым показателем качества управления.