книги из ГПНТБ / Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР

С Е В Е Р О - З А П А Д Н ЫЙ ЗАОЧНЫЙ П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К И Й И Н С Т И Т У Т

В. А. А Н Д Р Ю Щ Е Н К О

Одобрено Редсоветом СЗПИ 15 февраля 1973 г.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ

ЭЛЕКТРОПРИВОД СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

У Ч Е Б Н О Е П О С О Б И Е

ЛЕНИНГРАД 1973

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 0636, изучающих курс «Автоматизи­ рованный электропривод систем управления».

В пособии рассмотрены принципы построения автоматизированного электропривода систем уп­ равления и вопросы проектирования электропри­ водов с замкнутой цепью управления.

Учебное пособие может быть рекомендовано также и для студентов других специальностей, за­ нимающихся проектированием и расчетом систем автоматического управления.

•-•••J. С С С Р

Ч И Т А Л Ь Н О Г О З А Л А

В Л А Д И М И Р А Н У Ф Р И Е В И Ч А Н Д Р Ю Щ Е Н К О

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

У Ч Е Б Н О Е ПОСОБИЕ

©— Издание Северо-Западного заочного политехнического института, 1973 г,

П Р Е Д И С Л О В И Е

Одной из основных задач на пути технического прогресса яв­ ляется максимальная автоматизация и механизация производст­ венных процессов. Основным энергетическим звеном автоматиза­ ции и механизации служит электропривод. • •

Современные автоматизированные электроприводы' систем уп­ равления технологическим оборудованием представляют собой сложные динамические системы. Сложность их.обусловлена высо­ кими требованиями к производительности и точности работы элек­ троприводов, а также разнообразием выполняемых ими функций.

Особенности конкретных технологических процессов обусло­ вили появление многочисленных и разнообразных систем управле­ ния электроприводами. Но, независимо от назначения, электропри­ воды системы управления обычно строятся на определенных принципах и общих положениях с использованием типовых эле­ ментов, устройств и их комбинаций.

При проектировании современных высококачественных электро­ приводов с замкнутой цепью управления находят применение раз­ личные методы анализа и синтеза, разработанные в теории автома­ тического регулирования. В настоящее время наиболее широкое распространение получили частотные методы исследования замкну­ тых систем электроприводов, на .основе которых разработаны удоб­ ные инженерные способы синтеза корректирующих цепей и при­ ближенного построения переходных процессов в линейных автома­ тических системах. В последнее время частотные методы стали использоваться для исследования нелинейных, импульсных и цифро­ вых автоматических систем.

Таким образом, помимо простоты одним из основных достоинств частотных методов является их универсальность. В пользу приме­ нения частотных методов говорит также и то обстоятельство, что исходные данные для анализа системы (в виде частотных характе­ ристик) могут быть получены не только расчетным, но и экспери­ ментальным путем. Инженерная методика расчета следящих при­ водов, излагаемая в настоящем пособии, также базируется на ча­ стотных представлениях.

Материал учебного пособия разделен на два раздела. В первом разделе рассматриваются основные принципы построения автома­ тизированных электроприводов систем управления. Во втором раз­ деле даны основы проектирования замкнутых систем автоматизи­ рованного электропривода, а также изложены основные не­ линейности, присущие электроприводу, и их влияние на динамику системы.

Р а з д е л первый

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

§ 1. ОСНОВНЫЕ Ф У Н К Ц И И У П Р А В Л Е Н И Я Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д А М И

Электропривод представляет собой систему, состоящую из трех основных звеньев:

1) электродвигателя, который преобразует электрическую энергию в механическую;

2)редуктора, с помощью которого преобразовывают и передают механическую энергию от электродвигателя к исполнительному механизму;

3)аппаратуры управления.

Различают р у ч н о е и а в т о м а т и ч е с к о е управление электроприводами. Автоматическое управление может осущест­

двигатель; Р — редуктор; ИМ — исполнительный механизм), либо по з а м к н у т о й схеме (рис. 1,6).

Помимо основной цепи регулирования в замкнутой системе ав­ томатизированного электропривода часто применяются дополни­ тельные цепи, осуществляющие коррекцию статических и динами­ ческих характеристик электропривода. На рис. 1, в представлена схема электропривода, содержащего две дополнительные цепи об­ ратной связи. Первая цепь обратной связи осуществляет подачу сигнала с выхоДа Л У на ПУ, вторая — подачу сигнала с выхода Дв на АУ с помощью тахогенератора ТТ.

Разомкнутые системы автоматизированного электропривода ха­ рактеризуются отсутствием автоматического корректирования те­ кущего значения регулируемой величины при отклонении ее от заданной. Эти системы используются для управления пуском и торможением электродвигателей, для обеспечения последователь-

4

ности работы различных элементов автоматических устройств и т. п. В более сложных случаях разомкнутые системы могут применяться для программного управления каким-либо технологическим про­ цессом.

Следует отметить, что точность выполнения заданного режима

Замкнутые системы автоматизированного электропривода ха­

изадающей величинами назы­

и частоты. Электрический сигнал задается с помощью каких-либо электромеханических устройств (потенциометров, тахогенераторов, сельсинов и т. д.), которые, как правило, имеют задающую ось. Следовательно, разность между регулируемой и задающей величи­ нами можно определять как угол (или производные этого угла) рассогласования задающей и исполнительной осей системы электро­ привода.

В зависимости от характера задающего воздействия замкнутой системы различают: 1) электропривод стабилизированной скорости; 2) электропривод программного управления; 3) следящий элек­ тропривод.

При автоматической стабилизации регулируемой величины за­ дающее воздействие представляет собой постоянную величину, в системах программного управления — известную функцию вре­ мени и в следящих электроприводах — неизвестную функцию вре­ мени. Следовательно, следящие системы яв'ляются наиболее общим типом замкнутых автоматизированных электроприводов.

В замкнутых системах электроприводов точность выполнения заданного режима работы значительно выше, чем в разомкнутых. Она зависит от степени астатизма системы.

5

Современные автоматизированные электроприводы систем уп­ равления технологическим оборудованием выполняют чрезвычайно разнообразные операции.

К основным функциям автоматизированного электропривода можно отнести:

1)пуск и торможение электродвигателя;

2)реверсирование электродвигателя;

3)остановку электродвигателя как в произвольном положении, так и в строго определенном;

4)регулирование скорости вращения;

5) отработку заданных угловых или линейных перемещений;

6)блокировку, обеспечивающую согласованную и безопасную работу отдельных механизмов в определенной последовательности;

7)защиту электроприводов от ненормальных и аварийных ре­ жимов;

8)сигнализацию о состоянии объектов, неисправностей отдель­ ных элементов, количестве выпущенной продукции и т. п.;

9)синхронизацию движения отдельных элементов технологи­ ческого оборудования;

10)слежение за определенными и случайными сигналами, по­ даваемыми на вход системы.

Взависимости от производственных требований в электропри­ воде может быть совмещено одновременно несколько функций. Это вызывает усложнение схем автоматизированного электропривода. Однако повышение производительности и точности выполнения технологических операций полностью их окупает.

§ 2. СПОСОБЫ НАЧЕРТАНИЯ СХЕМ А В Т О М А Т И З И Р О В А Н Н Ы Х Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В

Для построения схем автоматизированного электропривода при­ меняют в различных сочетаниях самые разнообразные устройства и элементы. Эти устройства и элементы могут быть электрическими (электронно-полупроводниковые усилители, сопротивления, кон­ денсаторы и т. д.), электромеханическими (электродвигатели, элек­ тромашинные усилители, реле и т. д.) или механическими (редук­ торы, фрикционные муфты и т. д.). Принцип действия, конструкции и основные технические данные этих устройств и элементов изла­

в виде «развертки». В этом случае элементы каждого устройства или

6

7

8

9