Глава 7 Взаимосвязанные системы управления электроприводами

7.1 Основные положения по организации взаимосвязанных систем управления электроприводами

К взаимосвязанным системам электропривода относятся мотал­ки прокатных станов, накаты продольно-резательных станков, испы­тательные стенды механических трансмиссий вертолетов и других аппаратов. Все они представляют собой автоматические системы регулирования различных переменных (скорости, натяжения, э. д. с, момента и т. д.), связанные между собой различного типа упругими связями объединенные в сложную систему, выполняющую одну целевую функцию. Было установлено, что для комплексных исследований сложных электромеханических систем наиболее общей и целесообразной фор­мой математического описания являются нормированные деталированные структурные схемы (НДС) с обобщенными параметрами в виде базовых постоянных времени и нелинейных статических ха­рактеристик. Правила направленного нормирования линейных и нелинейных структур позволяют получить критериальную форму структурных моделей с минимальным количеством звеньев и коэф­фициентов передачи. Сравнительный анализ эффективности структурно-матричных и структурно-машинных методов при оптими­зации взаимосвязанных систем электропривода позволил наметить рациональные области их применения, а именно:

структурно-матричные методы позволяют проще отыскать усло­вия автономности и осуществить синтез устройств компенсации влияния локальных систем друг на друга; они особенно удобны в том случае, когда к одной из локальных систем предъявляются повышенные требования к показателям качества с целью получения количественных оценок взаимного влияния локальных систем и оцен­ки «слабости» перекрестных связей. В этих случаях целесообразно применять интегральные и частотные критерии взаимосвязи;

структурно-машинные методы позволяют эффективнее осуществ­лять оптимизацию взаимосвязанных нелинейных структурных моде­лей типа НДС н получать оптимальные настройки регуляторов, обес­печивающих реализацию различных критериев качества всей системы в целом (без соблюдения и даже с сознательным нарушением усло­вия автономности локальных систем); разработку адекватной модели и оптимизацию сложных структурных моделей в этом случае целе­сообразно проводить с использованием теории многофакторного пла­нируемого эксперимента.

В настоящее время степень взаимосвязи оценивается прибли­женно в основном по значительному различию частот среза локаль­ных систем.

Если степень взаимосвязи превосходит допустимую по условиям работы, то осуществляется синтез перекрестных связей, обеспечи­вающих автономность систем, или изменяются настройки локальных систем.

Синтез автономных систем осуществляется путем введения кор­ректирующих перекрестных связей между регуляторами. Параметры этих связей определяются из условия получения диагональности пе­редаточной матрицы замкнутой системы электропривода. Необходимая степень приближения реальных компен­сирующих связей к идеальным и степень автономности оцениваются с помощью критерия взаимосвязи.

Проблемой, ограничивающей качество оптимизации сложных систем, является наличие в них изменяющихся во времени параметров, таких как моменты инерции накатов, ко­эффициенты передачи токового контура при переходе из непрерыв­ного в прерывистый режим работы, коэффициенты демпфирования упругих звеньев и т. д. В некоторых работах задачи самонастройки локальных систем возлагаются на цифровую ЭВМ, управляющую технологическим процессом. Более перспективным направлением представляется возможность сохранения оптимальной настройки сложной системы путем организации локальных адаптивных конту­ров управления для электромеханических объектов с существенной параметрической нестационарностью. Такие адаптивные унифициро­ванные устройства по существу являются внутренними локальными мини-ЭВМ, не зависящими от деятельности основной цифровой ЭВМ АСУ ТП или системы комплексной автоматизации.

Наиболее эффективные пути построения адаптивных контуров электромеханических систем следующие:

-для электроприводов с многопараметрической нестационар­ностью и ограниченными возможностями получения информации о динамическом состоянии системы путем применения быстродей­ствующей адаптивной системы управления с эталонной моделью, комбинированной (параметрической и сигнальной) самонастройкой и стационарным устройством идентификации;

-для систем с преобладающей нестабильностью коэффициента передачи контура путем применения адаптивного однопараметриче­ского регулятора САУ переменной структурой с аналоговыми вхо­дом и выходом.

Как показал сравнительный анализ объема априорной неопре­деленности объектов в системах электропривода, адаптивное управ­ление целесообразно организовать в виде дополнительных унифици­рованных самонастраивающихся контуров. Анализ факторов неста­ционарности объектов регулирования ука­зывает на две группы нестационарных параметров: быстро меняю­щиеся с ослабленной чувствительностью к динамике системы и отно­сительно узкими промежутками изменений и медленно меняющиеся со значительным влиянием на динамику системы и широкими про­межутками изменений. Это определило структуру адаптивных кон­туров с комбинированной самонастройкой, в которой сигнальная самонастройка подавляет действие нестационарности параметров первой группы, а параметрическая самонастройка — действие неста­ционарности параметров другой группы. Контур сигнальной само­настройки действует непосредственно на вход адаптируемой системы и в своем составе не содержит элементов с памятью. Поэтому его отработка практически мгновенна. Контур параметрической самона­стройки действует на параметры регулятора скорости и должен иметь предельное быстродействие. После сравнения градиентного алгоритма параметрической самонастройки с алгоритмом, вырабо­танным прямым методом Ляпунова, предпочтение отдается послед­нему. Объединенный алгоритм комбинированной самонастройки отличается высоким быстродействием по перестройке параметров регулятора и сообщает исходной системе улучшенную отработку не­параметрических возмущений.

Адаптивные системы электроприводов с много­параметрической нестационарностью представляют не только тео­ретический, но и практический интерес и могут найти применение при проектировании электроприводов высокопроизводительных ме­ханизмов, например реверсивных прокатных станов, а также систем повышенной точности.