7.3 Классификация, структура и синтез многодвигательных систем управления электроприводами (мэп)

При построении САУ можно выделить три способа: подчиненное регулирование, модальное и оптимальное управление. Системы подчиненного регулирования относятся к системам рационального управления; в ряде случаев такое управление по своим результатам близко к оптимальному, а техническая реализация значительно проще. Системы модального управления, получившие известное распространение в последние годы обеспечивают сравнительно высокое качество динамики МЭП. Системы оптимального управления используют обычно, когда необходимо достижение экстремальности некоторого показателя функционирования МЭП. 3а прошедшее время основное распространение получили аналоговые САУ. Наряду с высокими динамическими показателями они обладают известными недостатками (малая статическая точность, низкая помехоустойчивость, трудности сопряжения с АСУТП и др.). Поэтому естественным является внедрение в практику цифро-аналоговых САУ с применением микропроцессорной техники. Диалектика развития цифро-аналоговых систем подчиненного регулирования представлена на рисунке 7.2, где приняты обозначения РН, РС, РЯ, ДН, ДС,ДЯ — соответственно регуляторы и датчики натяжения обрабатываемого материала, скорости двигателя и тока якоря; ПЧН—преобразователь частота — напряжение; МП — микропроцессор; Σ — сумматор сигналов; ЦАП, АЦП—цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи; ЦСУ ТП— цифровая система управления тиристорным преобразователем.

а)

б)

в)

г)Рисунок 7.2 - Функциональные схемы цифро-аналоговых систем подчиненного регулирования

Применение в схеме (рисунок 7.2,а) импульсного ДС дало возможность .повысить статическую точность САУ. Введение (рисунок 7.2,б) цифрового сравнения сигналов z_з,с.—z_д,спозволило устранить ряд других недостатков непрерывных систем. Для реализации адаптивных алгоритмов управления РС может быть выполнен с помощью МП (рисунок 7.2,в). Дальнейшим развитием микропроцессорного управления является прямое цифровое управление ТП (рисунок 7.2,г), требующее применения быстродействующих МП. Выбор рациональной структуры цифро-аналоговой САУ определяется предъявленными требованиями, характером нестационарности объектов управления и возможностями технической реализации компонентов системы.

Базовые структурные модели электромеханических объектов управления и композиция алгоритмов функционирования МЭП.

Электромеханические объекты управления современных технологических линий по обработке полосовых материалов имеют достаточно сложную структуру, но состоят из ряда типовых узлов электрической и механической частей. Это дает возможность осуществить декомпозицию алгоритмов функционирования МЭП в виде математических моделей базовых блоков, учитывающих заданное множество режимов работы и содержащих достаточно полную информацию о характеристиках объектов в общем случае сочетания параметров.

С помощью нормированных структурных схем можно произвести композицию алгоритмов функционирования МЭП линий при условии наложения ограничений в виде детерминированности структур (кинематики) приводов. Способ блочного построения структурных моделей электромеханических объектов управления позволяет существенно упростить процесс разработки математического описания сложных нелинейных систем.

Для эффективного применения структурных методов анализа и синтеза систем целесообразно перейти к эквивалентным моделям. При этом критерием эквивалентирования является сохранение в модели информации о существенных свойствах реальной системы в рассматриваемом режиме работы.

Можно указать следующие уровни эквивалентирования МЭП:

-приведение многомассовых механических объектов с упругими связями первого и второго родов к линеаризованным двух- или трехмассовым структурам;

-приведение локальных МЭП секций с упругими связями первого рода к эквивалентным жестким системам;

-выделение в МЭП с упругими связями второго рода эквивалентных САУ скоростью и натяжением.

Важным моментом является эквивалентирование цифро-аналоговых САУ скорости, имеющих определенные значения дискретности по времени То и уровню , а также некоторую суммарную инерционность непрерывной части Т_Σ1. При оптимизации динамики САУ скоростью чаще всего применяют типовые настройки—оптимум по модулю и симметричный оптимум. Проведенные исследования показали, что цифро-аналоговые САУ скоростью адекватны непрерывным линейным системам придля оптимума по модулю,для симметричного оптимума, придля обеих настроек. Полученные соотношения устанавливают границы применимости непрерывных методов исследования систем.

Способы оптимизации САУ МЭП.

В общем случае задача оптимизации МЭП поточных линий является многокритериальной и должна решаться применительно как к локальным, так и к многосвязным системам. Комплекс критериев качества МЭП базируется на предъявляемых требованиях и включает следующие основные позиции:

- обеспечение соответствующих статических и динамических характеристик систем при управляющих и возмущающих воздействиях (в том числе параметрических) в заданном множестве режимов, т. е. выполнение условий

где — допустимые по условиям технологии отклонения скоростей секций и натяжения материала в статике в динамике;

t_р.т—требуемое время регулирования;

- подавление упругих колебаний первого и второгорода, что выполняется при запасе ЛЧХ системы по модулю или фазе

на частоте соответствующего резонанса;

- обеспечение заданного распределения нагрузок двигателей многоприводных секций

,

— уравнительный момент между рабочими валами секции.

Решение многокритериальной задачи может быть выполнено способом ступенчатой оптимизации, обеспечивающим ее поэтапное решение. При этом каждый последующий шаг выбирается на основании результатов предыдущего этапа, а процесс оптимизации заканчивается тогда, когда совокупность характеристик системы будет соответствовать заданным критериям качества. Можно выделить следующие ступени оптимизации САУ:

- настройка параметров регуляторов;

- перестройка параметров (структуры) регуляторов с введением дополнительных средств последовательной или параллельной коррекции, предназначенных для оптимального подавления упругих колебаний;

- введение инвариантных каналов по основным возмущениям;

- введение дополнительных связей и подсистем для автоматического распределения нагрузок двигателей в многоприводных секциях агрегатов;

- включение в многосвязные (нелинейные) системы корректирующих устройств с целью обеспечения требуемого качества работы приводов в определенных режимах.

На рисунке 7.3 представлен алгоритм ступенчатой оптимизации САУ натяжением. Наличие этапов настройки линеаризованной и нелинейной систем обусловлено разнообразием режимов работы агрегата (постоянство скорости, пуск, торможение).

Рисунок 7.3 - Алгоритм ступенчатой оптимизации САУ натяжением

Для САУ натяжением оконечных секций (раскатов, накатов) характерна широкая вариация электромеханических параметров, которая обусловлена как процессом размотки (намотки) рулона, так и изменением скорости агрегата. Поэтому оптимизация САУ натяжением должна быть выполнена в плоскости режимов, ограниченной опорными точками (начало—конец перемотки, нижняя— верхняя скорость).

После оптимизации выделенных систем переходят к синтезу алгоритмов управления группой САУ натяжением (или САУ скоростью) на базе иерархической структуры микропроцессорного управления многодвигательным ЭП технологической линии.