27. Общий подход к проектированию суим. Основные этапы исследования и проектирования суим.

1. К основным задачам исследования СУЭП (функциям НИР) относят:

– определение адекватной объекту управления (ОУ) его математической модели (ММ);

– формулирование цели управления, т.е. критериев качества управления;

– синтез структуры СУ ЭП (задача структурного синтеза СУ ЭП), т. е. установление оптимальных (рациональных) элементов устройства управления и взаимосвязей между ними;

– синтез параметров СУ ЭП (задача параметрического синтеза СУ ЭП), т. е. определение оптимальных (рациональных) параметров устройства управления.

Математическое описание:

1. Временная форма. – ОДУ, вектороно-матричные системы, разностные ур-я,

2. Операторная форма. – операторные ур-я, передаточные функции для непрерывных СУИМ «Р» (Лапласа), - операторные ур-я дискретной операторной функции «Z» для дискретной СУИМ.

3. Частотная форма. – частотные характеристики ЛАЧХ, ФЧХ, - диаграммы.

Электродвигатель постоянного тока(ДПТ) представляет собой объект управления, регулируемый, в общем случае, по цепям якоря и возбуждения [4]. Функциональная схема и схемы замещения электродвигателя приведены на рис. 4.2.

а) б)

в)

г)

Рис. 4.2. Функциональная схема (а) и схемы замещения(б, в, г) электродвигателя постоянного тока

Применяя декомпозицию ДПТ, нетрудно заметить, что в его структуре имеются три основных подсистемы или цепи (см. рис. 4.2б, 4.2в, 4.2г):

- цепь якоря, питаемая регулируемым напряжением U_я;R_э,L_э,

- цепь возбуждения, питаемая регулируемым напряжением U_в;R_в,L_в,

- электромеханическая цепь, обеспечивающая преобразование электромагнитной энергии в энергию вращения вала ротора.

Пусть электродвигатель регулируется только по цепи якоря(напряжение возбуждения, а, следовательно, и). Тогда математическая модель электродвигателя примет вид.Дифференциальные уравнения.

, (4.26)

.

Математическая модель в виде (4.26) описывает ДПТ как линейный объект 2-го порядка.

Для перехода от дифференциальных уравнений (4.26) к операторнымуравнениямпроизведем замену. Тогда получим

, (4.27)

.

По операторным уравнениям (4.27) составим структурную схему электродвигателя, приведенную на рис. 4.4.

Рис. 4.5. Структурная схема ДПТ, регулируемого по цепи якоря

Как видим, структурная схема ДПТ, регулируемого по цепи якоря, содержит 4 типовых линейных динамических звена: апериодическое, интегрирующее и 2 безынерционных звена, а также 2 суммирующих звена.

Критерии качества:

1. Быстродействие регулирования:

2. Точность.

3. Прямые оценки качестварегулирования координат электропривода (тока якоря, тока возбуждения, электромагнитного момента, скорости вращения ротора и др.) во временной области. К ним относят: время регулирования, время нарастания регулирования (время первого согласования регулируемой координаты с заданным значением), перерегулирование, временное запаздывание отработки задающего или возмущающего воздействия и т. п.

4. Косвенные оценки качестваСУ ЭП: интегральные, в том числе интегральные квадратичные критерии.

5. Другие критерии: минимаксный, экономический, энергетический и т.д.

Методы синтеза:

- задаются структурой системы (координаты, связи),

- задаются только стуктурой самой системы, подчинены координате. Решает задачи структурно-параметрического синтеза,

- ничем не задаются, кроме критерия качества. Решает задачу параметрической оптимизации.

Анализ СУ ЭПосуществляютв частотной или временной области, что предполагает применение различных форм математического описания элементов СУ ЭП.

Сущность частотных методовисследования СУ ЭП заключается в оценке устойчивости и качества по установившейся реакции системы на гармоническое воздействие различной частоты (оцениваются изменение амплитуды и фазовый сдвиг выходного сигнала относительно входного).

Сущность временных методованализа заключается в получении прямых или косвенных показателей качества управления по реакции СУ ЭП на типовой тестовый сигнал (обычно в виде единичной ступенчатой функции).

Стадии проектирования, регламентированные ГОСТом.

При разработке СУИМ проектировщик должен руководствоваться: ГОСТ; ОСТ; СП – стандартами предприятий; СНиП; ПУЭ и др.

Формулирование технического задания.

ТЗ разрабатывают на основе исходных требований заказчика.

На основе ТЗ составляется Договор на выполнение НИР и ОКР. Приложением к Договору являются соглашение о договорной цене и калькуляция затрат.

Стадия технического предложения.

В технич. предложении формулируются варианты решения задач оптимизации и указываются ориентировочные цены.

Стадия эскизной разработки.Она содержит: предварительные разработки функц. структуры системы, синтез основных алгоритмов контроля и упр-ия и их экспериментальную проверку. Выбираются технические средства СУ ЭП и дается обоснование выбора, осуществляется сравнительный анализ разрабатываемой системы и ее известных аналогов.

Стадия технического проектирования.

ТП должен содержать окончательные технич. решения, дающие полное представление об устр-ве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации.

Стадия разработки рабочей конструкторской документации (рабочий проект).

Разработка конструкторских документов, к-е предназначены для изготовления и испытания опытного образца изделия, изготовления и испытания установочной серии.

Внедрение и сопровождение технического проекта.