Сетевые средства систем управления электроприводами реферат
Обновлено: 02.07.2024
автоматического управления ( САУ ), которая может входить в состав более сло жной САУ .
Эти системы должны собирать информацию о ходе технологического процесса ,
обработать ее на основании заданного алгоритма , вырабатывать и выдавать управляющие
воздействия на устройство , обеспечивающее целесообразный ход технологического
Интенсификация технологического прогресса в различных отраслях промышленности
связана с усложняющейся технологией производства , с повышением требований к качеству
продукции при более сложных процессах технического изготовления , что привело к
большому количеств у разнообразных систем упр авл ен ия электроприводами . В связи с этим
возникает необходимость их классификации , позволяющая более рациональное их изучение .
Системы управления различают по назначению : поддержания постоянства
регулируемой переменной , системы программного у правления и следящие системы . Эта
классификация относится к замкнутым системам . Она не включает в себя простейших
систем и не учитывает систем , обеспечивающих оптимизацию , самонастройку и
Системы управления различают по роду аппарату ры : релейно - контакторные , с
электромашинными усилителями , с магнитными усилителями , с электронными и
полупроводниковыми преобразователями . Это не всегда уд обн о , т . к . современные системы ,
имеющие аппаратуру , могут строиться по одинаковым принципам и будут меняться при
Наиболее целесообразно группировать СУЭП по тем основным функциям , которые
они выполняют в производственном процессе . Требования производства к СУЭП могу т быть
для технологических комплексов , выполняющих различные операции при обработке
Требования производства лежат в основе фу нкций , которые выполняются САУ .
Простые функции соответствуют простым требованиям , более сложные – более сложным
Группирование систем по основным функциям довольно сложно при изучении
систем у правления , то классификация их по основным фу
целесообразной и с методической точки зрения . В данном случае каждый класс системы
отличается от других классов структурной схемой , принципами действия , способами
построения , а также своими расчетами и типовыми схемами .
Кроме основных функций , выделяются дополнительные , каждая из которых вызывает
Далее приводиться описание основных функций , на которые делятся СУЭП . Системы ,
выполняющие сложные функции , могу т выполнять и более простые . Одна ко необходимо
следить , чтобы более простым функциям на практике соответствовали и более простые
Свойства всякой системы описываются ее связями с окружающей средой , ее
структурой , т . е . элементами системы и их взаимосвязями , а также работой системы .
На рисунке 1.1 показана связь СУЭП с окружающей средой и ее типовая структура .
Следовательно , электропривод - электромеханическое устройство , посредством
которого приводятся в движение рабочие органы машин , и обеспечивает ся управле ние
энергией , преобразованной из электрической в механическую .
Руч ное управление осуществляется при помощи простейших коммутационных
аппаратов путем непосредственного воздействия на них оператора ( человека ).
Автоматическое управление происходит без непосредственного участия человека , который
может давать лишь первый командный импуль с на выполнение определенного режима
привода и контролировать его . Но и первый командный импульс может подаваться для
отдельной машины также автоматическими устройствами .
Автоматическое управление ЭП – выполнение системой уп ра вл ен ия без
непосредственного участия оператора заданного режима работы в статических и
динамических ус лов ия х в соответствии с требованиями производственного процесса .
Совокупность технических средств , обеспечивающих автоматическое управление ,
образуют автоматическое управляющее уст ро йс тв о ( АУУ ).
Рисунок 1.1 – Схема электромеханической системы управления
В основной прямой части системы имеем : КО - командный орган ; ФЧ –
функциональная часть ( может включать электронный блок , в котором идёт обработка и
преобразование обратных связей ); ПУ - промежуточный усили те ль ; М - электрическая
машина ; П - преобразователь ; ТМ - технологический механизм ; 1 - главная обратная связь
( ОС ), жёсткая ; 2-4 - вспомогательные ОС , ( гибкие ); ЭЭ – электрическая энергия ; ОУ - объект
ОУ , П , АУУ в своем взаимодействии можно рассматривать как электромеханическую
АУУ состоит из КО , подающего сигналы упра вле ни я на задание или изменение
режима работы , ФЧ , которая преобразует командные сигналы , формируя требуемый закон
управления и выполняет основную фу нкцию АУУ , ПУ , усиливающего сигнал управления до
требуемого значения управления преобразователем П . Преобразованная ЭЭ в силовом
преобразователе П поступает на электродвигатель М и далее в виде механической энергии
поступает по кинематическим связям на технологическую машину ТМ . Элементы стру ктуры
охвачены обратными связями 1-4 для поддержания или изменения режима работы ТМ .
Режимы работы ЭП определяются величинами , характеризующими движение
рабочего органа технологической машины ( или вала машины ), т . е . скоростью , ускорением ,
углом поворота , моментом , мощностью и т . д . Координата движения должна изменятся по
требуемому закону во времени или в фу нкции другой величины , т . е . регу лироваться . В
реальных СУЭП всегда существуют величины ( возмущающее воздействие или возму щение ),
отклоняющие рег улируемую величину от требу емого закона её изменения . Основным
возмущением в СУЭП обычно является статический момент М
относятся колебание напряжение питающей сети ; нестабильность характеристик элементов
системы ( транзисторов в усилительном режиме ); всевозможные помехи ( по цепи ОС , по
Каждую СУЭП можно рассмотреть как систему , принимающу ю и перерабатывающую
информацию . В зависимости от количества используемых в СУЭП каналов информации и их
структуры различают 3 вида автоматического у правления : по разомкнутому циклу , по
Рисунок 1.2 – Система , работающая по разомкнутому циклу
Рисунок 1.3 – Система , работающая по замкнутому циклу
Рисунок 1.4 – Система , работающая по комбинированному циклу
На схемах ( Рисунки 1.2-1.4) введены следующие обозначения : ПЭ –
- напряжение питающей сети ; У - регулируемая величина ;
m - регулирующее воздействие ; g - сигнал задающей информации ; f
задающий элемент ; СУ - суммирующее устр ой ст во ; УЭ - управляющий элемент ; П - силовой
преобразователь ; М - электрическая машина ; ГОС – главная ОС ; ВОС – вспомогательная
Для систем , работающих по разомкнутому циклу ( Рисунок 1.2) характерно отсутствие
всякого измерения и контроля конечного значения регулируемой величины У .
Регулирующее воздействие от регу лируемой величины не зависит . В этих системах
имеем только один канал информации - канал задания , точность выполнения заданного
режима невелика . Такая система использу ется для пу ска и торможения двигателей ,
В системах упра вл ени я по замкнутому циклу ( Рисунок 1.3) совместно используется
• Канал информации о фактическом значении регулируемой величины y(t) –
Задающая информация сравнивается с информацией обратной связи , определяется
и в зависимости от величины и знака этой ошибки по каналу управления
вырабатывается регулирующее воздействие m (t) на ЭП таким образом , чтобы свести ошибку
к нулю ( или к допустимой величине ), т . е . обеспечить изменение регулируемой величины по
требуемому закону . При этом ни одно из возму щений не измеряется , а их влияние на
регулируемую велич ину воспринимается системой у правления по каналу обратной связи .
Такое управление называется управлением по ошибке , а обратную связь по регу лируемой
величине – главной , отрицательной , жесткой обратной связью . Кроме главной обратной
связи в таких системах применяют вспомогательные обратные связи ВОС ( местные , жесткие
и гибкие ). Действие гибких обратных связей оказывает влияние только в переходных
процессах . Управляющие элементы и вспомогательные элементы СУЭП слу жат для
улучшени я качества процесса управления ( жесткие отрицательные ВОС ослабляют влияние
возмущающих воздействий на элементы , охватываемые ими ). Если система имеет одну
главную ОС - одноконтурная , кроме главной ОС одну или несколько местных ОС , то она
Качество работы системы с ОС значительно выше , чем в разомкн утой системе и их
• В привода х , согласованно работающих органов одного механизма или
• Когда требуется формирование оптимальных процессов пуска , торможения ,
Наиболее совершенными являютс я система , управления по комбинированному циклу
( Рисунок 1.4). Они объединяют разомкнутую и замкнутую системы . К основной замкну той
структуре добавляется разомкнутая структура по каналу информации об основном
В регу лирующем воздействии m (t) постоянно присутств ует составляющая , которая
( инвариантность ) регулируемой величины у (t ) от основного возмущающего воздействия .
Разомкнутая структу ра реализует вид управления по возмущению . Влияние основных
возмущений ликвидирует основная замкнутая структура . СУЭП , имеющая главну ю ОС по
регулируемой величине называют замкнутыми . Иногда регулируемой величиной для ЭП
является выходная координата технологической машины ТМ – Y ро ( уг лов ое перемещение
рабочего органа , температура и т . д .). В этом случае входная цепь главной ОС переносится на
По виду сигналов информации и у правления СУЭП делиться на непрерывные
( аналоговые ) и дискретные ( импульсные , цифровые , релейные системы ). Системы могут
быть статическими ( Δ X ≠ 0) и астатическими ( Δ X =0) по отношению к задающему или
возмущающему воздействию . Все системы , в зависимости от характера уравнений ,
описывающих процессы управления , усло вн о делятся на линейные ( линеаризованные ); и не
СУЭП подразделяют иногда по виду силового преобразователя или основной
• Системы электромашинного управления или системы Г - Д , ЭМУ - Д ;
• Системы тиристорный преобразователь – двигатель ( ТП - Д );
В качестве базовой принята классификация СУЭП по видам управления ,
1. Управление системами пус ка , торможения и реверсирование ЭП ;
2. Поддержание постоянства ( стабилизация ) заданной величины ( скорости ,
3. Слежение за вводимыми в систему произвольно меняющихся входными
4. Отработка заданий программы ( программное упр ав ле ни е );
5. Выбор целесообразных режимов работы ЭП ( адаптивное регулирование );
6. Автоматическое управление комплексами машин и механизмов , определённых
Все СУЭП , выполняющие 1-4 основные фу нкции , относятся к автоматическим
системам регулирования . Адаптивные СУЭП представляют собой кибернетические системы .
Система управления первой группы обеспечивают простейшие операции пу ска ,
остановки , реверсирования двигателя . Скорость двигателя после разгона не регулируется и
определяется естественной механической характеристикой и величиной момента нагрузки
Мс . В данном случае не предполагается применение специальных мер , обеспечивающих
формирование оптимального переходного процесса , так как в динамике возможны
произвольные колебания переменных в широких заданных пределах . Если от механизма
требуется изменение скоростей установившегося движения , то от электропривода требуется
в общем слу чае автоматический пу ск двигателя на любую из заданных скоростей и переходы
с любой из заданных скоростей на любую другую . Предполагается , что каждая скорость
задается соответствующей механической характеристикой двигателя . Автоматич еские
устройства , выполняющие первую функцию довольно просты и допускают прерывистое
управление . Они имеют разомкнутую структуру и представлены на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Система управления , выполняющая первую функцию
Она имеет фу нкциональную часть ( ФЧ ), переключающее ус тройство ( ПУ )
выполняется со ступенчатым переключением резисторов , реакторов , обмоток и других
элементов . Применение находят в ЭП постоянного и переменного тока механизмов
металлообрабатывающей , металлургической и других отраслей промышленности .
Системы управления второй группы автоматически подают задающее воздействие и
поддерживают заданную скорость вращения или другую координату с высокой точностью в
статике и динамике ( ток , скорость , мощность , момент , ускорение )
Рисунок 1.6 – Система стабилизации заданной величины
Система управления является замкнутой и обеспечивает более высокую то чность
поддержания постоянства заданной координаты , чем разомкнутая . Фу нкциональная схема
представлена на рисунке 1.6 и состоит из командного органа КО , системы управления СУ ,
силового преобразователя П и обратной связи по скорости ДС двигателя , сигнал которой
поступает на вход СУ , где происходит сравнение его с заданным :
Сигнал задания определяет требу емое значение установившейся скорости . Так , при
увеличении силового возмущения Мс скорость ω уменьшится . При этом также уменьшится
сигнал обратной связи U осс , возрастает разность сигналов U зс -U осс на входе СУ , что
приведет к у величению у правляющего сигнала U у и напряжения U п . После переходн ого
процесса установится новое значение скорости , несколько меньше прежнего , если СУЭП
статические и равная ему , если СУЭП астатические . В замкну тые СУЭП мог ут входить
различные аппараты управления ( контактные и бесконтактные ), силовые
преобразовательные устройства ( ЭМУ , МУ , тиристорные преобразователи и др .).
Рассмотренные системы применяют при больших диапазонах регулирования , точном
поддержании скорости в ЭП подачи станков точного шлифования , поддержания постоянства
Системы управления третей группы осуществляют слежение за вводимыми в систему
сигналами и предназначены для приводов технологических машин ( ТМ ), которые требуют
слежения , т . е . при заданном движении входного вала , 2- й ( выходной ), вал повторял бы эти
движения с заданной точностью . Функциональная схема и характеристики входных и
выходных величин представлены на рисунке 1.7 и имеет замкнутую структуру с главной
отрицательной связью по углу поворота выходного вала . При помощи датчиков Д 1 и Д 2 в
систему управления поступают сигналы U вх (t) и U вых (t), разность между которыми ( сигнал
ошибки ) поступает на вход усилительного и формирующего элемента УЭ , который
вырабатывает сигнал управления U уп (t) преобразователем П такого знака , чтобы двигатель
М , получающий сигнал от преобразователя , повернул свой вал в направлении , при котором
разность уг ло в ( Θвх - Θвых ) уменьшилась . Данная СУЭП всегда стремиться обеспечить
Электроприводы играют в настоящее время важную роль при решении задач автоматизации во всех отраслях народного хозяйства. Их технические параметры существенно влияют на качество и надёжность автоматизированных технологических процессов.
Развитие силовой электроники и микроэлектроники оказало плодотворное влияние на разработки в области электропривода и автоматики. Современный автоматизированный электропривод включает в себя системы управления и регулирования с высоким уровнем организации и одновременно сам является подсистемой в иерархической структуре автоматизации.
Возросшие требования к скорости и точности, выполняемых электроприводом движений, необходимость обеспечить взаимную связь одновременных движений нескольких рабочих органов машины или ряда агрегатов технологической цепи при оптимальных показателях и заданных ограничениях существенно усложнили функции управления электроприводом.
1. Определение структуры и параметров объекта управления
В состав объекта управления входят широтно-импульсные преобразователи и двигатель постоянного тока 4ПФ112L – 3,55кВт – 425 мин –1 с параметрами:
– номинальная мощность кВт,
– номинальный ток якоря А,
– КПД ,
– номинальная частота вращения мин –1 ,
– напряжение в якорной цепи В,
– напряжение в обмотке возбуждения В,
– момент инерции на валу двигателя кг×м 2 ,
– номинальный момент Н×м,
– номинальный ток возбуждения А.
Двигатель типа 4ПФ предназначен для привода механизма главного движения станков с ЧПУ, гибких производственных систем и роботизированных производственных комплексов. Двигатель поставляется со встроенными тахогенераторами типа ТП80-20-0,2 и датчиками тепловой защиты – терморезистором типа СТ 14-1Б. Двигатель выдерживает нагрузку по току при номинальной частоте вращения в течении и в течении ; при максимальной частоте вращения – в течении . [2]
Суммарный момент инерции, приведённый к валу двигателя:
кг×м 2
Сопротивление якорной обмотки:
[4]
тогда Ом
В×с
где В×с/Вб
Вб
Номинальная угловая скорость вращения:
с –1
Максимальная скорость вращения:
с –1
Индуктивность рассеяния якорной цепи двигателя вычислим по приближённой формуле Уманского-Линвилля: [1]
Гн = мГн [1]
Учитывая индуктивность трансформатора и сглаживающих дросселей, полная индуктивность
Гн
Электромагнитная постоянная времени:
с
Максимальный момент при максимальной скорости и номинальном потоке:
Н×м
Определим во сколько раз можно уменьшить поток, чтобы момент развиваемый двигателем не снизился меньше чем Н×м
С учётом запаса зададимся максимальным снижением потока в 2 раза, тогда:
Н×м
Тогда максимально возможная скорость:
с –1
Принимаем с -1
Найдём количество витков в обмотке возбуждения:
Сопротивление цепи возбуждения:
Ом
2. Расчёт параметров элементов структурной схемы
В качестве исходной структурной схемы выберем двухконтурную систему ЭП (рис.1).
Будем настраивать на технический оптимум контур тока и скорости
Ом
следовательно, требуется ПИ-регулятор тока.
Ом
следовательно, требуется ПИ-регулятор тока возбуждения.
Рис.2. Характеристика задающего звена.
На вход звена, изображённого на рис. 2 приходит сигнал рассогласования (Uze-Eя).
Cистемы управления электроприводами
Функции систем управления электроприводами, их классификация и предъявляемые к ним требования
Задачами управления электроприводами являются: осуществление пуска, регулирование скорости, торможение, реверсирование рабочей машины, поддержание ее режима работы в соответствии с требованиями технологического процесса, управление положением рабочего органа машины. При этом должны быть обеспечены наибольшая производительность машины или механизма, наименьшие капитальные затраты и расход электроэнергии.
Конструкция рабочей машины, вид электропривода и система его управления связаны между собой. Поэтому выбор, проектирование и исследование системы управления электроприводом должны осуществляться с учетом конструкции рабочей машины, ее назначения, особенностей и условий работы.
Кроме основных функций системы управления электроприводами могут выполнять некоторые дополнительные функции, к которым относятся сигнализация, защита, блокировки и пр. Обычно системы управления одновременно выполняют несколько функций.
Системы управления электроприводами делят на различные группы в зависимости от главного признака, положенного в основу классификации.
По способу управления различают системы ручного, полуавтоматического (автоматизированного) и автоматического управления.
Ручным называется управление, при котором оператор непосредственно воздействует на простейшие аппараты управления. Недостатками такого управления являются необходимость расположения аппаратов вблизи электропривода, обязательное присутствие оператора, низкие точность и быстродействие системы управления. Поэтому ручное управление находит ограниченное применение.
Управление называется полуавтоматическим , если его осуществляет оператор путем воздействия на различные автоматические устройства, выполняющие отдельные операции. При этом обеспечивается высокая точность управления, возможность дистанционного управления, снижается утомляемость оператора. Однако при таком управлении ограничено быстродействие, так как оператор может затрачивать время на принятие решения о требуемом режиме управления в зависимости от изменившихся условий работы.
Управление называется автоматическим , если все операции управления осуществляются автоматическими устройствами без непосредственного участия человека. В этом случае обеспечиваются наибольшие быстродействие и точность управления системы автоматического управления по мере развития средств автоматики получают все большее распространение.
По роду выполняемых в производственном процессе основных функций системы полуавтоматического и автоматического управления электроприводами можно разделить на несколько групп.
К первой группе относятся системы, обеспечивающие автоматические пуск, остановку и реверсирование электропривода. Скорость таких приводов не регулируется, поэтому они называются нерегулируемыми. Такие системы применяются в электроприводах насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров, лебедок вспомогательных механизмов и т. п.
Ко второй группе относятся системы управления, которые кроме выполнения функций, обеспечиваемых системами первой группы, позволяют регулировать скорость электроприводов. Подобного рода системы электроприводов называются регулируемыми и применяются в грузоподъемных устройствах, транспортных средствах и пр.
К третьей группе относятся системы управления, обеспечивающие кроме вышеуказанных функций возможность регулирования и поддержания определенной точности, постоянства различных параметров (скорости, ускорения, тока, мощности и т. д.) при изменяющихся производственных условиях. Такие системы автоматического управления, содержащие обычно обратные связи, называются системами автоматической стабилизации .
К четвертой группе относятся системы, которые обеспечивают слежение за сигналом управления, закон изменения которого заранее не известен. Такие системы управления электроприводами называют следящими системами . Параметрами, за которыми обычно осуществляется слежение, являются линейные перемещения, температура, количество воды или воздуха и пр.
К пятой группе относятся системы управления, обеспечивающие работу отдельных машин и механизмов или целых комплексов по заранее заданной программе, называемые программными системами .
Первые четыре группы систем управления электроприводами обычно входят как составные части в систему пятой группы. Кроме того, эти системы снабжаются программными устройствами, датчиками и другими элементами.
К шестой группе относятся системы управления, которые обеспечивают не только автоматическое управление электроприводами, включая системы первых пяти групп, но и автоматический выбор наиболее рациональных режимов работы машин. Такие системы называются системами оптимального управления или самонастраивающимися . Они обычно содержат вычислительные машины, которые анализируют ход технологического процесса и вырабатывают командные сигналы, обеспечивающие наиболее оптимальный режим работы.
Иногда классификацию систем автоматического управления осуществляют по типу применяемых аппаратов . Так, различают системы релейно-контакторные, электромашинные, магнитные, полупроводниковые. Важнейшей дополнительной функцией управления является защита электропривода .
К системам автоматического управления предъявляются следующие основные требования : обеспечение режимов работы, необходимых для осуществления технологического процесса машиной или механизмом, простота системы управления, надежность системы управления, экономичность системы управления, определяемая стоимостью аппаратуры, затратами энергии, а также надежностью, гибкость и удобство управления, удобство монтажа, эксплуатации и ремонта систем управления.
По необходимости предъявляются дополнительные требования: взрывобезопасность, искробезопасность, бесшумность, стойкость к вибрации, значительным ускорениям и пр.
Данное понятие абстрагируется от физической природы САУ и представляет собой математическое описание — математическую модель некоторой подразумеваемой физической системы.
В прикладных работах по автоматическому управлению вместо термина САУ используется понятие
- систему управления — совокупность различных технических средств управления;
- объект управления — некоторую техническую систему (рис. 1).
Рисунок 1. Общий вид контура управления
Обе части динамической системы могут иметь внешние воздействия (ВВ) — входные задающие и возмущающие воздействия.
В понятии СУЭП конкретизируется объект управления, которым является двигатель (Д) совместно с механической передачей (МП) и рабочим органом.
В составе СУЭП выделяется:
- слаботочная часть , формирующая алгоритм управления, и
- силовую часть , осуществляющую силовое управляющее воздействие на двигатель.
По функциональному назначению управление в электроприводах разделяется на два уровня:
- верхний — технологический, внешний уровень, и
- нижний — внутренний.
На верхнем уровне СУЭП1 вырабатывает технологическое задание отдельной технической установки (например, станка, крана, лифта) или целой технологической системы (например, системы водоснабжения, теплоснабжения, электроснабжения).
На систему управления нижнего уровня (СУЭП2) возлагается задача формирование свойств собственно электропривода, его статических, динамических, точностных характеристик (рис. 2).
Помимо СУЭП2, это понятие включает в себя двигатель (Д), механическую передачу (МП) и рабочий орган (РО).
Если двигатель приводит в движение только один РО, то электропривод называют индивидуальным электроприводом. Объектом управления для СУЭП1 может быть как один электропривод, так и совокупность всех индивидуальных электроприводов производственной установки.
Задачи, возлагаемые на СУЭП1 и СУЭП2
на примере электропривода лифта.
СУЭП1 вырабатывает команды автоматического выбора направления движения кабины, начала движения, торможения и остановки, определения этажей для остановок.
СУЭП2 формирует плавные динамические процессы разгона и торможения двигателя, обеспечивает необходимые для точной остановки диапазон регулирования скорости и жесткость механических характеристик двигателя.
СУЭП1 и СУЭП2 конструктивно могут быть выполнены из разных блоков, но могут и объединяться в общей панели управления или в программируемом контроллере.
Классификация систем управления электроприводов
Автоматизированные системы подразделяются на два типа:
- незамкнутые — без учета результата управляющего воздействия на объект управления;
- замкнутые — с учетом через обратные связи результата воздействия на объект управления.
В основе замкнутых систем лежит принцип обратной связи, управление по отклонению.
Дополнением является комбинированное управление, когда, кроме отклонения от задания, вводится в управление возмущающее воздействие.
Задачи СУЭП:
- стабилизация координаты объекта управления;
- программное управление по заранее известному закону;
- слежение за измеряемой величиной, закон изменения которой заранее неизвестен;
- самонастройка (адаптация).
Дополнительные признаки классификации СУЭП:
- нижний (свойства электропривода);
- линейный; нелинейный;
- аналитический;
- логический на основе жесткой (классической) логики;
- логический на основе нежесткой фаззи-логики;
o модальное управление;
o каскадное (подчиненное);
o частотное скалярное управление;
o частотное векторное управление;
- скорость рабочего органа;
- положение рабочего органа;
- двигатель постоянного тока;
- вентильный;
- индукторный;
- вентильно-индукторный;
- асинхронный;
- синхронный;
- аналоговая;
- цифровая;
- релейно-контакторная;
- логическая бесконтактная (логические элементы, контроллеры).
Читайте также: