Унифицированные системы электроприводов реферат
Обновлено: 04.07.2024
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Электропривод и автоматизация главного привода специального вальцетокарного станка модели IK 825 Ф2
Методами теории оптимального управления синтезирована система стабилизации мощности резания, проведено исследование синтезированной системы на математической аналоговой модели.
В результате исследования разработана система стабилизации мощности резания, обеспечивающая низкую чувствительность к параметрическим возмущениям.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели разработанной системы:
высокая точность стабилизации мощности резания на заданном уровне;
достаточно большое быстродействие системы;
малая чувствительность к изменению параметров объекта управления.
Настоящая система управления может быть использована не только в данном вальцетокарном станке, но и в тяжелых токарных и токарно-винторезных станках, где есть необходимость ограничить мощность, выделяемую с главного привода станка или мощность резания на практически любом заданном уровне.
Эффективность разработанной системы управления определяется применением оптимальных регуляторов, а также использованием современной элементной базы.
В связи с выходом отечественных производителей металлопродукции на внешний рынок и производством проката по стандартам ASTM, DIN и другим, к его качеству и геометрическим размерам предъявляются повышенные требования, зачастую превышающие требования существующих ГОСТов и технических условий.
Качество металлопроката и геометрические размеры профилей, в том числе и производимых станом 600 Алчевского металлургического комбината, зависят от многих факторов, одним из которых является качество изготовления и точность обработки поверхности валков черновых и чистовых клетей прокатных станов.
В соответствии с рабочими калибровками и монтажами валков в вальцетокарной мастерской сортопрокатного цеха производится обработка и расточка валков черновых и чистовых клетей. Для этих целей применяется станок типа IK 825 Ф2, который предназначен для обработки валков как сортовых, так и листовых прокатных станов.
При обработке валков, имеющих неоднородную структуру и различные физико-механические свойства, возникают броски мощности резания, которые отрицательно влияют на качество поверхности валков и точность геометрических размеров готового проката.
В связи с этим в данном проекте была предложена система стабилизации мощности резания на заданном уровне, что оказывает положительное влияние на качество поверхности обрабатываемых валков.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ И ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ
Станок вальцетокарный калибровочный специальный модели IК 825 Ф2 с цифровой индикацией и управлением (УЦИ) предназначен, согласно [15] для обработки и калибровки наружных поверхностей прокатных валков в специальных калибровочных люнетах. На станке не предусматривается обработка деталей со смещенным центром тяжести относительно оси вращения типа эксцентриковых и коленчатых валов, конусных деталей с неуравновешенными массами.
Управление основными движениями станка (перемещение суппортов по осям X и Z) осуществляется от УЦИ. Операции, связанные с переключением ступеней главного привода, регулированием скорости вращения шпинделя и подач суппорта, перемещение и фиксация задней бабки, перемещение пиноли, установка и зажим изделия, установка люнеты, установка и зажим режущего инструмента на суппорте выполняются от органов управления, расположенных на этих сборочных единицах без учета УЦИ, то есть эти операции не программируются.
Обработка деталей может быть произведена в “ручном” режиме (УЦИ выполняет роль индикации) и “программном” (автоматическом) режиме по программе, заданной ручным вводом задания на пульт ввода УЦИ с управлением главным приводом и суппортами с помощью органов управления, расположенных на пульте суппортов.
Применение УЦИ К 525 повышает производительность труда в режиме индикации и преднабора, а в автоматическом режиме обработки по программе освобождает оператора от пользования универсальным мерительным инструментом, повышает точность работы и обработки деталей, а также снижает утомляемость рабочего-оператора, позволяет организовать бригадное и многостаночное обслуживание станка.
Требования к электроприводу главного движения
Требования к электроприводам и системам управления станками определяются технологией обработки, конструктивными возможностями станка и режущего инструмента.
Основными технологическими требованиями согласно [3, 4, 7] являются обеспечение:
самого широкого круга технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента;
наибольшей точности обработки;
высокой чистоты обрабатываемой поверхности.
Удовлетворение всем этим и другим требованиям зависит от характеристик станка и режущего инструмента, мощности главного привода, и электромеханических свойств приводов подач и системы управления.
В современных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) функции, выполняемые электроприводом главного движения, значительно усложнены. Помимо стабилизации частоты вращения, при силовых режимах резания требуются обеспечение режимов позиционирования шпинделя при автоматической смене инструмента, что неизбежно ведет к увеличению требуемого диапазона регулирования частоты вращения.
Требуемый технологический диапазон регулирования скорости шпинделя с постоянной мощностью по [8, 9], равный 20 — 50 при двухступенчатой коробке скоростей, можно вполне обеспечить при электрическом регулировании скорости двигателя с постоянной мощностью в диапазоне 5:1 — 10:1, что вполне осуществимо при современных двигателях постоянного тока.
Стабильность работы привода характеризуется перепадом частоты вращения при изменении нагрузки, напряжении питающей сети, температуры окружающего воздуха и тому подобных.
Погрешность частоты вращения для главного привода вальцетокарного станка модели IК 825 Ф2 должна, согласно [10], составлять не более:
суммарная погрешность — 5%;
погрешность при изменении нагрузки — 2%;
погрешность при изменении направления вращения — 2%.
Коэффициент неравномерности, рассчитываемый как отношение разности максимальной и минимальной мгновенных частот к средней частоте вращения при холостом ходе привода, должен быть не более 0,1.
В современных станках динамические характеристики приводов главного движения по управлению прямым образом определяют производительность. При этом время пуска и торможения по [11] не должно превышать 2,0 —4,0 с. При наличии зазоров в кинематической цепи главного привода перерегулирование приводит к дополнительным затратам времени на позиционирование, поэтому появляется необходимость обеспечения монотонного апериодического характера изменения скорости.
Динамические характеристики электропривода по нагрузке практически определяют точность и чистоту обработки изделия, а также стойкость инструмента. Устойчивый процесс резания при необходимой точности и чистоте поверхности возможен, если параметры настройки привода обеспечивают при набросе номинального момента нагрузки максимальный провал скорости не более 40% при времени восстановления, не превышающем 0,25с.
Отличительной особенностью главного привода станков с ЧПУ является необходимость применения реверсивного провода даже в тех случаях, когда по технологии обработки не требуется реверс. Требование обеспечения эффективного торможения и подтормаживания при снижении частоты вращения и режимов поддержания постоянной скорости резания приводит к необходимости применения реверсивного привода с целью получения нужного качества переходных процессов.
ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В электроприводах главного движения токарных станков согласно [11] мощность электродвигателя определяется требуемой мощностью резания. Для определения мощности резания согласно с [1] определим скорость резания V и тангенциальную составляющую силы резания Fz для самого тяжелого варианта работы — для наружной черновой обработке валка диаметром 1000 мм, изготовленного из конструкционной стали марки 60ХН резцами из быстрорежущей стали марки Т14К8:
где Сv = 340 — эмпирический коэффициент;
Т = 60 мин — стойкость резца;
t = 12 мм — глубина резания;
S = 34 мм/об — продольная подача;
m = 0.2; x = 0.15; y = 0.45 — эмпирические коэффициенты;
Kv — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.
где:Kпv = 1 — коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки — без корки;
Kиv = 0.8 — коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, используется резец марки Т14К8;
Kmv — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала (физико-механические свойства).
где В = 1100 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;
n = 0.75 — показатель степени, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости.
Тогда, подставив (2.8) в (2.7), получим:
Kp = 1.33 * 1.15 * 1 * 0.93 * 1 = 1.425.(2.9)
Подставив (2.1) — (2.5), (2.7) — (2.9) в (2.6), получим:
Fz = 10 * 200 * 12 1 * 34 0.75 * 8.66 0 * 1.425 = 481670 кН.(2.10)
Тогда, зная скорость резания V и тангенциальную составляющую силы резания Fz, определим требуемую мощность резания (с учетом коэффициента полезного действия системы равного 0.9):
Рисунок 6.3 — Переходный процесс пуска двигателя
Рисунок 6.4 — Переходный процесс стабилизации мощности.
Рисунок 6.5 — Переходный процесс стабилизации мощности при увеличении Кр на 50%.
Рисунок 6.6 — Переходный процесс стабилизации мощности при уменьшении Кр на 50%.
Рисунок 6.7 — Переходный процесс стабилизации мощности при уменьшении Тм на 10%.
Рисунок 6.8 — Переходный процесс стабилизации мощности при уменьшении Тм на 20%.
Рисунок 6.9 — Переходный процесс стабилизации мощности при уменьшении Тм на 30%.
Электрический привод представляет собой электромеханичёское устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом.
Содержание работы
Файлы: 1 файл
система эл. docx
ФГБОУ ВПО и МГТУ им. Г.И. Носова
Кафедра электротехники и электротехнических систем
Реферат по дисциплине:
Выполнил: студент группы ТСА-10 Трушин Никита
Проверил: доцент, к.т.н. Мугалимов Р.Г.
2 Классификация электроприводов
3 Режимы работы электропривода
4 Уравнения движения электропривода при поступательном и вращательном движении
5 Влияние параметров , , на вид скоростных (механических) характеристик двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Регулирование скорости вращения двигателя
Электрический привод представляет собой электромеханичёское устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций, динамические нагрузки механического оборудования и ряд других факторов. С другой стороны, нагрузка механической части привода, условия движения ее связанных масс, точность передач и т. п. оказывают влияние на условия работы двигателя и системы управления, поэтому электрические и механические элементы электропривода образуют единую электромеханическую систему, составные части которой находятся в тесном взаимодействии.
Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов. Развитие автоматизированного электропривода (рисунок 1.1) ведет к совершенствованию конструкций машин, к коренным изменениям технологических процессов, к дальнейшему прогрессу во всех отраслях народного хозяйства.
Рисунок 1.1 – Схема автоматизированного электропривода
2 Классификация электроприводов
Электроприводы по способам распределения механической энергии можно разделить на три основных типа: групповой электропривод; индивидуальный и взаимосвязанный.
Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Структурная схема группового трансмиссионного электропривода
Вследствие своего технического несовершенства трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному, хотя в ряде случаев еще находит применение и групповой привод по схеме на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Структурная схема группового электропривода
Индивидуальный привод по сравнению с трансмиссионным и групповым обладает рядом преимуществ: производственные помещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучшаются условия работы и повышается производительность труда вследствие облегчения управления отдельными механизмами, уменьшения запыленности помещений, лучшего освещения рабочих мест; снижается травматизм обслуживающего персонала. Кроме того, индивидуальный электропривод отличается более высокими энергетическими показателями.
В трансмиссионном приводе при выходе из строя или при ремонте электродвигателя выбывает из работы группа машин, тогда как в случае индивидуального привода или группового по схеме на рисунке 2.2 остановка одного электродвигателя вызывает остановку лишь одной рабочей машины.
Рисунок 2.3 – Индивидуальные электроприводы рабочих органов (шпинделей) продольно-фрезерного станка
Индивидуальный электропривод широко применяется в различных современных машинах, например в сложных металлорежущих станках, в прокатных станах металлургического производства, в подъемно-транспортных машинах, экскаваторах, в роботах-манипуляторах и т. п.
Примером использования индивидуального привода может служить продольно-фрезерный станок (рисунок 2.3), имеющий отдельные электроприводы главных движений (приводы трех шпиндельных бабок).
Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным пли технологическим соображениям.
Примером взаимосвязанного электропривода может служить привод цепного конвейера. На рисунке 2.4 показана схема такого привода, рабочим органом которого является цепь, приводимая в движение двумя или несколькими двигателями (М1, М2), расположенными вдоль цепи. Эти двигатели имеют вынужденно одинаковую скорость.
Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например в копировальных металлорежущих станках и станках с программным управлением, в бумагоделательных машинах, ротационных машинах полиграфического производства, и текстильных агрегатах, в прокатных станах металлургического производства, в поточных технологических линиях но производству шинного корда, синтетических пленок и т. д.
Рисунок 2.4 – Схема взаимосвязанного привода конвейера
По виду движения электроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движения.
Вращательное однонаправленное, а также реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено путем использования электродвигателя вращательного движения обычного исполнения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным и т. п.) либо применения электродвигателя специального исполнения для поступательного движения (так называемые линейные электродвигатели, магнитогидродинамические двигатели).
По степени управляемости электропривод может быть:
1) нерегулируемый — для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий;
3) программно-управляемый — управляемый в соответствии с заданной программой;
4) следящий — автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;
5) адаптивный — автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.
Можно классифицировать электроприводы и по роду передаточного устройства. В этом смысле электропривод бывает:
1) редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор;
2) безредукторный, в котором осуществляется передача движения от электродвигателя либо непосредственно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.
По уровню автоматизации можно различать:
1) неавтоматизированный электропривод, в котором управление ручное; в настоящее время такой привод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.;
2) автоматизированный электропривод, управляемый автоматическим регулированием параметров;
3) автоматический электропривод, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.
Два последних типа электропривода находят применение в подавляющем большинстве случаев.
Наконец, по роду тока применяются электроприводы постоянного и переменного тока.
3 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Все режимы в электроприводе делятся на установившиеся (номинальный режим работы) и переходные (пуск, реверс, торможение).
Установившийся режим работы электропривода определяется из условия равенства нулю динамического момента. Этот режим характеризуется работой двигателя с неизменной угловой скоростью, постоянными во времени и равными по величине моментом двигателя и моментом сопротивления. Так как момент, развиваемый двигателем в установившемся режиме, есть функция скорости, то равенство М=Мс возможно только при условии, что момент сопротивления — постоянная величина или функция скорости. Если МС есть функция, например, пути (угла поворота), то даже при постоянной угловой скорости момент сопротивления изменяется во времени и установившийся режим невозможен.
Установившийся режим описывается статическими характеристиками.
Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.
Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, торможение, изменение направления вращения и т. п. Переходные режимы в электроприводах могут возникнуть также в результате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения (например, изменения напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т. п.).
Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа примененного двигателя и механической передачи, принципа действия и свойств аппаратуры управления, а также от режима работы двигателя (пуск, торможение, прием и сброс нагрузки и т. д.).
Переходные режимы описываются динамическими характеристиками.
4 УравнениЕ движения электропривода
Электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, создают вращательное движение; значительная часть машин-орудий также имеет вращающиеся рабочие органы; поэтому представляется целесообразным вывод уравнения движения сделать сначала для случая вращательного движения.
В соответствии с основным законом динамики для вращающегося тела векторная сумма моментов, действующих относительно оси вращения, равна производной момента количества движения:
В системах электропривода основным режимом работы электрической машины является двигательный. При этом момент сопротивления имеет тормозящий характер по отношению к движению ротора и действует навстречу моменту двигателя. Поэтому положительное направление момента сопротивления принимают противоположным положительному направлению момента двигателя, в результате чего уравнение (4.1) записывается в виде:
Уравнение движения привода (4.2) показывает, что развиваемый двигателем вращающий момент уравновешивается моментом сопротивления на его валу и инерционным или динамическим моментом . В этом уравнении принято, что момент инерции привода является постоянным, что справедливо для значительного числа производственных механизмов. Здесь моменты являются алгебраическими, а не векторными величинами, поскольку оба момента и действуют относительно одной и той же оси вращения.
Правую часть уравнения (4-2) называют инерционным (динамическим) моментом ( ), т.е.
Классификационная характеристика систем регулирования скорости на переменном токе. Каскадные схемы включения асинхронного двигателя. Стоимость статических преобразователей для ДПТ. Типы основных регулируемых электроприводов. Режим остановки двигателя.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.09.2012 |
| Размер файла | 15,9 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Системы регулирования скорости на переменном токе можно классифицировать по энергетическому принципу:
системы с регулированием количества подводимой к электродвигателю энергии;
системы с потерей энергии скольжения;
системы с рекуперацией энергии скольжения.
К первому классу относят системы с регулированием подаваемого на статор напряжения и частоты (частотно-регулируемый электропривод, фазовое управление, вентильный двигатель). Их недостаток - преобразование всей подводимой энергии. Кроме того, устройства плавного регулирования высокого напряжения в большом диапазоне являются сложным и дорогостоящим типом электрооборудования.
К системам второго класса относятся реостатная система, привод с поворотным статором, с асинхронной муфтой скольжения, гидромуфтой и т.д. Многие из этих систем трудно реализуемые при больших мощностях, все они низкоэкономичны.
К системам третьего класса - с рекуперацией энергии скольжения относятся различные каскадные схемы включения асинхронного двигателя, при которых в роторную цепь асинхронного электродвигателя подается регулируемое напряжение. Из них сейчас применяется асинхронно-вентильный каскад (АВК). Основным недостатком этой системы есть существенное снижение коэффициента мощности при увеличении глубины регулирования. Также при работе двигателя по схеме АВК максимальная скорость асинхронного электродвигателя меньше номинальной, что уменьшает область экономичной работы вентилятора.
Известны машины двойного питания(МДП). Основное преимущество активных каскадов в возможности регулирования скорости вверх и вниз от синхронного значения, что позволяет снизить мощность преобразовательных устройств. Недостаток - неполный диапазон регулирования.
При выборе типа электропривода предпочтение следует отдавать системам электропривода переменного тока по следующим причинам:
электроэнергия вырабатывается и передаётся потребителям в основном на переменном токе; двигатель ток электропривод
электродвигатели постоянного тока по габаритам, весу и стоимости в 1,5. 2,5 раза превышают двигатели переменного тока той же мощности и частоты вращения;
надёжность ДПТ ввиду наличия коллекторно-щеточного узла и почти полного отсутствия закрытого исполнения значительно ниже, чем у двигателей переменного тока;
момент инерции ДПТ в 1.5. 1,7 раза выше, чем у АД с короткозамкнутым ротором, что обусловливает более высокое быстродействие систем привода переменного тока;
энергетические показатели и регулировочные свойства систем переменного тока с преобразователями не хуже, чем у приводов постоянного тока. Например, перегрузочная способность у приводов с синхронными двигателями выше, чем у двигателей постоянного тока;
стоимость статических преобразователей для ДПТ примерно равна стоимости преобразователей для приводов переменного тока, а система генератор-двигатель постоянного тока по весу и стоимости в 1,5. 2,0 раза превосходит вес и стоимость преобразователей той же мощности, причем КПД системы Г-Д на 10. 20% ниже.
Типы основных регулируемых электроприводов с краткой их характеристикой представлены в таблице.
Из таблицы видно, что вентильный двигатель и частотно-регулируемый асинхронный привод являются наиболее универсальными типами регулируемого привода с наилучшими техническими данными. Так, по режимам работы они не уступают приводу постоянного тока, выгодно отличаясь от него практически неограниченным диапазоном мощностей и частот вращения, большей надёжностью и простотой.
Применение регулируемого частотного электропривода позволяет сберегать энергию путем устранения непроизводительных затрат энергии в дроссельных заслонках, механических муфтах и других регулирующих устройствах. При этом экономия прямо пропорциональна непроизводительным затратам.
Кроме того, частотный привод имеет функцию энергосбережения. Эта функция позволяет при выполнении той же работы экономить еще до 30% электроэнергии путем поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД. В режиме энергосбережения преобразователь автоматически отслеживает потребление тока, рассчитывает нагрузку и снижает выходное напряжение. Таким образом, снижаются потери в обмотках двигателя и увеличивается его КПД. Режим энергосбережения хорошо подходит для следующих задач:
управление скоростью вращения вентиляторов и насосов;
управление оборудованием с переменной нагрузкой;
управление машинами, которые большую часть времени работают с малой нагрузкой.
Одним из главных объектов работы по энергосбережению являются системы водо и теплоснабжения. Основные направления экономии:
сокращение расхода электроэнергии на работу оборудования;
сокращение непроизводственных потерь теплоты и воды.
Технический и экономический эффект при использовании частотно-регулируемого электропривода достигается за счет:
введения обратной связи по регулируемому параметру (давлению, температуре, частоте вращения, усилию). При этом привод позволяет автоматически регулировать мощность, потребляемую электродвигателем в зависимости от заданной пользователем программы;
использования режимов "мягкого" пуска и остановки двигателя;
снижения расходов на установку дополнительной регулирующей арматуры;
сокращения эксплуатационных затрат.
Преимущества ЧРП становятся особенно заметными в применениях, когда объём, скорость, давление и т.д. регулируются, а оборудование оснащено двигателями с постоянной скоростью.
Освоение в производстве современных эффективных регулируемых электроприводов, кроме основного результата - повышения качества обслуживаемых ими технологических процессов при одновременном резком (до 50%) снижении энергетических затрат, позволит существенно снизить трудозатраты при производстве и эксплуатации, избавиться от импорта дорогостоящих изделий, приведет к заметному увеличению числа рабочих мест в сфере производства элементов электроники и позволит расширить экспорт высоких технологий.
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
Читайте также: