Файл: Кулесский, Р. А. электропривод постоянного тока с цифровым управлением.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 139
Скачиваний: 0
Р.А.КУ/1ЕССКИЙ
5.А. ШУБЕНКО
н-
У- Lty
Эл е кт р о приводы
по сто я н н о го
то н н
с цифровым упровлением
Р.А. КУЛЕССКИЙ,
В.А. ШУБЕНКО
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
« Э Н Е Р Г И Я»
М О С К В А 1973
6П2.1.081
К 90 |
/ 5 6 ? О |
УДІС6?=85іБКР''Г |
|
НАУЧ‘'С\ . RKblW-L!
14 ~ V Q S ' f
Кулесский Р. А. и Шубенко В. А.
К 90 Электроприводы постоянного тока с цифровым управлением. М., «Энергия», 1973.
208 с. с ил.
В книге изложены принципы проектирования электроприводов по
стоянного тока с цифровым управлением, предназначенных для регу лирования скорости и положения рабочего органа механизма. Рас смотрены структурные схемы, критерии качества работы, синтез опти мальных цифровых и цифро-аналоговых регуляторов н некоторые во просы математического моделирования. Дается методика распределе ния функций между цифровым и аналоговым регуляторами, обеспе чивающими высокое качество сглаживания помех при заданной точ ности работы электропривода. Приводятся некоторые способы реали зации устройств, позволяющих получить близкие к оптимальным про цессы управлепня.
Книга предназначена для |
инженерно-технических работников, спе |
|||
циализирующихся |
в |
области |
автоматизированного |
электропривода и |
может быть полезна |
студентам соответствующих |
специальностей. |
||
к 3310-499 |
134-73 |
|
6П2.1.081 |
|
051(01)-73 |
|
|
|
|
© Издательство «Энергия», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние годы вычислительная техника получи ла значительное распространение для управления про мышленными электроприводами и, в частности, электро приводами постоянного тока. Это обусловило повышен ный интерес к вопросам их построения и расчета.
Проблемы теории и практики дискретных систем наш ли широкое освещение в технической литературе. Вслед за общеизвестными работами Я. 3. Цыпкина, Л. Т. Кузи на, Г. С. Поспелова и других авторов в последние годы опубликованы результаты новых исследований в области теории работы и проектирования промышленных циф ровых систем управления [Л. 4—9].
В настоящей книге рассмотрен ряд новых вопросов-, связанных с принципами проектирования цифровых управляющих устройств электроприводов постоянного тока. При проектировании цифровых систем управления важной задачей является обеспечение оптимальных или близких им характеристик работы в основных режимах, позволяющих более полно использовать возможности силовой части электрического привода. Решение этой за дачи осложняется нелинейностью устройств цифрового управления. В книге рассмотрен ряд методов линеариза ции и на основе детерминистского и статистического критериев качества, сформулированных с учетом специ фики работы электроприводов различного назначения, предложены методы синтеза цифровых и цифро-аналого вых регуляторов.
При использовании цифровой формы представления управляющих сигналов возникает необходимость оценки влияния квантования сигналов по уровню на качество работы электропривода. В книге для различных струк турных построений устройств управления предлагаются эквивалентные схемы, позволяющие оценить влияние по мех от квантования по уровню на динамическую точ-
3
ность и энергетические показатели работы электроприво да. Статическая точность работы электропривода при цифровом управлении определяется весом единицы младшего разряда вычислительного устройства. При слишком малом значении физической величины, прихо дящемся на единицу младшего разряда, усложняются конструкции датчиков и цифровых регуляторов, сни жается надежность их работы. В книге рассматривается использование технических способов линеаризации, по зволяющих в ряде случаев увеличить вес единицы ди скретности при заданной статической точности. Предла гается также решение ряда задач, связанных с опреде лением областей применимости различных методов ли неаризации, цифровых и цифро-аналоговых регуляторов, а также некоторых вопросов математического моделиро вания работы и конструирования цифровых устройств управления.
Книга содержит введение и семь глав. Во введении даются основные определения, приводится классифика ция электроприводов с цифровым управлением, характе ризуются области II возможные режимы их работы.
Вгл. 1 рассмотрены общие принципы построения цифрового управления электроприводами постоянного тока, предназначенными для регулирования и стабили зации скорости и положения изменением напряжения как со стороны якоря, так и возбуждения двигателя. Анализируются свойства силовой части электропривода как объекта цифрового управления и эквивалентные структурные схемы систем различного назначения.
Вгл. 2 формулируются задачи и последовательность
проектирования как сочетания синтеза оптимального ре гулятора при некоторых упрощающих допущениях и уточненного анализа качества при полном учете специ фики задачи. Обосновываются расчетные структурные схемы для синтеза регулятора, построенные с учетом компенсации помех от квантования по уровню, опти мальной фильтрации по совокупности большого числа отработок и вибрационной линеаризации статической ха рактеристики аналого-цифрового преобразователя. Рас четные схемы разработаны для зоны линейного измене ния координат объекта.
В гл. 3 и 4 рассмотрены вопросы синтеза регулятора на основе соответственно детерминистского и статисти ческого критериев качества.
4
Глава 5 посвящена вопросам построения устройств, формирующих переходные процессы при отклонениях координат, превышающих зону линейности объекта управления.
Глава 6 освещает некоторые вопросы математичес кого моделирования, используемого на стадии уточнен ного анализа качества работы электропривода с цифро вым управлением.
В гл. 7 рассмотрен ряд вопросов схемной реализации устройств управления на основе серийных элементов дискретной и аналоговой техники.
Книга рассчитана на лиц, знакомых с общими вопро сами теории автоматического управления '[Л. 12] и основ ными положениями теории вероятностей [Л. 33].
Авторы надеются, что книга окажется полезной чи
тателям, интересующимся методами |
проектирования |
|||
цифрового управления электроприводами. |
|
|||
Авторы считают своим приятным долгом выразить |
||||
благодарность |
рецензенту |
доктору |
техн. |
наук |
Ю. С. Попкову |
и редактору |
книги канд. техн. |
наук |
В. П. Рубцову за ценные замечания, а также И. А. Вайнтрубу за большую помощь при подготовке и оформлении рукописи.
Авторы.
ВВЕДЕНИЕ
Необходимость использования .цифровых вычисли тельных устройств в локальных системах управления промышленными электроприводами обычно вызывается двумя обстоятельствами: либо повышенными требова ниями к качеству продукции, если эти требования в ко нечном итоге сводятся к получению статической точ ности, не достижимой для аналоговых средств управле ния (выше 1%), либо работой электропривода в составе системы комплексной автоматизации производственных механизмов, если команды управления поступают из единого информацпонно-управляющего комплекса, роль которого выполняет цифровая вычислительная машина.
Одной из особенностей указанных электроприводов является то, что электродвигатель здесь выступает не как исполнительное устройство, а как основной элемент объекта управления. При этом динамические свойства рабочей машины учитываются при проектировании пу тем коррекции динамических параметров двигателя. Та кие электроприводы охватывают подавляющую часть промышленных электромеханических систем и включают главные н вспомогательные приводы металлорежущих станков, реверсивных и нереверсивных прокатных ста нов, бумагоделательных машин, машин непрерывной разливки стали, большинство электроприводов сталепла вильных, доменных цехов и т. д.
Структурная схема автоматизированного электропри вода, включающего регулятор (корректирующее устрой ство) и объект управления (неизменяемую часть), пред ставлена на рис. В-1. Большинство современных регули руемых электроприводов выполняются на основе двига телей постоянного тока с независимым возбуждением. Под объектом управления в связи с этим в дальнейшем будем понимать указанный двигатель с устройствами питания цепей якоря и обмотки возбуждения и с анало говыми системами регулирования тока якорной цепи и
6
возбуждения. В свою очередь в регулятор будем вклю чать устройства измерения, преобразования и сравнения заданного и текущего значений регулируемой выходной координаты объекта, а также устройства преобразова ния вычисленных значений ошибки регулирования в соответствии с определенным законом регулирования. За кон регулирования— совокупность математических и ло гических операций, связывающих регулирующее воздей
ствие на |
входе |
объекта |
|
|
|
||
с ошибкой |
рассогласова |
|
|
|
|||
ния. |
|
|
цифро |
|
|
|
|
Использование |
|
|
|
||||
вых |
методов для |
измере |
Рис. В-1. Структурная |
схема |
|||
ния |
значений координат |
||||||
и для вычисления и пре |
электропривода. |
|
|
||||
Л', У — заданное и текущее |
значения |
||||||
образования |
сигнала |
регулируемой выходной |
координаты: |
||||
ошибки обеспечивает |
воз |
U, F — регулирующее и |
возмущающее |
||||
воздействия. |
|
|
|||||
можность |
получения |
вы |
|
|
|
сокой статической точности регулирования. Однако представление сигналов в дискретном виде приводит к ухудшению динамических свойств систем с цифровыми регуляторами по сравнению с непрерывными. Так как координаты объекта управления (угол поворота вала, скорость, ток якоря двигателя и т. д.) принципиально полностью наблюдаемы, а время переходных процессов относительно мало, то сам объект не требует обязатель ного использования цифрового способа управления. Использование последнего связано с требованиями тех нологического порядка, в частности с необходимостью обеспечения высокой статической точности. В связи с этим целесообразно составляющие закона регулирова ния, определяющие статическую точность, вычислять в цифровой форме, а составляющие, предназначенные для формирования динамических характеристик,— в аналоговой. Регулятор при этом состоит из парал лельно работающих цифрового и непрерывного устройств управления и носит название комбинирован ного или цифро-аналогового. Устройства, предназначен ные для вычисления цифровой составляющей закона ре гулирования, принято называть цифровыми вычислитель ными устройствами (ЦВУ).
Комбинированные регуляторы применяются в боль шинстве случаев. Область применения чисто цифровых регуляторов более узка и охватывает электроприводы
с пропорциональным законом регулирования, быстродей ствующие электроприводы, для которых уровень помех, связанных с дискретизацией сигналов, меньше уровня помех аналоговых датчиков, и т. п. Все разнообразие технологических задач, решаемых с использованием цифрового управления, обеспечивается приводами двух типов. К первому типу отнесем приводы, в которых регу лируемой выходной координатой является скорость, а ко второму — приводы, выходной координатой которых слу жит угол поворота вала двигателя (положения меха низма), т. е. позиционные приводы. При этом возмож ными режимами работы для обоих типов приводов явля ются программный, стабилизации и следящий.
В программном режиме регулятор изменяет регули руемую координату объекта по заранее известному зако ну, задаваемому управляющим воздействием X(t). В за дачах электропривода обычно
X ( 0 = S W |
(В-i) |
k=0 |
|
где Uh — величины, принимающие на каждом этапе про граммы определенные значения из некоторого интервала (Uhu Ум); п = 0, 1, 2 ...
Вбольшом числе практических случаев п = 0 и X(t) =
=UQ. Иногда при проектировании определяют частоту различных значений Uh по-большому числу этапов раз личных программ и интерпретируют ее как случайную
величину, распределенную по определенному закону в интервале (Uhu Uhz)- Особенностью программного ре жима работы является то, что до окончания отработки одного воздействия из числа (В-1) последующее не за дается. Такой режим является характерным, например, для электропривода нажимных винтов реверсивного ста на горячей прокатки. Общепринятой на сегодня оценкой качества работы такого рода автоматических систем является время процесса отработки управляющего сиг нала.
В режиме стабилизации регулятор поддерживает зна чение регулируемой координаты объекта на постоянном уровне, задаваемом управляющим сигналом X(t) = U0 при действии внешних помех и возмущений. Этот режим
является основным, например, |
для главных |
приводов |
и приводов нажимных винтов |
непрерывных |
прокатных |
8