СУИМ. Лекция 2. Обобщенная функциональная схема СУИМ. Математическое описание функциональных элементов СУИМ

Август 23, 2022

Главная
Математика
СУИМ. Лекция 2. Обобщенная функциональная схема СУИМ. Математическое описание функциональных элементов СУИМ

Содержание

2. Обобщенная функциональная схема Обобщенная функциональная схема системы управления: Xз – вектор задающих воздействий; Y – вектор
3. Обобщенная функциональная схема локальной электромеханической системы управления УЗ – устройство задания СПЭ – силовые преобразователи энергии
4. Статические и динамические режимы и характеристики Статические режимы СУИМ характеризуются установившимися состояниями при неизменных входных воздействиях.Уравнения
6. Синтез и анализ СУИМ К основным задачам синтеза СУИМ (функциям НИР) относят следующие: – определение адекватной
7. Математическое описание ОУ – определение структуры и параметров ОУ, наиболее существенно влияющих на его статические и
8. Формулирование критерия качества управления целевая функция, цель управления, функционал качества, оценка качества управления. К числу формальных
9. Синтез СУИМ Нахождение ее структуры и параметров, обеспечивающих заданное качество управления при известных входных воздействиях
10. Анализ синтезированной СУИМ Результат анализа должен дать ответ на вопрос, соответствует ли синтезированная СУИМ требуемому качеству
11. Задача анализа СУИМ предполагает в общем случае решение нескольких подзадач: – определение ММ СУИМ, отражающей ее
12. при анализе СУИМ используется – математическое моделирование (цифровое, аналоговое, цифроаналоговое); – полунатурное моделирование (симбиоз математической модели
13. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУИМ
14. Исполнительные механизмы
16. Электрические исполнительные механизмы постоянной скорости
18. Приводы К приводам ЭИМ относятся следующие типы двигателей: – коллекторные двигатели постоянного тока (ДПТ); – бесколлекторные
19. Функциональная схема (а) и схемы замещения (б, в, г) электродвигателя постоянного тока Тэ, Тв – электромагнитные
22. где ΔЕд , ΔМ – приращения координат ЭДС двигателя и электромагнитного момента ΔФ – приращение магнитного
24. Векторно-матричное описание ДПТ как объекта регулирования по цепи якоря
26. Асинхронные двигатели.
27. При использовании таких двигателей в ЭИМ постоянной скорости реализуют непосредственное подключение статорной обмотки к сети с
28. При использовании таких двигателей в ЭИМ переменной скорости реализуют либо фазовое, либо частотное управление
29. Если нельзя пренебречь влиянием электромагнитных процессов на динамику электродвигателя модель электродвигателя как элемента СУИМ с частотным
30. Синхронные двигатели. Различают следующие виды: – синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением (СД), питающиеся от трехфазной сети
31. Синхронные двигатели. где f1н(р) – номинальная частота напряжения питания обмотки статора; ω(р), ωн – текущее (при
32. Синхронные двигатели. Для регулирования скорости вращения СДПМ в СУИМ переменной скорости применяют реверсивные частотные преобразователи. В
33. Шаговые двигатели. Шаговые двигатели (ШД) – это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое или линейное
34. Шаговые двигатели. Применительно к СУИМ ШД может в большинстве случаев рассматриваться как безынерционное или апериодическое звено
35. Силовые преобразователи энергии служат для преобразования электрической энергии промышленной питающей сети в электрическую энергию с параметрами,
36. Тиристорные преобразователи Статическая модель. Статическая характеристика представляет собой регулировочную характеристику еп = f(Uу).
37. Динамическая модель. Для целей синтеза САУ на практике применяют три модели:
38. Транзисторные и симисторные преобразователи
39. Датчики координат СУИМ обычно представляются в виде безынерционных звеньев, входом которых являются измеряемые координаты, а выходами
41. Регуляторы и корректирующие звенья Независимо от технологического назначения регуляторов (регуляторов скорости, положения рабочего органа, давления, уровня,
42. Функциональные схемы регуляторов СУИМ
43. Функциональная схема аналогового регулятора класса «вход-выход» Обозначения на схеме: A1 – операционный усилитель (усилительное звено); Zвх,
44. При математическом описании регуляторов применим следующую последовательность: 1. принципиальная схема регулятора; 2. передаточная функция 3. переходная
45. Пропорциональный регулятор (П-регулятор) A1 – операционный усилитель; Rз, R0, Rос – значения активного сопротивления соответственно в
46. Интегральный регулятор (И-регулятор) принципиальная схема И регулятора Передаточная функция Переходная характеристика . Переходный процесс функциональная схема
47. Дифференциальный регулятор (Д-регулятор) принципиальная схема Д-регулятора Передаточная функция Переходная характеристика . Переходный процесс функциональная схема
48. Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) принципиальная схема ПИ-регулятора Передаточная функция Переходная характеристика . Переходный процесс функциональная схема Или
49. Пропорционально-дифференциальный регулятор (ПД-регулятор) принципиальная схема ПИД-регулятора Передаточная функция Переходная характеристика .Переходный процесс функциональная схема
50. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор) принципиальная схема ПИД-регулятора Передаточная функция Переходная характеристика Переходный процесс функциональная схема Или в
51. Регуляторы включают, как правило, последовательно с объектом управления. Они призваны скорректировать динамику СУИМ с целью удовлетворения
52. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СУИМ базируются на контроле текущего состояния объекта управления и применении обратных связей по
53. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СУИМ В зависимости от требований к статическим и динамическим показателям управления применяют различные
54. СУИМ постоянной скорости релейно-контакторные системы управления (РКСУ) СУИМ постоянной скорости с бесконтактными (полупроводниковыми) реверсорами.
55. Релейно-контакторные СУИМ (РКСУ) Релейно-контакторные системы управления (РКСУ) реализуются по принципу разомкнутого управления и применяются для управления
56. Типовые узлы электрических схем РКСУ, осуществляющих пуск, торможение и реверсирование электродвигателя
57. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу времени Управление в функции времени предполагает, что в
58. Динамическоет торможение в функции времени Преимуществами управления пуском, торможением и реверсом по принципу времени является примерное
59. Узлы пуска и торможения двигателей работающих по принципу скорости Управление по принципу скорости требует контроля скорости
60. Схема торможения двигателя в функции скорости В исходном положении ни один аппарат не срабатывает. При нажатии
61. Достоинства узлов схем работающих по принципу скорости: простота и дешевизна. Недостатки: зависимость времени пуска и торможения
62. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающих по принципу тока Управление в функции тока реализуется применением реле
63. Узлы пуска и торможения электродвигателей по принципу пути узел электрической схемы управления электродвигателями работает в зависимости
64. Типовые узлы схем автоматического управления электроприводами переменного и постоянного тока Если питающая сеть и сама машина
65. Узлы пусковых роторных сопротивлений асинхронных машин Автоматический пуск двигателей с контактными кольцами обычно производится с последовательным
66. Узлы схем, обеспечивающие пуск синхронных машин (СМ) Наиболее простым способом пуска СМ является пуск с подключенным
67. Узлы схем главных цепей машин пост тока
68. Схемы управления ДПТ большой мощности
69. Узлы защиты ИМ Применяются следующие виды защит: 1. нулевая; 2. максимально и минимально токовая; 3. тепловая;
70. Нулевая защита обеспечивает защиту от самозапуска двигателей при чрезмерном снижении или кратковременном исчезновении напряжения питающей сети.
71. Тепловая защита обеспечивает защиту двигателей от перегрузки. Она осуществляется электротепловыми, максимально-токовыми реле и автоматическими выключателями с
72. Минимально токовая защита используется в двигателях ДПТ и СД для защиты от обрыва цепи ОВ. Осуществляется
73. Специальные защиты присущи отдельным двигателям или установкам в целом , к ним относятся : 1. Защиты
74. Блокировки и сигнализации Блокировки в электрических схемах обеспечивают правильный порядок работы схем, исключают ложные срабатывания и
75. Технологические блокировки используются для осуществления заданной последовательности работы схемы К защитным блокировкам относят: 1. Путевые. 2.Блокировки
76. Сигнализации: 1. Контрольная – для контроля наличия того или иного сигнала, или напряжения питания и истинного
77. Принципиальная электрическая схема станции ПУ-5522 управления короткозамкнутым АД
78. РКСУ асинхронным двигателем с фазным ротором
79. Бесконтактные СУИМ постоянной скорости По принципу управления такие СУИМ подразделяются на следующие типы: – ручного управления
80. Обобщенная функциональная схема СУИМ постоянной скорости Обозначения на схеме: ИУ – измерительное устройство; ФЭ – формирующий
81. Функции и реализации алгоритмов ФЭ Релейно-импульсное управление (двух- и трехпозиционное) формируется релейными регуляторами с широтно-импульсной (ШИМ)
82. Системы стабилизации технологических координат Требования к системам стабилизации формулируются в отношении выходной координаты в статике и
83. Статическая ошибка в системе стабилизации может быть сведена к нулю за счет – включения интегральной составляющей
84. В динамике , т.е. в режимах отработки системой изменений задающих и возмущающих воздействий внешней среды, к
85. Форсирование управляющего воздействия Кривая 1 – реакция тока возбуждения на ступенчатое задающее воздействие без форсировки управляющего
86. Компенсация больших постоянных времени объекта управления. Выполняется после структурно-параметрической декомпозиции объекта управления . некомпенсированная малая постоянная
87. Системы программного управления, ограничение координат СУИМ основные требования к программным системам управления а) максимум быстродействия при
88. В электромеханических СУИМ требуется ограничивать, следующие координаты – скорость электродвигателя (ω ≤ ωmax); – ток якоря
89. Функциональная схема САР скорости с “отсечкой” по току якоря Нелинейная обратная связь по току якоря вступает
90. Ограничение координат СУИМ с помощью задатчиков интенсивности. Задатчики интенсивности (ЗИ) служат, прежде всего, для ограничения фазовых
91. ЗИ, обеспечивающие постоянство времени регулирования при ступенчатых изменениях задающего воздействия время отработки произвольного по величине скачка
92. Задатчик интенсивности 2-го порядка в отличие от рассмотренных ЗИ содержит интегратор 2-го порядка, что позволяет ограничить
93. Системы следящего управления, функционируют исключительно в режимах малых отклонений координат, т.е. ни одна координата СУИМ (объекта
94. Понятие добротности Для оценки точности отработки задающих воздействий с постоянной скоростью и ускорением вводятся понятия добротности
95. Синтез СУИМ переменной скорости СУИМ переменной скорости требуют, как правило, регулирования не только самой скорости электродвигателя,
96. Подчиненное регулирование координат
97. Основные положения принципа подчиненного регулирования
98. Оптимальные настройки контуров регулирования В многоконтурных электромеханических системах подчиненного регулирования координат наиболее распространены настройки отдельных контуров
99. Технический оптимум
100. Симметричный оптимум
101. Апериодический оптимум
103. Скачать презентацию

Слайд 2

Обобщенная функциональная схема
Обобщенная функциональная схема системы управления:
Xз – вектор задающих воздействий;

Y – вектор выходных (управляемых) координат;
X – вектор координат состояния объекта;
F – вектор возмущающих воздействий; Xс – вектор контролируемых (наблюдаемых) координат объекта; Xв – вектор контролируемых аддитивных воздействий; U – вектор управляющих воздействий

Слайд 3

Обобщенная функциональная схема локальной электромеханической системы управления
УЗ – устройство задания
СПЭ – силовые

преобразователи энергии

ЭД – электродвигатель

ПМ – передаточный механизм

УИс – устройство измерения координат состояния

УИв – устройство измерения контролируемых возмущающих
воздействий

Слайд 4

Статические и динамические режимы и характеристики
Статические режимы СУИМ характеризуются установившимися состояниями

при неизменных входных воздействиях.Уравнения статики легко получить из уравнений динамики СУИМ, приравняв в них к нулю все производные переменных.
статическая характеристика системы (элемента) – это зависимость выходной переменной системы (элемента) от какой-либо
входной переменной в установившемся режиме
Динамические режимы СУИМ характеризуются переходными состояниями системы при изменении начального состояния,
а также входных (задающих и(или) возмущающих) воздействий.
При этом различают свободные и вынужденные процессы

Слайд 5

Слайд 6

Синтез и анализ СУИМ
К основным задачам синтеза СУИМ (функциям НИР)

относят
следующие:
– определение адекватной объекту управления (ОУ) математической модели (ММ);
– формулирование цели управления, т.е. критериев качества
управления;
– синтез структуры СУИМ (задача структурного синтеза), т.е.
установление оптимальных (рациональных) элементов устройства управления и взаимосвязей между ними;
– синтез параметров СУИМ (задача параметрического синтеза), т.е. определение оптимальных (рациональных) параметров
устройства управления

Слайд 7

Математическое описание ОУ
– определение структуры и параметров ОУ, наиболее существенно

влияющих на его статические и динамические характеристики.
вводят разумные допущения, позволяющие упростить математическую модель (ММ) объекта управления для цели синтеза и, напротив, детализировать ее для цели анализа СУИМ.
осуществляют в частотной или временной области
На предварительном этапе синтеза выбирают элементы объекта управления основываясь на основных параметрах и характеристиках их функционирования (временных диаграммах, средних или предельных значениях мощности, моменте, скорости, ускорении и т.п.)

Слайд 8

Формулирование критерия качества управления
целевая функция, цель управления, функционал качества,

оценка качества управления.
К числу формальных критериев качества, относят:
– быстродействие регулирования;
– точность регулирования;
– интегральные критерии, в том числе интегральные квадратичные;
– минимаксные, экономические, энергетические и т.д

Слайд 9

Синтез СУИМ
Нахождение ее структуры и параметров, обеспечивающих заданное качество управления

при известных входных воздействиях

Слайд 10

Анализ синтезированной СУИМ
Результат анализа должен дать ответ на вопрос, соответствует ли

синтезированная СУИМ требуемому качеству (критериям качества)

Слайд 11

Задача анализа СУИМ предполагает в общем случае решение
нескольких подзадач:
– определение

ММ СУИМ, отражающей ее доминирующие
свойства с учетом допущений, принятых на этапе синтеза СУИМ;
– оценка устойчивости СУИМ;
– оценка показателей качества при заданных аддитивных воз-
действиях на нее;
– оценка чувствительности СУИМ к вариациям ее параметров;
– оценка экономической, эксплуатационной эффективности
СУИМ, показателей надежности и др.

Слайд 12

при анализе СУИМ используется
– математическое моделирование (цифровое, аналоговое, цифроаналоговое);
– полунатурное моделирование

(симбиоз математической модели и физической установки);
– натурное моделирование (с применением моделей-макетов на основе применения критериев подобия модели и объекта, критериальных уравнений);
– экспериментальные исследования СУИМ.

Слайд 13

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУИМ

Слайд 14

Исполнительные механизмы

Слайд 15

Слайд 16

Электрические исполнительные механизмы постоянной скорости

Слайд 17

Слайд 18

Приводы
К приводам ЭИМ относятся следующие типы двигателей:
– коллекторные двигатели постоянного тока

(ДПТ);
– бесколлекторные двигатели постоянного тока (БДПТ);
– асинхронные трехфазные и однофазные (АД);
– синхронные трехфазные и однофазные (СД);
– шаговые (ШД).

Слайд 19

Функциональная схема (а) и схемы замещения (б, в, г) электродвигателя постоянного тока
Тэ,

Тв – электромагнитные постоянные времени соответственно
обмотки якоря и обмотки возбуждения

Являются приводами ЭИМ с переменной скоростью.

цепь якоря

цепь возбуждения

электромеханическая цепь

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

где ΔЕд , ΔМ – приращения координат ЭДС двигателя и электромагнитного

момента

ΔФ – приращение магнитного потока

Kф – коэффициент линеаризации кривой насыщения магнитной цепи,

Слайд 23

Слайд 24

Векторно-матричное описание ДПТ как объекта регулирования по цепи якоря

Слайд 25

Слайд 26

Асинхронные двигатели.

Слайд 27

При использовании таких двигателей в ЭИМ постоянной скорости
реализуют непосредственное подключение статорной обмотки к

сети с помощью контактного или бесконтактного (симисторного) реверсивного
пускателя. В этом случае пренебрегают как электромагнитными,
так и электромеханическими процессами в двигателе и модель
двигателя в осях «частота питающего напряжения – частота вращения ротора» представляют в виде масштабирующего звена

Слайд 28

При использовании таких двигателей в ЭИМ переменной скорости реализуют либо фазовое,

либо частотное управление

Слайд 29

Если нельзя пренебречь влиянием электромагнитных процессов на динамику электродвигателя
модель электродвигателя как

элемента СУИМ с частотным или фазовым управлением аппроксимируют линейным звеном второго порядка

Слайд 30

Синхронные двигатели.
Различают следующие виды:
– синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением (СД),

питающиеся от трехфазной сети переменного тока;
– синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ), питающиеся от трех- или однофазной сети переменного тока.

Слайд 31

Синхронные двигатели.
где f1н(р) – номинальная частота напряжения питания обмотки статора;
ω(р),

ωн – текущее (при пуске до номинальной скорости)
и номинальное значения скорости вращения двигателя;
Kсдпм – коэффициент передачи СДПМ;
Тсд – постоянная времени двигателя, определяемая по кривой разгона

ММ СДПМ в координатах «частота питающей сети – скорость
вращения ротора»

Слайд 32

Синхронные двигатели.
Для регулирования скорости вращения СДПМ в СУИМ переменной скорости применяют

реверсивные частотные преобразователи. В этом случае модель двигателя представляют передаточной функцией вида

Слайд 33

Шаговые двигатели.
Шаговые двигатели (ШД) – это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления

в угловое или линейное перемещение ротора с фиксацией его в заданном
положении без устройств обратной связи.
Современные шаговые двигатели являются, по сути, синхронными двигателями без пусковой обмотки на роторе, что объясняется не асинхронным, а частотным пуском шагового двигателя. Роторы могут быть возбужденными (активными) и невозбужденными (пассивными).
В СУИМ применяются реверсивные ШД.

Слайд 34

Шаговые двигатели.
Применительно к СУИМ ШД может в большинстве случаев
рассматриваться как безынерционное

или апериодическое звено

Слайд 35

Силовые преобразователи энергии
служат для преобразования электрической энергии промышленной питающей сети в

электрическую энергию с параметрами, отличающимися от параметров питающей сети. Преобразованная энергия отличается видом напряжения, уровнем, частотой и др.
В СУИМ применяют следующие типы СПЭ:
– электромагнитные усилители (в настоящее время не выпускаются вследствие низких энергетических и регулировочных показателей);
– электромашинные усилители-преобразователи (электромашинные усилители, электромашинные генераторы и др.) для питания ЭИМ передвижных, подъемно-транспортных установок, мощных ЭИМ в бумагоделательной, металлургической промышленности и т.п.;
– полупроводниковые (тиристорные, транзисторные, симисторные) для питания ЭИМ самого широкого назначения;
– электрические, пневматические, гидравлические СПЭ и их сочетания для питания ПИМ и ГИМ.

Слайд 36

Тиристорные преобразователи
Статическая модель. Статическая характеристика представляет собой регулировочную характеристику еп =

f(Uу).

Слайд 37

Динамическая модель.
Для целей синтеза САУ на практике применяют три модели:

Слайд 38

Транзисторные и симисторные преобразователи

Слайд 39

Датчики координат СУИМ
обычно представляются в виде безынерционных звеньев, входом которых являются

измеряемые координаты, а выходами – напряжения (0–10 В), токи (0–20 мА, 4–20 мА) или значения цифрового кода

тахогенератор постоянного тока

Слайд 40

Слайд 41

Регуляторы и корректирующие звенья
Независимо от технологического назначения регуляторов (регуляторов скорости, положения

рабочего органа, давления, уровня, температуры и т.д.) все они подразделяются на два больших класса
параметрические регуляторы класса «вход-выход»
регуляторы состояния

Слайд 42

Функциональные схемы регуляторов СУИМ

Слайд 43

Функциональная схема аналогового регулятора класса «вход-выход»
Обозначения на схеме:
A1 – операционный усилитель

(усилительное звено);
Zвх, Z0 – значения комплексного сопротивления во входной цепи и в цепи обратной связи операционного усилителя

Слайд 44

При математическом описании регуляторов применим следующую последовательность:
1. принципиальная схема регулятора;
2. передаточная

функция
3. переходная характеристика
4. переходный процесс
5. изображение блок-схемы регулятора (функциональной схемы)

Слайд 45

Пропорциональный регулятор (П-регулятор)
A1 – операционный усилитель;
Rз, R0, Rос – значения активного

сопротивления соответственно в цепях задания, собственной обратной связи операционного усилителя и обратной связи регулятора;

Хз – сигнал задания;
Хос – сигнал обратной связи с датчика регулируемой координаты;
Yвых – выходной сигнал регулятора.

Слайд 46

Интегральный регулятор (И-регулятор)
принципиальная схема И регулятора
Передаточная функция
Переходная характеристика
. Переходный процесс
функциональная

схема

Слайд 47

Дифференциальный регулятор (Д-регулятор)
принципиальная схема Д-регулятора
Передаточная функция
Переходная характеристика
. Переходный процесс
функциональная схема

Слайд 48

Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор)
принципиальная схема ПИ-регулятора
Передаточная функция
Переходная характеристика
. Переходный процесс
функциональная схема
Или

в виде изодромного звена

ПИ-регулятор, включенный в структуру САУ, обеспечивает
компенсацию одной большой постоянной времени объекта управления

Слайд 49

Пропорционально-дифференциальный регулятор (ПД-регулятор)
принципиальная схема ПИД-регулятора
Передаточная функция
Переходная характеристика
.Переходный процесс
функциональная схема

Слайд 50

Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор)
принципиальная схема ПИД-регулятора
Передаточная функция
Переходная характеристика
Переходный процесс
функциональная схема
Или в

виде изодромного звена второго порядка

ПИД-регулятор обеспечивает компенсацию двух больших постоянных
времени, обеспечивая тем самым форсирование динамических
процессов и улучшение динамики СУИМ

Слайд 51

Регуляторы включают, как правило, последовательно с объектом управления. Они призваны скорректировать

динамику СУИМ с целью удовлетворения требований к ее статическим и динамическим показателям.
Регуляторы, содержащие более одного интегратора, призваны обеспечить астатизм СУИМ при аддитивных воздействиях не только в виде ступенчатой функции времени, но и в виде временной функции более сложного вида.
При синтезе СУИМ вместо понятия «регулятор» часто применяют понятие «корректирующее устройство» («корректирующее звено»), включаемое последовательно с объектом управления или его частью, иногда – в обратной связи по регулируемой координате.

Слайд 52

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СУИМ
базируются на контроле текущего состояния объекта управления и

применении обратных связей по контролируемым координатам
Делятся на
1. разомкнутые (без ос);
2.Замкнутые
2.1 – стабилизации какой-либо координаты ОУ;
2.2– программного управления;
2.3 – следящие системы и системы воспроизведения движений

Слайд 53

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СУИМ
В зависимости от требований к статическим и динамическим

показателям управления применяют различные принципы организации обратных и компенсирующих связей в замкнутых СУИМ:
– по ошибке регулирования (с регулированием по отклонению выходной координаты от заданного значения);
– по вектору состояния ОУ (полному или редуцированному);
– по вектору возмущающих воздействий ОУ (с регулированием по возмущению);
– одновременно по векторам состояния и возмущающих воздействий (с комбинированным управлением).
Таким образом, можно выделить два класса ЭМСУ
– СУИМ постоянной скорости
– СУИМ переменной скорости.

Слайд 54

СУИМ постоянной скорости
релейно-контакторные системы управления (РКСУ)
СУИМ постоянной скорости с

бесконтактными (полупроводниковыми) реверсорами.

Слайд 55

Релейно-контакторные СУИМ (РКСУ)
Релейно-контакторные системы управления (РКСУ) реализуются по принципу разомкнутого управления

и применяются для управления электроприводами производственных механизмов, у которых не предъявляется высоких требований к качеству управления и ограничению координат СУИМ на допустимых уровнях
Наибольшее применение в РКСУ нашли одно- и трехфазные асинхронные двигатели

Слайд 56

Типовые узлы электрических схем РКСУ, осуществляющих пуск, торможение и реверсирование электродвигателя

Слайд 57

Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу времени
Управление в функции

времени предполагает, что в схеме управления есть аппараты, контролирующие время (т.е. реле времени) настраиваемые на отсчёт наперед заданных выдержек времени ti. Каждое реле включает соответствующий контактор ускорения.
ПУСК в функции времени

Слайд 58

Динамическоет торможение в функции времени
Преимуществами управления пуском, торможением и реверсом по

принципу времени является примерное постоянство времени пуска, торможения и реверса даже при значительных изменениях Мс, момента инерции, напряжений питающей сети, температуры катушек электромагнитных реле времени и пусковых сопротивлений, а также простота и надёжность.
Недостаток такого управления: значительное возрастание толчков пускового тока, момента при соответствующем увеличении статического момента и момента инерции на валу двигателя.

Слайд 59

Узлы пуска и торможения двигателей работающих по принципу скорости
Управление по принципу

скорости требует контроля скорости с последующим автоматическим воздействием на соответствующий аппарат управления.

Контролировать скорость ДПТ через его ЭДС можно благодаря тому, что при постоянном магнитном потоке в якоре возникает ЭДС пропорциональная скорости якоря

Недостатки схемы:
1) двигатель практически пускается в различных условиях, что меняет скорости, при которых закорачиваются сопротивления;
2) изменение скоростей переключения ступеней пускового сопротивления и бросков тока при колебаниях подводимого напряжения;
3) значительное различие напряжений втягивания контакторов
ускорения, требующие различные регулировки контакторов для различного исполнения их катушек.

Слайд 60

Схема торможения двигателя в функции скорости
В исходном положении ни один аппарат

не срабатывает. При нажатии SB2 включается контактор К1, двигатель подключается к сети через пусковое сопротивление R1 и разгоняется. В нужный момент включается контактор К4, т.е. привод вышел на
естественную характеристику. При нажатии SB1 отключается контактор К1, включается реле К3, и контактор К2.
Начинается динамическое торможение.

Слайд 61

Достоинства узлов схем работающих по принципу скорости: простота и дешевизна.
Недостатки: зависимость

времени пуска и торможения от величины статического момента, момента инерции, напряжения питающей сети, температуры сопротивлений и катушек, а также возможность задержки процесса пуска на промежуточной скорости вращения и перегревания пусковых сопротивлений, а также трудность настройки контакторов на различные напряжения втягивания

Слайд 62

Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающих по принципу тока
Управление в функции

тока реализуется применением реле минимального тока. Эти
реле включают контакторы ускорения в моменты достижения током двигателя заданного значения I2

Слайд 63

Узлы пуска и торможения электродвигателей по принципу пути
узел электрической схемы управления

электродвигателями работает в зависимости от положения в пространстве рабочих органов машин, технологических механизмов

Слайд 64

Типовые узлы схем автоматического управления электроприводами переменного и постоянного тока
Если питающая сеть

и сама машина допускают прямое включение на полное
напряжение, то осуществляется прямой пуск подключением статора асинхронной машины с
короткозамкнутым ротором к питающей сети. Для асинхронных двигателей Iпуск = (5-7) Iн.
В иных случаях прибегают к схемам
а) - с активными сопротивлениями;
б) - с дросселями (реакторами);
в) – автотрансформаторами

Слайд 65

Узлы пусковых роторных сопротивлений асинхронных машин
Автоматический пуск двигателей с контактными кольцами

обычно производится с последовательным закорачиванием отдельных ступеней пусковых сопротивлений контакторами

Слайд 66

Узлы схем, обеспечивающие пуск синхронных машин (СМ)
Наиболее простым способом пуска СМ

является пуск с подключенным напряжение возбуждения. Такой пуск осуществляется у машин с глухо подключенным возбудителем, где :
а) время разгона меньше времени самовозбуждения возбудителя (ГПТ)
б) момент статического сопротивления не превышает 40% Мн, т.е. Мс≤0,4Мн (иначе выпадение из синхронизма). В этом случае синхронизация осуществляется автоматически, а схема управления машины упрощается

Разрядное сопротивление ограничивает напряжение обмотки ротора при пуске,
улучшает механическую характеристику и обеспечивает ускоренное гашение поля при отключении машины от сети

Слайд 67

Узлы схем главных цепей машин пост тока

Слайд 68

Схемы управления ДПТ большой мощности

Слайд 69

Узлы защиты ИМ
Применяются следующие виды защит:
1. нулевая;
2. максимально и минимально токовая;
3.

тепловая;
4. специальные виды.

Слайд 70

Нулевая защита обеспечивает защиту от самозапуска двигателей при чрезмерном
снижении или кратковременном

исчезновении напряжения питающей сети. Защита осуществляется линейными контакторами и автоматическими выключателями
Максимально токовая защита обеспечивает защиту двигателей, преобразователей и элементов схемы управления от кз. Она осуществляется плавкими предохранителями, максимально токовыми реле и автоматическими выключателями.

ИЛИ!

Слайд 71

Тепловая защита обеспечивает защиту двигателей от перегрузки. Она осуществляется электротепловыми, максимально-токовыми

реле и автоматическими выключателями с тепловыми расцепителями. Электротепловые реле включаются в 2-е фазы непосредственно или через трансформаторы тока
В повторно-кратковременных режимах ЭП, когда характеристики нагрева реле и двигателей различны, защита от перегрузок двигателей осуществляется с помощью максимально токовых реле FA

Слайд 72

Минимально токовая защита
используется в двигателях ДПТ и СД для защиты

от обрыва цепи ОВ. Осуществляется защита минимально токовыми реле нулевого тока включаемыми в цепь ОВ двигателей. Действует на отключение двигателя

Слайд 73

Специальные защиты присущи отдельным двигателям или установкам в целом , к

ним относятся :
1. Защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения ДПТ .
2. Защиты от превышения напряжения в системе «Преобразователь – Двигатель».
3. Защита от превышения скорости.
4. Путевая защита (от движения рабочего органа
далее конечного положения).
5. Защита от затянувшегося пуска СД.

Слайд 74

Блокировки и сигнализации
Блокировки в электрических схемах обеспечивают правильный порядок работы

схем, исключают ложные срабатывания и повышают надежность работы СУЭП.
По назначению блокировки бывают:
1. Технологические.
2. Защитные.
По исполнению:
1. Внутренние (осуществляемые между аппаратами одной системы управления).
2. Внешние (осуществляемые между схемами различных систем управления)

Слайд 75

Технологические блокировки используются для осуществления заданной последовательности работы схемы
К защитным блокировкам

относят:
1. Путевые.
2.Блокировки защищающие операторов от неправильных действий.

Слайд 76

Сигнализации:
1. Контрольная – для контроля наличия того или иного сигнала, или

напряжения питания и истинного состояния включающих и отключающих аппаратов.
2. Технологическая - указывает последовательность операций совершаемых системой ЭП.
3. Аварийная – указывает на аварийное состояние в ЭП, технологии, либо в системе ЭП.

Слайд 77

Принципиальная электрическая схема станции ПУ-5522 управления короткозамкнутым АД

Слайд 78

РКСУ асинхронным двигателем с фазным ротором

Слайд 79

Бесконтактные СУИМ постоянной скорости
По принципу управления такие СУИМ подразделяются на следующие

типы:
– ручного управления «на месте» с помощью кнопок или ключей управления на стационарном или местном переносном проводном пульте управления без обратных связей по координатам объекта управления;
– ручного дистанционного управления по командам оператора, передаваемым по промышленной сети от пульта управления, промышленного контроллера, сервера верхнего уровня управления;
без обратных связей по координатам объекта управления;
– ручного/автоматического управления «на месте» или дистанционного управления с контролем как минимум выходной ко ординаты объекта управления, по промышленной сети от пульта управления, промышленного контроллера, сервера верхнего уровня управления;
– ручного/автоматического управления «на месте» или дистанционного управления с реализацией функций интеллектуального микропроцессорного управления.
!!!!!! все бесконтактные СУИМ постоянной скорости содержат как минимум бесконтактные малоточные элементы управления (транзисторы, симисторы, тиристоры), как максимум – бесконтактные силовые элементы (симисторы или тиристоры).

Слайд 80

Обобщенная функциональная схема СУИМ постоянной скорости
Обозначения на схеме:
ИУ – измерительное устройство;
ФЭ

– формирующий элемент;
ПРР – переключатель режима работы;
СПЭ – силовой преобразователь энергии;
Д – двигатель (привод) ИМ;

ИМ – исполнительный механизм;
РО – рабочий орган;
ДТК – датчик технологической координаты

Uз, Uос – маломощные сигналы задания и обратной связи (напряжение, ток или цифровой код);
Uуа, Uур, Uу – сигналы управления: автоматического, ручного, результирующего;
ω – скорость вращения (перемещения) привода ИМ;
y – выходная координата СУИМ

Слайд 81

Функции и реализации алгоритмов ФЭ
Релейно-импульсное управление (двух- и трехпозиционное) формируется релейными

регуляторами с широтно-импульсной (ШИМ) или время-импульсной (ВИМ) модуляцией при постоянном уровне задания скорости движения ИМ на время включения ЭИМ.
Широтно-импульсное управление ЭИМ предполагает задание двух параметров – периода T и скважности λ задания постоянной номинальной скорости двигателя.
Релейно-импульсное управление с ВИМ модуляцией, как и с ШИМ модуляцией, также позволяет реал. Частота следования импульсов управления и, соответственно, включения ЭИМ, в начальный период времени значительно выше, чем в последующее время. При этом аппроксимированная кривая изменения положения РО (см. пунктирную линию на рис. 5.8) соответствует ПИ закону реализовать типовые законы управления

Слайд 82

Системы стабилизации технологических координат
Требования к системам стабилизации формулируются в отношении выходной

координаты в статике и в динамике.
В статике, т.е. в установившихся (квазиустановившихся) режимах функционирования систем стабилизации можно сформулировать два основных тесно взаимосвязанных требования:
обеспечение статической точности регулирования выходной координаты при действии возмущений внешней среды;
обеспечение диапазона регулирования выходной координаты с заданной статической точностью.

Слайд 83

Статическая ошибка в системе стабилизации может быть сведена к нулю за

счет
– включения интегральной составляющей в закон регулирования этой координаты (интегратора в структуру регулятора);
– за счет компенсации возмущений (создания инвариантной системы в отношении возмущений);
– реализации скользящего режима во внешнем контуре (релейного закона управления с большой частотой переключения реле)

Слайд 84

В динамике
, т.е. в режимах отработки системой изменений задающих и возмущающих

воздействий внешней среды, к системе стабилизации могут предъявляться следующие требования:
а) в частотной области:
– обеспечение требуемой полосы пропускания замкнутого контура или частоты среза разомкнутого контура регулирования;
– обеспечение требуемых запасов по амплитуде и фазе логарифмической частотной характеристики (ΔL, Δϕ);
б) во временной области:
– обеспечение динамической точности стабилизации выходной координаты Δxвых(t);
– обеспечение быстродействия отработки ошибок регулирования при изменениях задающих и возмущающих воздействий (с);
– обеспечение требования к допустимому перерегулированию σ (%), колебательности выходной координаты xвых(t) (число колебаний) и т.п
Динамическую точность систем стабилизации оценивают по величине максимального отклонения Δxmax или по величине среднеквадратичного отклонения Δxск по отношению к заданному значению выходной координаты (%).

Слайд 85

Форсирование управляющего воздействия
Кривая 1 – реакция тока возбуждения на ступенчатое задающее

воздействие без форсировки управляющего водействия, кривая 2 - реакция тока возуждения на то же самое задающее воздействие с двухкратной форсировкой управляющего воздействия.
Форсировка осуществляется кратковременно на время tрег1, при котором ток возбуждения достигает заданного значения

Слайд 86

Компенсация больших постоянных времени объекта управления.
Выполняется после структурно-параметрической декомпозиции объекта управления
.

некомпенсированная малая постоянная времени

Слайд 87

Системы программного управления, ограничение координат СУИМ
основные требования к программным системам управления
а)

максимум быстродействия при минимуме динамической ошибки отработки любых программно-задающих воздействий;
б) ограничение координат СУИМ на допустимых уровнях во всех динамических режимах

К системам программного управления относятся системы, задающие воздействия которых меняются по некоторым программно-временным законам

Слайд 88

В электромеханических СУИМ требуется ограничивать, следующие координаты
– скорость электродвигателя (ω ≤

ωmax);
– ток якоря двигателя постоянного тока (iя ≤ iя,max, iя,max=λ·iя,ном, λ –перегрузочная способность двигателя) или ток статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (ic ≤ ic,max);
– скорость изменения тока якоря двигателя на допустимом уровне; для электрических машин обычного исполнения эта величина составляет (20-50) номинальных значений тока за секунду;
– ускорение электропривода (исполнительного механизма, рабочего органа) на уровне, определяемом требованиями технологического процесса, комфортности и др.

Слайд 89

Функциональная схема САР скорости с “отсечкой” по току якоря
Нелинейная обратная связь

по току якоря вступает в действие, когда ток якоря превысит максимально допустимое значение. При этом реализуется условие: |Uдт| > |Uотс|, где Uотс – напряжение “отсечки” нелинейного звена. Напряжение отрицательной обратной связи Uнз приводит к снижению напряжения управления силового преобразователя и cтабилизирует ток якоря на максимально допустимом уровне. В режиме токоограничения среднее значение Uдт ≈ Uотс.

Слайд 90

Ограничение координат СУИМ с помощью задатчиков интенсивности.
Задатчики интенсивности (ЗИ) служат, прежде

всего, для ограничения фазовых переменных СУИМ. В электромеханических СУИМ с помощью ЗИ ограничивают скорость, ускорение и рывок рабочего органа (первую, вторую и третью производные положения РО).
Задатчики интенсивности 1-го рода применяют для ограничения ускорения (замедления) электропривода и обеспечивают либо постоянство ускорения (замедления), либо постоянство времени регулирования при скачкообразном изменении сигнала задания скорости
Напряжение задания скорости Uзс можно изменять ступенчато. При этом выходной сигнал ЗИ будет меняться линейно в функции времени:
Uзи = U′зс = (1 / Tзи)Uрэ t,
где Uрэ – напряжение релейного элемента (РЭ), Uрэ = Uрэ.maxsign(Uзс - U′зс).

Слайд 91

ЗИ, обеспечивающие постоянство времени регулирования при ступенчатых изменениях задающего воздействия
время отработки

произвольного по величине скачка задания скорости постоянно и равно постоянной времени Tзи

Слайд 92

Задатчик интенсивности 2-го порядка
в отличие от рассмотренных ЗИ содержит интегратор

2-го порядка, что позволяет ограничить на допустимом уровне не только первую, но и вторую производную регулируемой координаты.
Если он установлен на входе замкнутого контура регулирования скорости, то на допустимых уровнях будут ограничены ускорение и рывок РО ИМ. Наиболее простая реализация такого ЗИ – апериодический фильтр 2-го порядка
.

Слайд 93

Системы следящего управления,
функционируют исключительно в режимах малых отклонений координат, т.е.

ни одна координата СУИМ (объекта управления и регуляторов) не выходит на режим ограничения. Перемещение рабочего органа осуществляется по произвольному, заранее неизвестному закону, определяемому внешней средой
Основной показатель функционирования следящих СУИМ – динамическая точность отработки достаточно плавно изменяемого задающего воздействия в условиях возмущающих воздействий на систему. Полная количественная оценка точности следящих СУИМ производится в результате анализа их работы в условиях совместного влияния задающих и возмущающих воздействий, которые, как правило, имеют стохастический (случайный) характер. В связи с этим сложилась практика оценки точности этих систем по точности воспроизведения лишь задающих воздействий, меняющихся с постоянной скоростью, постоянным ускорением или по гармоническому закону.

Слайд 94

Понятие добротности
Для оценки точности отработки задающих воздействий с постоянной скоростью и

ускорением вводятся понятия добротности САУ по скорости и ускорению.
Добротность по скорости в следящей системе можно оценить по формуле

Слайд 95

Синтез СУИМ переменной скорости
СУИМ переменной скорости требуют, как правило, регулирования не

только самой скорости электродвигателя, но и оптимизации режимов изменения электрических (электромагнитных) координат электропривода.
В основе синтеза таких СУИМ лежит соподчинение координат объекта управления и, соответственно, метод подчиненного регулирования

Слайд 96

Подчиненное регулирование координат

Слайд 97

Основные положения принципа подчиненного регулирования

Слайд 98

Оптимальные настройки контуров регулирования
В многоконтурных электромеханических системах подчиненного регулирования координат наиболее

распространены настройки отдельных контуров на
технический (модульный),
симметричный
апериодический оптимумы

Слайд 99

Технический оптимум

Слайд 100

Симметричный оптимум

Слайд 101

СУИМ. Лекция 2. Обобщенная функциональная схема СУИМ. Математическое описание функциональных элементов СУИМ

Содержание

Обобщенная функциональная схемаОбобщенная функциональная схема системы управления:Xз – вектор задающих воздействий;

Обобщенная функциональная схема локальной электромеханической системы управленияУЗ – устройство заданияСПЭ – силовые

Статические и динамические режимы и характеристикиСтатические режимы СУИМ характеризуются установившимися состояниями

Синтез и анализ СУИМ К основным задачам синтеза СУИМ (функциям НИР)

Математическое описание ОУ – определение структуры и параметров ОУ, наиболее существенно

Формулирование критерия качества управления целевая функция, цель управления, функционал качества,

Синтез СУИМ Нахождение ее структуры и параметров, обеспечивающих заданное качество управления

Анализ синтезированной СУИМРезультат анализа должен дать ответ на вопрос, соответствует ли

Задача анализа СУИМ предполагает в общем случае решение нескольких подзадач:– определение

при анализе СУИМ используется– математическое моделирование (цифровое, аналоговое, цифроаналоговое);– полунатурное моделирование

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СУИМ

Исполнительные механизмы

Электрические исполнительные механизмы постоянной скорости

ПриводыК приводам ЭИМ относятся следующие типы двигателей:– коллекторные двигатели постоянного тока

Функциональная схема (а) и схемы замещения (б, в, г) электродвигателя постоянного токаТэ,

где ΔЕд , ΔМ – приращения координат ЭДС двигателя и электромагнитного

Векторно-матричное описание ДПТ как объекта регулирования по цепи якоря

Асинхронные двигатели.

При использовании таких двигателей в ЭИМ постоянной скорости реализуют непосредственное подключение статорной обмотки к

При использовании таких двигателей в ЭИМ переменной скорости реализуют либо фазовое,

Если нельзя пренебречь влиянием электромагнитных процессов на динамику электродвигателямодель электродвигателя как

Синхронные двигатели. Различают следующие виды:– синхронные двигатели с электромагнитным возбуждением (СД),

Синхронные двигатели.где f1н(р) – номинальная частота напряжения питания обмотки статора; ω(р),

Синхронные двигатели.Для регулирования скорости вращения СДПМ в СУИМ переменной скорости применяют

Шаговые двигатели.Шаговые двигатели (ШД) – это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления

Шаговые двигатели.Применительно к СУИМ ШД может в большинстве случаеврассматриваться как безынерционное

Силовые преобразователи энергиислужат для преобразования электрической энергии промышленной питающей сети в

Тиристорные преобразователиСтатическая модель. Статическая характеристика представляет собой регулировочную характеристику еп =

Динамическая модель.Для целей синтеза САУ на практике применяют три модели:

Транзисторные и симисторные преобразователи

Датчики координат СУИМобычно представляются в виде безынерционных звеньев, входом которых являются

Регуляторы и корректирующие звеньяНезависимо от технологического назначения регуляторов (регуляторов скорости, положения