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

1.

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

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

3.

Обобщенная функциональная схема локальной
электромеханической системы управления
УЗ – устройство задания
ЭД – электродвигатель
СПЭ – силовые преобразователи энергии
ПМ – передаточный механизм
УИс – устройство измерения координат состояния
УИв – устройство измерения контролируемых возмущающих
воздействий

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

5.

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

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.)

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

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 (критериям
качества)

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 воздействиях на нее;
• – оценка чувствительности СУИМ к вариациям ее параметров;
• – оценка экономической, эксплуатационной эффективности
СУИМ, показателей надежности и др.

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.

13.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
СУИМ

14.

Исполнительные механизмы

15.

16.

Электрические исполнительные механизмы
постоянной скорости

17.

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).

19.

Функциональная схема (а) и схемы замещения (б, в, г)
электродвигателя постоянного тока
Являются
приводами ЭИМ
с переменной
скоростью.
цепь якоря
электромеханическая цепь
цепь возбуждения
Тэ, Тв – электромагнитные постоянные
времени соответственно
обмотки якоря и обмотки возбуждения

20.

21.

22.

где ΔЕд , ΔМ – приращения
координат ЭДС двигателя и
электромагнитного момента
ΔФ – приращение магнитного
потока
Kф – коэффициент линеаризации кривой
насыщения магнитной цепи,

23.

24.

Векторно-матричное описание ДПТ как объекта
регулирования по цепи якоря

25.

26.

Асинхронные двигатели.

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

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 или фазовым
управлением аппроксимируют линейным звеном второго порядка

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 трехили однофазной сети переменного тока.

31.

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

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

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.

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, 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.

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 – напряжения (0–10 В), токи (0–
20 мА, 4–20 мА) или значения цифрового кода
тахогенератор постоянного тока

40.

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

42.

Функциональные схемы регуляторов СУИМ

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

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)

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.

46.

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

47.

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

48.

Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор)
принципиальная схема ПИ-регулятора
ПИ-регулятор, включенный в
структуру САУ, обеспечивает
компенсацию одной большой
постоянной времени объекта
управления
функциональная схема
Передаточная функция
Или в виде изодромного звена
Переходная характеристика
. Переходный процесс

49.

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

50.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный
регулятор (ПИД-регулятор)
принципиальная схема ПИД-регулятора
ПИД-регулятор обеспечивает
компенсацию двух больших постоянных
времени, обеспечивая тем самым
форсирование динамических
процессов и улучшение динамики СУИМ
Передаточная функция
функциональная схема
Или в виде изодромного звена второго порядка
Переходный процесс
Переходная характеристика

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.

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

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.

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 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

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 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

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.

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.

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.

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

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

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

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

65.

Узлы пусковых роторных сопротивлений асинхронных машин
• Автоматический пуск двигателей с контактными кольцами
обычно производится с последовательным закорачиванием
отдельных ступеней пусковых сопротивлений контакторами

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

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;
4. специальные виды.

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!

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

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

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.

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)

75.

• Технологические блокировки используются для
осуществления заданной последовательности
работы схемы
• К защитным блокировкам относят:
• 1. Путевые.
• 2.Блокировки защищающие операторов от
неправильных действий.

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.

77.

Принципиальная электрическая схема станции ПУ-5522
управления короткозамкнутым АД
1

78.

РКСУ асинхронным двигателем с
фазным ротором

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).

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

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

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:
1. обеспечение статической точности регулирования выходной координаты при
действии возмущений внешней среды;
2. обеспечение диапазона регулирования выходной координаты с заданной
статической точностью.

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)

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 ( L, );
б) во временной
области:
– обеспечение динамической точности стабилизации выходной координаты xвых(t);
– обеспечение быстродействия отработки ошибок регулирования при изменениях задающих
и возмущающих воздействий (с);
– обеспечение требования к допустимому перерегулированию (%), колебательности
выходной координаты xвых(t) (число колебаний) и т.п
Динамическую точность систем стабилизации оценивают по величине максимального
отклонения xmax или по величине среднеквадратичного отклонения xск по отношению к
заданному значению выходной координаты (%).

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

86.

.
Компенсация
времени
больших
объекта
постоянных
управления.
Выполняется после структурно-параметрической декомпозиции объекта управления
n
Tμ i
i 1
некомпенсированная малая
постоянная времени

87.

Системы программного управления, ограничение
координат СУИМ
К системам программного управления относятся системы, задающие воздействия
которых меняются по некоторым программно-временным законам
• 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

88.

В электромеханических СУИМ
требуется ограничивать, следующие
координаты
– скорость электродвигателя ( max);
– ток якоря двигателя постоянного тока (iя iя,max, iя,max= ·iя,ном, –
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
рабочего
органа)
электропривода
на
уровне,
(исполнительного
определяемом
технологического процесса, комфортности и др.
механизма,
требованиями

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.

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).

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

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
• .

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.

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

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

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 на
• технический (модульный),
• симметричный
• апериодический оптимумы

99.

Технический оптимум

100.

Симметричный оптимум

101.

Апериодический оптимум

102.

Типовая методика структурнопараметрического синтеза