Бурный технический прогресс в области электротехники и электроники, наблюдающийся в последние годы, привел к существенным изменениям в теории и практике электрического привода. Эти изменения прежде всего касаются создания новой элементной базы и технических средств автоматизации, быстрого расширения областей и объемов применения регулируемого электропривода, который преимущественно реализуется в виде тиристорного электропривода постоянного и переменного тока. Существенные изменения произошли также в развитии автоматических систем управления электроприводами. &ги системы характеризуются преимущественным использованием принципов подчиненного регулирования, расширением практического применения адаптивного управления, развитием работ по векторным принципам управления электроприводами с двигателями переменного тока, применением аналоговых и цифроаналоговых систем управления на базе интегральных микросхем. Все шире используются управляющие вычислительные машины различных уровней, развиваются работы по прямому цифровому управлению электроприводами и др.
Учитывая современное состояние и перспективы развития автоматических систем управления электроприводами, авторы сочли целесообразным отойти от традиционного построения учебных пособий по системам управления электроприводами, сосредоточив основное внимание на теории, принципах построения и методах расчета современных автоматических систем управления тиристор-ными электроприводами. В книге не затрагиваются вопросы, относящиеся к системам управления с релейно-контакторным управлением и логическими элементами и к системам управления электроприводами с электромашинными и магнитными усилителями.
Не рассматриваются также принципы построения систем управления синхронными электродвигателями, так как вопросы теории и практики этих систем пока не установились.
Книга содержит одиннадцать глав. В гл. 1 излагаются основные принципы построения автоматических систем управления электроприводами в свете современного состояния теории и методов математического описания систем управления. В гл. 2—8 рассматриваются системы управления электроприводами постоянного и пере-
1* 3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .,,,...,..,,,,..,.. ,.,,..,,,...,,. 3
Глава первая. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ................,........ s
1-1. Задачи и принципы управления координатами электропривода .... — 1-1-1. Основные цели автоматического управления электроприводами.
Классификация систем управления............... —.
1-1-2. Общий подход к проектированию АСУ ЭП .......... 9
1-2. Математическое описание АСУ ЭП................... 11
1-2-1. Математическое описание нелинейных АСУ ЭП и их линеаризация................................. —
1-2-2. Формы математического описания линеаризованных АСУ ЭП 15
1-3. Стандартные настройки и их применение................ 17
1-3-1. Стандартные настройки простейших контуров......... —
1-3-2. Настройка контуров при наличии нелинейностей....... 21
1-3-3. Одноконтурная система. Понижение расчетного порядка системы.................................. 23
1-3-4. Ограничение промежуточных координат. Принцип подчиненного регулирования . . ....................... 26
1-3-5. Реализация передаточных функций регуляторов, выполненных
на операционных усилителях.................. 30
1-4. Восстановление переменных состояния объекта управления с помощью
наблюдающих устройств......................... 33
1-4-1. Принцип построения наблюдающего устройства полного порядка .................................. —
1-4-2. Редуцированный наблюдатель................, . 36
Глава вторая. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ................. 38
2-1. Двигатель постоянного тока и тиристорный преобразователь как основные элементы силовой части ....................... _
2-1-1. Математическое описание двигателя постоянного тока независимого возбуждения при управлении напряжением на якоре и потоком возбуждения ,,,,,,,.,,..,,......... _
2-1-2. Линеаризованная структурная схема двигателя независимого
возбуждения............................ 4о
2-1-3. Нереверсивный ТП, работающий на двигатель, при непрерывном токе.............................. 42
2-1-4. Статические характеристики нереверсивного преобразователя
при наличии прерывистых токов............... . 47
2-1-5. Реверсивный ТП . . ....................... 50
2-1-6. Динамические свойства тиристорного электропривода..... 52
2-2. Типовые структуры автоматических систем управления скоростью
электропривода.............................. 53
2-2-1. Одноконтурная система управления скоростью путем воздействия на напряжение якоря при постоянном потоке возбуждения..................................—
2-2-2. Управление электроприводом в системе с подчиненным токовым
контуром.............................. 59
2-2-3. Система двухзонного регулирования скорости электропривода 64 2-2-4. Компенсация нелинейностей, связанных с двухзонным регулированием .............................. 72
2-3. Некоторые особенности построения систем управления электроприводами, связанные со свойствами тиристорного преобразователя как
. элемента системы............................. 74
2-3-1. Ограничение якорного тока в переходных процессах .... — 2-3-2. Регулирование уравнительного тока в тиристорном электроприводе при совместном управлении группами реверсивного ТП 77. 2-3-3. Линеаризация характеристик токового контура при использовании ТП с раздельным управлением группами тиристоров 79
Глава третья. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА................. 82
3-1. Двигатели переменного тока как элементы АСУ........... 84
'3-1-1. Математическое описание асинхронного электродвигателя при
управлении частотой и напряжением статора......... —
3-1-2. Математическое описание асинхронного электродвигателя при
управлении со стороны ротора................. 94
3-2. Тиристорные преобразователи, работающие на электродвигателе
переменного тока, как элементы АСУ .......'.......... 97
3-2-1. ТП частоты со звеном постоянного тока............ —•
3-2-2. ТП частоты с непосредственной связью ............ 103
3-2-3. ТП в роторных цепях асинхронных электродвигателей .... 104 i
3-3. Автоматические системы управления скоростью асинхронных коротко- :;
. замкнутых электродвигателей...................... 107
3-3-1. Частотное управление электродвигателями в статических •
режимах.............................. —'..[.
3-3-2. Системы частотного управления с функциональными преобра- i
зователями координат.............."........ 110
3-3-3. Системы частотного управления с обратными связями по ЭДС
статора, скорости двигателя, скорости и току двигателя ... 113 :
3-3-4. Системы частотно-токового управления............ . 116
. З-Зт'5'. Система векторного управления................. 119
3-4. Автоматические системы управления скоростью асинхронных электродвигателей с фазным ротором .'.'.'............"....... 125 :
3-4-1. Система управления с введением добавочной ЭДС в роторную ''
цепь................................ —
3-4-2. Система управления с воздействием на добавочное сопротивление в роторной цепи........................ 127
3-4-3. Система управления с . воздействием на напряжение статора 130 ,
Глава четвертая. УПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПРИ УПРУГОЙ СВЯЗИ ДВИГАТЕЛЯ С МЕХАНИЗМОМ............ 131
4-1. Обобщенная структура силовой части электромеханической системы — Л-1-1. Математическое описание упруговязкого объекта....... —
4-1-2. Двухмассовая упруговязкая система «двигатель—механизм».
Расчет параметров упругих колебаний............. 138
4-2. Управление скоростью электропривода двухмассового упруговязкого
механизма в системе с подчиненным токовым контуром....... 143
4-2-1. Влияние упругости на работу системы управления электроприводом с подчиненным токовым контуром .......... —
4-2-2. Настройка контура скорости системы подчиненного регулирования с упругостью...................... '47
4-2-3. Некоторые способы коррекции системы подчиненного регулирования с упругостью при малых коэффициентах соотношения масс ................................ 154
4-2-4. Наблюдатель в системе управления скоростью с подчиненным
токовым контуром......................... 157
Глава пятая. СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ . . 161
5-1. Задачи стабилизации скорости электроприводов ............. •—
5-1-1. Классификация ССС...................-.-... —
5-1-2. Системы обработки информации о параметрах движения .... 1СЗ 5-1-3. Оптимизация систем стабилизации скорости с учетом регулярных и случайных составляющих возмущений и помех .... 160 5-2. Системы стабилизации скорости однодвигательных электроприводов 175
5-2-1. Аналоговые ССС......................... —
5-2-2. Цифроаналоговые и цифровые ССС точных электроприводов 176 5-2-3. Импульсно-фазовые системы стабилизации скорости высокоточных электроприводов..................... 181
5-3. Системы стабилизации скорости многодвигательных электроприводов 186 5-3-1. Характеристика промышленных установок с многодвигательными электроприводами..................... —
5-3-2. Системы управления скоростью и соотношением скоростей
взаимосвязанных многодвигательных электроприводов .... 190 5-3-3. Цифроаналоговые и цифровые системы управления скоростью и соотношением скоростей взаимосвязанных многодвигательных электроприводов................ ....... 197
Глава шестая. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПОЛОЖЕНИЕМ МЕХАНИЗМА . . ....... 199
6-1. Принцип построения системы управления положением........ —
6-2. Система управления положением механизма в режиме позиционирс?
вания.................................... 203
6-2-1. Настройка в режиме малых перемещений........... —
6-2-2. Позиционная система при отработке средних и больших перемещений. Реализация требуемого закона перемещения..... 205
6-2-3. Параболический регулятор положения............. 208
6-3. Система управления положением механизма в режиме слежения . . , 210 6-3-1. Задача следящего управления. Ошибки при отработке управляющего воздействия....................... —
6-3-2. Повышение точности отработки управляющего воздействия
за счет применения комбинированного управления...... 212
6-3-3. Двухканальные следящие электроприводы........... 216
389
6-3-4. Ошибки системы при основном возмущении и пути их уменьшения ............................... 220
6-4. Влияние некоторых особенностей механизма на работу следящего
электропривода............................., 224
6-4-1. Сухое трение и компенсация его влияния........... —
6-4-2. Электромеханическая выборка зазора в следящем электроприводе .........................., . , . 226
6-4-3. Настройка контура положения в системе с упругостью .... 230
Глава седьмая. ПРОГРАММНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ . . 232
7-1. Общие сведения о программном управлении.............. —
7-1-1. Классификация систем программного управления....... —
7-1-2. Общая структура систем ЧПУ ................. 234
7-2. Формирование законов управления АСУ ЭП в системах ЧПУ .... 235 7-2-1. Подготовка числовых программ на основании геометрической
и технологической информации................. —
7-2-2. Кодирование и воспроизведение числовой программной информации ............................... 2"8
7-2-3. Интерполяторы.......................... 240
7-3. Программные системы управления электроприводом с шаговыми
двигателями................................ 245
7-3-1. Основные характеристики шагового двигателя......... —•
7-3-2. Управление шаговым электроприводом............. 249
7-4. Программные АСУ ЭП, замкнутые по положению исполнительного
органа................................... 251
7-4-1. Датчики положения в программных АСУ ЭП......... —
7-4-2. Программная АСУ ЭП с импульсным датчиком и преобразователем «код—напряжение»...................... 255
7-4-3. Импульсно-фазовая программная АСУ ЭЙ........... 259
7-4-4. Программная АСУ ЭП с фазовым датчиком, работающим в
амплитудном режиме ....................... 262
7-4-5. Позиционная система программного управления........ 266
7-5. Система программного управления с управляющей вычислительной
машиной.................................. 271
7-5-1. Принципы работы и основные функции устройства ЧПУ с УВМ —•
7-5-2. Программная АСУ ЭП для многокоординатной установки . . . 276
Глава восьмая. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИМИ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАТЯЖЕНИЯ ПЕРЕМАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА ... 278
8-1. Задачи управления электроприводами, осуществляющими регулирование натяжения.............................. _
8-1-1. Прямые и косвенные методы измерения натяжения посредством измерения усилия, момента и мощности......... —
8-1-2. Задача поддержания натяжения в процессе разгона и торможения ............................... 281
8-2. Типовые структуры автоматических систем управления электроприводом, обеспечивающие стабилизацию натяжения............ 283
8-2-1. Автоматическая система управления электроприводом с регулированием мощности....................... _
8-2-2. Автоматическая система регулирования натяжения с поддержанием тока якоря......................... 285
8-2-3. Система двухзонного управления электроприводом наматывающего устройства.......................... 290
Глава девятая. АДАПТАЦИЯ В АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ . . 293
9-1. Основные положения по организации адаптивных систем управления
электроприводами............................. —
9-1-1. Задачи управления нестационарными системами электроприводов и механизмов ., ......... ,,.... ........ —
9-1-2. Определение частотных и временных характеристик..... 295
9-1-3. Адаптивные наблюдающие устройства идентификации .... 296
9-2. Беспоисковые адаптивные системы управления электроприводами . . . 299
9-2-1. Эталонные модели в беспоисковых адаптивных системах управления................................ --
9-2-2. Адаптивные системы управления со стабилизацией частотных
и временных характеристик................... 301
9-2-3. Адаптивные системы управления, построенные на сравнении
высокочастотных и низкочастотных составляющих сигналов . 303
9-2-4. Адаптивные системы управления с переключающейся структурой регуляторов......,.....,,...,........ 306
9-2-5. Адаптивные системы управления с наблюдающими устройствами
идентификации........................... 310
9-3. Поисковые адаптивные системы управления электроприводами . , , 314
9-3-1. Особенности поисковых систем управления .......... —
9-3-2. Организация движений к экстремуму в поисковых адаптивных
системах управления ....... ................ 315
9-3-3. Адаптивная система управления высокоточным электроприводом с минимизацией среднеквадратичной ошибки ...",.,. 320
Глава десятая. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ............. 325
10-1. Общие сведения о системах автоматизированного проектирования —
10-2. Основные этапы и методы моделирования автоматических систем
управления на АВМ ..,,,,,.................... 327
10-3. Эффективность использования структурной схемы в качестве исходного математического описания моделируемой системы ....... 329
10-4. Преобразование исходной структурной схемы............ 330
10-4-1. Преобразования, связанные с устранением идеальных дифференцирующих звеньев .,..,.,,, ............ 332
10-4-2. Детализация звеньев со сложными передаточными функциями 334 10-4-3. Преобразования, направленные на исключение нежелательных
связей............................... 335
10-5. Составление структурной схемы модели и определение ее параметров — 10-5-1. Составление структурной схемы модели по детализированной
структурной схеме системы................... —
10-5-2. Определение параметров структурной схемы модели .... 341
10-6. Алгоритмы численных методов моделирования систем управления
на ЦВМ................................, . 347
10-6-1. Метод Эйлера (метод ломаных)................. 349
10-6-2. Усовершенствованный метод Эйлера—Коши с итерациями —
10-6-3. Метод Рунге—Кутта (четвертого порядка).......... —
10-6-4. Метод А. В. Башарина..................... 350
10-7. Математическое моделирование систем управления на ЦВМ ... 351
10-7-1. Алгоритм без итераций (первое приближение)........ 352
10-7-2. Алгоритм с итерациями (второе приближение)........ 355
10-7-3. Стандартная и рабочая части алгоритма ........... 358
391,
Глава одиннадцатая. СИНТЕЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ . . ..........362
11-1. Общие соображения о синтезе АСУ ЭП с применением ЭВМ .... — 11-2. Синтез автоматических систем управления электроприводами на ЦВМ 364 11-2-1. Инверсные уравнения для основных составляющих обобщенного алгоритма синтеза..................... 365
11-2-2. Обобщенный алгоритм синтеза нелинейных систем управления
электроприводами......-. . ................ 367
11-2-3. Организация процедуры вычислений.............. 372
11-3. Примеры решения трех основных задач синтеза системы автоматического управления........................... 375
11-3-1. Задача первая —функциональный синтез........... 376.
11-3-2. Задача вторая—структурно-параметрический синтез .... 379
11-3-3. Задача третья — параметрнчгскнй синтез........... 331
d исок литературы '............................... 383
Предметный указатель............................. 385
Цена: 150руб.
