автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка методического и программного обеспечения выбора параметров регулятора тока в системе ТП-Д

На правах рукописи

РГБ ОД

- 8 ЯНВ 1936

ЯРМОЛЕНКО Юлия Алексеевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРА ТОКА В

СИСТЕМЕ ТП-Д

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и

системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1995 г.

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (Техническом университете) *

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Козырев С.К.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Булатов О.Г.

- кандидат технических наук, доцент Самойленко В.Я.

Ведущее нредпрни гие

- Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургического машиностроения

Защита состоится "16" февраля 1996 г. в 14 час, на заседании диссертационной) сонета К.053.16.06 в Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, аул. М-214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Автореферат разослан " $ " 199£_ г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К.053.16.06

к т.н., доцент <Диу<с£1М - Т.В. Лнчарова

- -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В настоящее время опыт, накопленный в различных отраслях науки и техники, помимо традиционных форм распространения. находит все большее применение в виде различных компьютерных приложений: от простейших, таких как электронные почта, журналы. конференции, до сложных информационных, экспертных и обучающих систем.

Новые компьютерные технологии, с одной стороны, облегчают доступ широкому кругу специалистов к информации, а, с другой стороны, позволяют использовать концентрированный опыт одной области п форме информационно-экспертных систем в смежных областях и в форме обучающих систем для подготовки своих специалистов.

Опыт проектирования, наладки и практической эксплуатации электроприводов, в гом числе гнристорных электроприводов постоянного тока, нашел свое отражение в многочисленных статьях, докладах на конференциях. учебниках, справочниках, технических руководствах и инструкциях. Такая разбросанность материала, разные подходы и стили изложения затрудняют освоение информации в процессе обучения студентов электро-приводчсской специальности и техников, работа которых в той или иной степени связана с эксплуатацией электроприводов.

Традиционные формы обучения (лекции, семинары, лабораторные занятия, расчеты и проекты), вносящие систематизацию и обобщение в поток общей информации, в большинстве случаев с точки зрения деятельности обучаемого имеют либо пассивный характер, либо независимый от способностей обучаемого темп подачи и освоения ма териала.

Решение задачи обучения могло бы быть дополнено средствами программированного обучения, когда переход от одной порции информации к другой и темп этого перехода определяется активной деятельноеп>ю конкретного обучаемого в процессе освоения материала. При этом обучение не должно носить чисто информационный характер, а должно включап, интерактивные элементы, такие как: контроль в форме вопросов и ответов: смешанный диалог пользователя с машиной, когда необходимость рассмотрения того или иного материала и глубина его подачи определяется ю пользователем, то машиной; динамические элементы, поясняющие принципы действия элементов и системы электропривода в целом, иллюстрирующие математические модели привода.

В диссертации разработаны вариант методики и соответствующая информационная программа с элементами обучения, посвященная выбору

параметров регулятора тока и позволяющая изучить основные вопросы, связанные с динамикой контура тока в системе подчиненною регулирования коордшт тиристорного электропривода посгоянною тока.

Методическое программное обеспечение разрабатывалось для работы в среде Windows на объектно-ориентированном языке С++ с использованием компилятора и интегрированном среды разработки Borland С++ 4.5.

Примененный к написанию программы подход, с максимальным использованием иандартных для Windows средств, позволт данной программе длительное время оставаться в использовании, а также улучшать свои характеристики при появлении новых версий Windows.

Программа ориентирована на пользователя, который прослушал курс "Теория электропривода", и предназначена для углубления знаний системы ТП-Д с учеюм реальных процессов, происходящих в ней. таких как:

• изменение параметров якорной цепи:

• нелинейность тиристорного преобразователя;

• влияние противо-ЭДС двигателя;

• режим прерывистых токов.

Цель и задачи работы. Цел!, настоящей работы - разработка программы, ориенi кропанной на процесс обучения студентов специальност и 18.04 "Электропривод и автоматика промышленных установок и комплексов" и позволяющем изучить основные вопросы, связанные с динамикой контура тока в системе подчиненного регулирования координат тиристорного электропривода пос тоянного т ока.

Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы были поставлен!,i и решены следующие задачи:

• обобщит!, теоретический, научно-исследовательский и практический опьп реализации контура тока в системе ТП-Д;

разработать методические подходы к изложению комплекса проблем, связанных с процессами, происходящими в контуре тока системы ТП-Д:

реализовать разработанную меюдику в виде информационной программы с элементами обучения, предназначенной для учебного процесса.

Методика проведения исследований. Работа проводилась по намеченному плану, включающему теоретическую постановку задачи исследования. обобщение известного материала по вопросам динамики контура тока тиристорного электропривода, выбор методических, технических и программных средств, разработку программы с элементами обучения и методики представления материала в программе, компьютерную реализацию.

Научная новизна. Впервые обобщается материал по принципам построения и динамическим свойствам контура тока тиристорного электропривода постоянного тока, настроенного на модульный оптимум, и предлагается методика представления материала для изучения рассматриваемог о обьск-та. На основе сформулированных в работе требований к информационной программе с элементами обучения по рассматриваемому объекту разработана структура программы, которая реализует одновременно модели жесткой и гибкой концепции деятельности, предоставляет возможность последовательного или выборочного изучения материала, состоящего из описательной, графической и интерактивной частей, с выделением основных проблем и возможностью углубления знаний пользователя. Разработано соответствующее программное обеспечение, открытое для дальнейших доработок и развития и реализующее метафору "рабочий стол" с совмещением "диалога, управляемого системой", "диалога, управляемого пользователем", "естественного диалога", "последовательного диалога", "смешанной структуры диалога" и "фиксированной адаптации".

Практическая ценность работы. Настоящее программное обеспечение установлено в компьютерном классе кафедры АЭГ1 МЭИ. Планируется его применение в учебном процессе для поддержки практических занятий по курсам "Теория электропривода", "Системы управления электроприводами", при работе над типовыми расчетами и курсовыми проектами, при юдготовкеаспирантов.

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались ta заседании кафедры АЭП МЭИ 15 ноября 1994 года.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введе-шя, 6 глав, заключения, содержит 135 страниц машинописного текста. 34 чисунка. I таблицу, список литературы, состоящий из 43 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы пели и за-(ачи работы, а также требования к разрабатываемому методическому и ipor раммному обеспечению.

В первой главе рассматривается сложившееся на сегодняшний день наиболее распространенное в научно-технической литературе представление нристорного электропривода, его элементов как объектов управления, vi аиболее часто принимаемые при этом основные допущения. Такое пред-гавленне и используется далее при разработке программного обеспечения.

- h -

Рассма фнванлся цепь якоря и цепь возбуждения двигателя постоянного токи, их особенности, соответствующие математические модели, определяются их параметры. Обосновывается выбор канала управления.

Рассматриваются особенности тиристорного преобразователя, основные режимы его работы, варианты систем импульсно-фазового управления. Вводится модель тиристорного преобразователя, определяются параметры модели.

Обосновывается переход к ошоеительным единицам и строится соответствующая математическая модель реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением, работающего tía якорную цепь двигателя постоянного тока в режимах непрерывного и прерывистого токов, но средним значениям тока в относительных единицах.

Ча базовые единицы принимаются следующие значения:

Vk=E(i„. /,.-=< Ф//=Ф//./о,~Я,/,/ГА-Фа К Т^Т^Ц/Ч,. i\ti=k<J>i,l,,. ./,,= 7), Мi,/ о)/( =(/<0l,rLi/Rl,:.

где RH. /-и - сопротивление и индуктивность якорной цепи: I- постоянная времени якорной цепи; Е(к)-Е:1цц( iu/n)sin(iii/7i I - максимальное значение Г)ДС преобразователя; Ф,/ - номинальный поток двигателя; k-Pi¡i\7í 2ли) - конструктивный коэффициент двигателя, выраженный через число пар полюсов p,¡. число стержней обмотки якоря N, число пар параллельных ветвей в ней а.

При расчетах режимов работы преобразователя используются следующие извес тные зависимости для режима непрерывног о тока:

К п, = cos а. di], = г:],, - Ф'о)' -

и для режима прерывистого тока:

/■:'„, =Ф" а/+ !'„/{'„.

, J ( ... м . я) л Л = 2 arceos 1. ш sin --- -« + —

v \ л III' т

I ((*)(, , ■ ( 'Т1 i- Л''"' ■ *)

i„ - - — eos а - eos Л + а---- - Л sin а - - h,„ — sin — .

,,. .,,,-. я\ \ m¡ \ mi \ т I 1л т!

2ii, lhl.„ sin

II!

где т - фазное п. пульсации; а - угол управления тиристорного преобразователя: л - интервал проводимости вентиля; Пг - угловая частота сети; Е* п/ - 'ЭДС преобразователя в относительных единицах: Ф' - поток двигателя в относительных единицах: от* - угловая скорость двигателя в относительных единицах; ¡'>t - ток якоря дишатсля в относительных единицах; R'y¡, 1.'я -

сопротивление и индуктивность якорной цепи в относительных единицах-, х - относительное время.

Оценка того, в каком из режимов работает преобразователь проводится по формуле

О, 7'

я лЛ .

---— Л »1СТ .

т >»)

Во второй главе на основе обзора научно-технической литературы излагаются свойства замкнутого тиристорного электропривода постоянною тока. Из получивших наибольшее применение двух типов организации замкнутой системы управления (с общим суммирующим усилителем и подчиненного регулирования с последовательной коррекцией) предпочтение было оIдано системе подчиненного регулирования с последовательной коррекцией при настройке контура тока на модульный оптимум. Такая :истема управления позволяет раздельно регулировать координат и раздельно настраивать контура регулирования, что существенно облепает техническую реализацию коррекции и практическую настройку сисчемы. Для разработки методического и программного обеспечения формулируется условия синтеза системы, проводится линеаризация объекза управле-(ия. Упрошенная структурная схема контура тока представлена на рис. I.

Рис. 1. Упрошенная структурная схема контура тока в режиме непрерывного тока без учета внутренней обратной связи по ЭДС двигателя

Выбор параметров регулятора тока без учета противо-ЭДС в режиме пе-рерывно! о тока осуществляется с учетом общепринятых допущений и ис-олыованием известных формул.

Регулятор тока при настройке контура на модульный оптимум нред-гавляет собой ПИ-регулятор, а его передаточная функция имеет вид

") " IV 7 III Р

те К'Тц - козффициент передачи линеаризованного тиристорного пре-Зразователя в относительных единицах; Г,и - постоянная времени тирпс-фного преобразователя в относительных единицах; Т*}1- постоянная премии якорной цепи в относительных единицах; иг- соотношение постоян-.IX времени контура регулирования тока.

- к -

Переда!очная функция для замкнутого контура регулирования тока определяется по формуле

" пи ,</')- .... ' ... , . •

При а г=2 получаем настройку па модульный оптимум, при котором минимальное время регулирования г,,=4.7'ГП1 достигается с малым перерегулированием (рис. 2).

При а ¡>2 процесс протекает более медленно и с меньшим перерегулированием. При ч, <2 - более быстро и с большим перерегулированием.

Рис. 2. Реакция контура тока. настроенного на модульный оптимум, на

скачок задания

В третьей главе анализируются изложенные в научных публикациях проблемы компенсации влияния режима прерывистого тока на динамику переходных процессов. Предварительно рассматриваются структуры и параметры якорной цепи тиристорпого электропривода в режимах непрерывного и прерывистого токов, а затем - ряд технических решений, обычно используемых для приближения динамики контура тока в режиме прерывистою тока к динамике в режиме непрерывного тока с целью применения в дальнейшем при разработке методики и программы.

Поскольку зона прерывистых токов составляет в электроприводах со сглаживающим реактором в цепи якоря 5...И)"», а при отсутствии реактора 20...30"» номинального тока двигателя, не учитывать наличие этого режима при пост роении замкнутого по току привода нельзя.

В зоне прерывистого тока индуктивное сопротивление цепи якоря проявляет себя как некоторое фиктивное сопротивление /Г0;/ЛТ. а электромагнитная постоянная времени цепи якоря не оказывает влияния на переходные процессы и принимается равной нулю, так как изменение среднего значения тока якоря при регулировании угла управления происходит без задержки. Среднее значение тока якоря практически определяется индук-

тивностью якорной цепи, углом управления и ЭДС двигателя. Влияние режима прерывистого тока учитывается введением фиктивною сопротивления R*<t>uia и большего коэффициента усиления тиристорного преобразователя К"у,/.

Выбранный из условия непрерывного тока ПИ-регулятор тока непригоден для режима прерывистых токов. Так как Л*ф//а/А"n,»R'иК"ти. m система с регулятором тока, выбранным но условиям непрерывного гока, имеет большое время регулирования. Если же настроить регулятор тока по условиям быстродействия в режиме прерывистого тока, то при непрерывном токе система будет колебательной.

Фиктивное сопротивление рассчитывается по известной формуле:

и зависит только от интервала проводимости, который, в свою очередь, при наличии обратной связи по ЭДС не зависит от угла коммутации и определяется в основном током нагрузки.

Коэффициент усиления преобразователя в режиме прерывистого тока представляется в виде двух функциональных зависимостей Лm-fl 1 (р !. Л"а/. где fCa - коэффициент, характеризующий зависимость 17щ от а; Ff(p) - передаточная функция между углом а и напряжением управления

и'у- .

Из анализа регулировочных характеристик тиристорного преобразователя для режимов непрерывного и прерывистого токов вытекает, что в диапазоне значений среднего выпрямленного гока от минимального в прерывистом режиме до гранично-непрерывного гока изменение К'Щ не столь существенно.

Для требуемого качества регулирования в обоих токовых режимах обычно используются специальные решения, обеспечивающие соответствие структуры и параметров регулятора тока изменению режима работы привода. • 1

Чтобы поддержать равенство передаточной функции замкнутого кошу-ра при прерывистом и непрерывном токах, регулятор тока должен имен,:

а) при непрерывном токе пропорционально-интегральную характеристику и передаточную функцию ( 1 );

б) при прерывистом токе интегральную характеристику и переда iочную функцию вида .

Применяемые схемы устройств адаптации подразделяются на два вида: регуляторы без переключения структур и с переключением структур. Известны четыре основных варианта схем без переключения структур:

1) с форсирующим звеном в пени образной связи но току;

2) контур тока с жесткой и гибкой связями по току;

3) контур тока с двумя жесткими связями по току;

4) с эталонной моделью.

Подробно рассмотрены два варианта схемы с двумя жесткими связями но току (с П- и IIИ-регулятором внутреннего контура), поскольку использование в системе регулирования двух контуров тока позволяет хорошо скомпенсирован, изменение структуры и параметром привода при переходе в режим прерывно ого токи, практически не усложняя сиоемы.

Обобщены рекомендации по применению каждого из этих вариантов: при I), >30 мс целесообразно использовать П-регулятор внутреннего кон-1 ура эока. а при '1)/<30 мс - ПИ-регулятор.

Для линеаризации регулировочной характеристики тириеторного ире-обрлзова юля и исключения зоны нечувствительности в объекте управления применяю) подчиненный контур регулирования напряжения преобра-юна юля.

При использовании в контуре напряжения интегрального регулятора напряжения с малой постоянной времени и оптимизации кош vpa на модульный оптимум в юне непрерывного тока при практически безынерционном да i чикс напряжения и оюутсшпп филыра на входе СИФУ обеспечивает бью рое прохождение зоны нечувствительности и иракшчески не влияет на быо роденс i вис коп i ура регулирования тока.

В системах с раздельным управлением тиристориыми преобразователями за период так называемой аппаратной паузы быс тродействующий регулятор напряжения накапливает большую ошибку, вызывающую значительное перерегулирование. Это устраняют соответствующей раздвижкой характеристик или введением во входные цепи регулятора напряжения бесконтактных ключей, размыкающихся на время паузы.

В зоне прерывистого тока обратная связь по напряжению практически становится обратной связью но ЭДС двигателя. При неизменных параметрах регулятора напряжения, кошрые выбирают исходя из условий работы в зоне непрерывного тока, динамика регулирования напряжения ухудшается за счет включения в контур инерционного звена, учитывающей внутреннюю обратную связь по ЭДС. Быстродействие контура несколько снижается, а колебательность возрастает . Однако система регулирования тока с подчиненным регулированием напряжения значительно превосходит по своим качествам систему с внутренним контуром тока как в случае работы с люфтом в регулировочной характеристике тириеторного преобразователя. так и в зоне прерывистого тока.

При использовании в контуре напряжения пропорционального регулятора напряжения и фильтра в цепи обратной связи с постоянной времени, равной электромагнитной постоянной времени якорной цепи, и кошуре тока становится возможным применить интегральный регуияюр с постоянной времени, обеспечивающей необходимое демпфирование контура тока.

При использовании в контуре напряжения апериодического регулятора и в контуре тока регулятора, интегрального по каналу управления и интегрально-пропорционального по каналу обратной связи по току (фирма "Вестингауз" (США)) зона нечувствительности в регулировочной характеристике и зона прерывистого тока тиристорного преобразователя практически не влияют на процесс регулирования тока. Регулятор тока обеспечивает хорошие динамические качества регулирования в зоне прерывистого тока, поскольку контур напряжения, характеризуемый в зоне прерывистого тока пониженным быстродействием и повышенной колебательностью. охватывается сильной гибкой обратной связью по току, оказывающей демпфирующее воздействие на переходную функцию тока. В результате быстродействие контура тока практически определяется постоянной времени цепи обратной связи и мало зависит от параметров прямого канала, в который входит замкнутый контур напряжения.

Для улучшения динамики контура тока в современных системах автоматического управления используют адаптивные регуляторы тока, которые меняют свою настройку в зависимости от изменения параметров якорной пени двигателя при переходе из режима непрерывного тока в режим прерывистого тока и наоборот. Для того, чтобы характер протекания переходных процессов в обоих режимах был одинаковым, адаптивный регулятор должен, во-первых, увеличить свой коэффициент усиления, чтобы компенсировать уменьшение коэффициента передачи объекта при переходе в режим прерывистого тока, и , во-вторых, изменить свою структуру для компенсации изменения структуры объекта регулирования.

В дальнейшем рассматривались адаптивные регуляторы, построенные по принципу управления параметрами и структурой в функции интервала проводимости вентилей с частотой выпрямленного тока, поскольку в этом случае исключаются броски якорного тока.

Применение адаптивного ПИ-регулятора тока без изменения структуры, который изменяет коэффициент усиления К"л в функции интервала проводимости А., позволяет скомпенсировать уменьшение коэффициента передачи объекта К"п/К'фию ъ режиме прерывистого тока:

. чг 4 • л-ц. • /■;,

д _-----------.

т-Х

Струкзурная схема системы показана на рис. 3.

Адамчшшый /)<', т. тчир __/\_.

ii+r^m', к, г] h IV /

J ' - m 1 тР 1 + TWP ^ ФИ M

Рис. Сзрукiурная схема замкнутою контура тока с адаптивным регулятором в режиме прерывистого тока

Адаптивный регулятор с изменением структуры (рис. 4) для инвариантности динамических свойств замкнутого контура регулирования тока в режиме непрерывного тока должен быть пропорционально-интегральным

<>-/., Л-;,1;.7''''.

' с ,1>

а в режиме прерывистого юка - интегральным

I г //'

(де '/'"- / '. А";

5., . л-;, '

>,,, / À m

r- I+Trlp /

t n ' ni'

Kl

Рис. 4. С'трукчурная схема адаптивного регулятора тока с переключени-• ем структуры и изменением параметров

Адаитвныи рег улятор с интегрирующим звеном обеспечивает плавное изменение структуры и исключает возможность бросков выходною сигнала регуляюра, а. следовательно, и бросков якорного тока.

В четвертой главе по данным публикаций проведен анализ влияния внутренней обратной связи по 'ЭДС двигателя, рассмотрены возможности

коррекции иастройки регулятора тока с учетом влияния прогиво-ЭДС и наиболее часто используемые способы компенсации этого влияния. В дальнейшем с учетом всех особенностей и допущении это отражено в методике и программе.

Степень влияния обратной связи по ЭДС на качество переходных процессов зависит от соотношения параметров системы регулирования Т"тп/Тм и Tf/7*м, где ТM=J'R'я/Ф'2 - электромеханическая постоянная времени. При значениях этих соотношений, стремящихся к нулю, т.е. при чалых значениях Ттп и Гя и больших значениях Vм влиянием прогиво-ЭДС двигателя на настройку переходных процессов можно пренебречь.

При замыкании контура тока рост эквивалентной постоянной интегрирования 7"ц )кв~атТ"тп приводит к снижению коэффициента усиления <онтура. увеличению перерегулирования, ухудшению быстродействия. Гледовательно, чем меньше постоянная интегрирования токового контура, тем меньше влияние цепи внутренней обратной связи по ЭДС двигателя. Эднако значение 7*;/ экв не должно быть существенно меньше 27*ш, ибо в гаком случае усиливаются высокочастотные колебания.

Перерегулирование возрастает с уменьшением коэффициента относительного затухания якорной цепи, равного = 1/2^7^ / Т'м .

Если привод не работает в режиме стопорения, влияние ЭДС двигателя ложет быть учтено при настройке регулятора тока без изменения его гтруктуры. Система, настроенная с учетом ЭДС более быстродействую-цая. В тех случаях, когда Т ТП слишком мала и быстродействие при Í--/2/2 слишком велико, его уменьшают за счет увеличения постоянной интегрирования токового регулятора.

Для компенсации противо-ЭДС на вход тиристорного преобразователя юдается сигнал компенсирующей обратной связи по ЭДС двигателя, а в 1ередаточной функции компенсирующей связи используют форсирующее 1вено. Для улучшения помехозащищенности контура компенсации вместо [исто форсирующего звена включается форсирующее звено с фильтром.

Специальные структуры токового контура, улучшающие динамику при-юда в режиме прерывистого тока, обычно малочувствительны к влиянию )ДС двигателя.

В пятой главе анализируются широко используемые в настоящее время >бщие подходы к автоматизации выбора и коррекции параметров регуля-ора тока в цифровых микропроцессорных системах управления тирисюр-шми электроприводами постоянного тока для поддержания оптимально-о управления в условиях непредвиденного изменения параметров. Рассматриваются как неадаптивные системы, так и адаптивные (пара-

метрические. сигнальные, комбинированные, поисковые и беспоисковые). Их достоинства, недостатки и принимаемые допущения были учтены при разработке методики.

Аналоговые и цифровые САР. построенные по принципу подчиненного регулирования, даже при постоянстве параметров электропривода не позволяю! учесть специфические особенности ТП: дискретный характер управлении; неполную управляемость; наличие пульсаций в кривой выходного напряжения, - и получить оптимальные (предельные) по быстродействию динамические характеристики.

В реальных условиях параметры якорной цепи при непрерывном токе изменяются в достаточно широких пределах. Так. сопротивление обмотки якоря при нагреве увеличивается на 40 - 60 "», Изменяется сопротивление обмотки возбуждения, что влиясч на ток возбуждения и магнитный поток двигателя. Мри изменении параметров электропривода появляется ошибка в регулировании тока, процесс регулирования становится неоптимальным.

Для поддержания оптимального управления в условиях непредвиденного изменения параметров электромеханической системы находят применения системы автоматическою управления электроприводом, нечувствительные к изменению параметров. Такие системы строятся на основе применения принципа управления с адаптацией (приспособлением): параметрические. сигнальные, комбинированные, поисковые, беспоисковые с эталонной моделью.

Иногда применяют особые неадаптивные системы, которые обладают в некоторых пределах свойсшами стабилизации динамических характеристик сисюмы к изменяющимся параметрам объекта управления:

• за счет организации в САУ с обратными связями высокою коэффициента усилении; . организации авт околебательного режима: » организации скользящего режима.

Для построения оптимальных адаптивных цифровых регуляторов гока гирпсгорных электроприводов наиболее перспективно применение прогнозирующих моделей, работающих в ускоренном масштабе времени.

В шеето ¡i главе описан процесс разработки программного обеспечения, а именно: выбор средств разраГнхки и описание профаммы.

Для написания программы с эффективным кодом, высокой нереноспмо-CIUO между компьютерами и операционными системами был выбран язык программирования С+ + .

Программа скомпилирована для операционной оболочки Windows 3.1. которая является наиболее распространенной и удобной для большего количества пользователей. Данная операционная оболочки используется на

персональных компьютерах линии IBM с процессором Intel 80286 и в:,¡¡¡¡С. однако использование программы возможно лишь на компьютерах с процессором не ниже Intel 80386 или совместимых с ним.

Для использования всех возможностей разработанной программы необходимо иметь компьютер, оснащенный звуковой платой.

Для максимального удобства при программировании под Windows (в том числе, с точки зрения обеспечения методической литературой) выбраны компилятор и интегрированная среда разработки фирмы Borland International С++ 4.5. Использование стандартных средств Windows позволит легко дорабатывать и совершенствовать рассматриваемую программу.

Разработана структура программы, которая предоставляет возможность последовательного или выборочного изучения материала, состоящего из описательной, графической и интерактивной частей, с выделением основных проблем и возможностью углубления знаний пользователя.

Программа ориентирована на пользователя, который прослушал курс "Теория электропривода", и предназначена для углубление знаний системы ТП-Д с учетом реальных процессов, происходящих в ней, таких как: изменение параметров якорной цепи;

• нелинейность тиристорного преобразователя; влияние противо-ЭДС двигателя;

режим прерывистых токов.

При обращении к программе высвечивается заставка с названием и тематикой программы, рекомендациями к уровню знаний пользователя. Далее появляется окно с представлением схемы изучения материала. Пользователь может выбрать либо любой интересующий его вопрос, либо работать, изучая материал последовательно. Работа с информационной частью программы организована по стандарту оболочки WINDOWS. Пользователь имеет возможность распечатать интересующий его материал или скопировать его в свой документ, положить "закладку" и осуществить быстрый юиск нужного ему материала. Специальная кнопка "Модель" позволяет зызвать специальное окно, предназначенное для моделирования переход-дых процессов, возникающих в контуре тока системы ТП-Д. Пользователь ножст выбрать тип структуры системы, а именно

• линеаризованную структуру с настройкой на модульный оптимум без учета противо-ЭДС двигателя;

• линеаризованную структуру с настройкой на модульный оптимум с учетом противо-ЭДС двигателя;

• структуру с настройкой на модульный оптимум с учетом нелинейности тиристорного преобразователя;

- к. -

• структуру с настройкой на модульный оптимум с учетом зоны прерывистых токов.

Кроме того, для вариантов, учитывающих влияние какого-либо из перечисленных явлений, пользователь может:

. построить график переходного процесса в контуре тока, соответствующий выбранной структуре; выбрать из ряда предложенных способ компенсации:

• изменить параметры регулятора тока, тиристорного преобразователя. якорной цепи и механической части привода;

. построй и. новый график при измененных параметрах или структуре на фоне счарого;

получить доступ к сервисной функции изменения цвета графика.

Для удобства работы при совмещении нескольких окон на одном экране пользователь имеет возможное п. изменяп, размеры окна "Г рафик".

В разделе "Настройка" имеется возможность изменить масштабы и градуировку осей графика, удалить и восстановить координатную сетку, иод-' ключить измерительный курсор для удобного определения координат точек. включить и выключать голосовые комментарии к действиям, которые выполняет пользователь.

В соответствии с изложенным, программа позволяет при рассмотрении какого-либо из вопросов вызывать любое из описанных окон или несколько окон одновременно.

По желанию можно знакомиться с материалом, предлагаемым программой. последовательно либо по выбору с интересующими разделами. Рассмотрение каждого вопроса сопровождается кра тким теоретическим материалом с возможностью углубления изучения, структурными схемами, работой с окном "["рафик" с возможностью самостоятельно изменять параметры в сие теме. При окончании рабо ты с каждым вопросом по желанию предусмотрен рубежный кот роль.

При затруднениях имеемся возможность: измени п. глубину изложения;

. получить обьяснения к графикам переходных процессов;

. получить обьяснения к неясным терминам и обозначениям; быстро просмотреть уже пройденный путь.

Пользователь, решивши)! подробно и последовательно изучить предла-!аемый комплекс вопросов, сначала знакомится с гиристорным электроприводом постоянного тока как обьектом управления. В этом разделе предоставляется теоретический материал, уравнения, структурные схемы цепей якоря и возбуждения двигателя, тиристорного преобразователя.

Далее предлагается методика настройки контура тока на модульный оптимум при линеаризованной характеристике тиристорного преобразователя без учета внутренней обратной связи по ЭДС двиг ателя. В отдельных окнах предоставляются линеаризованная структурная схема контура тока с передаточной функцией регулятора тока, переходный процесс и его основные характеристики. Меняя параметры регулятора, преобразователя и якорной цепи можно наблюдать изменения в переходных процессах.

Таким же образом пользователь может изучить переходный процесс тока при скачке задания с учетом нелинейности характеристики управления преобразователя и посмотреть соответствующую структурную схему.

Па следующем этапе пользователю предлагается рассмотреть комплекс проблем, связанный с влиянием режима прерывистого тока на динамику переходного процесса в контуре тока и с его компенсацией. Предлагается ряд способов компенсации влияния прерывистого тока. Подробно рассматриваются:

система подчиненного регулирования с двумя контурами тока с ! 1-ре-гулятором во внутреннем контуре тока;

• система подчиненного регулирования с двумя контурами тока с Г1И-регулятором во внутреннем контуре тока;

• система с адаптивным ПИ-регулятором тока с переменным коэффициентом усиления;

система с адаптивным ПИ/И-регулятором гока с изменением структуры и коэффициента усиления.

Рассматривается возможность применения подчиненного контура напряжения для компенсации влияния режима прерывистого тока. Этот способ сопровождается только теоретическим материалом и структурной схемой, что связано с трудностями построения соответствующей модели.

Далее рассматривается влияние нротиво-ЭДС двигателя на динамику контура гока при различном соотношении параметров якорной цени и механической части привода. Предлагается ряд вариантов компенсации влия-1ия нротиво-ЭДС:

• настройка регулятора тока с учетом влияния противо-ЭДС двигателя при различном соотношении параметров якорной цени и механической части (ТМ>4ТЯ и ТМ<4ТЯ)\

• усложнение структуры регулятора тока для получения оптимального переходного процесса;

. включение дополнительного форсирующего звена в цепь обратной связи по току;

• использование компенсирующих обратных связей по ЭДС двигателя.

Последний вопрос, предлагаемый на изучение - влияние изменения параметров и способы его компенсации.

Полная структура программы показана на рис. 5.

ГГ ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛ ПОСТОЯННОГО ТОКА КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

НЕ

ДПТ НВ КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

t.1.1. ЦЕПЬ ЯКОРЯ 1 1 2 ЦЕПЬ ВОЗБУЖДЕНИЯ

ТП КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕ8ЕРСИВИОГО ТП С РАЗДЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. РАБОТАЮЩЕГО НА ЯКОРНУЮ ЦЕПЬ ДПТ _____

СВОЙСТВА КОНТУРА ТОКА

СИСТЕМА ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ПРИ НАСТРОЙКЕ КОНТУРА ТОКА НА МОДУЛЬНЫЙ ОПТИМУМ

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РТ БЕЗ УЧЕТА ПРОТИВО-ЭДС 8 РЕЖИМЕ НЕПРЕРЫВНОГО ТОКА

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА НА ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ И ЕГО КОМПЕНСАЦИЯ

СТРУКТУРА И ПАРАМЕТРЫ ЯКОРНОЙ ЦЕПИ ТИРИСТОРНОГО ЭП В РЕЖИМАХ НЕПРЕРЫВНОГО И ПРЕРЫВИСТОГО ТОКОВ

СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА _

[з 2 I С И ОСОБьГ АД А П Т АЦИ И

3 2 11 3 2.1 2.

РЕГУЛЯТОРЫ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ СТРУКТУРЫ РЕГУЛЯТОРЫ БЕЗ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ

3 212 1 J 2 12 2 3.2 12 3. 3 2 124

с форсирующим звеном в цепи ос по току контур тока с жесткой и гибкой связями по току контур тока с двумя жесткими связями по току с эталонной моделью

УСТРАНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА ПОСРЕДСТВОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДВУХКОНТУРНОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЯКОРЯ

ДИНАМИКА СИСТЕМЫ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ С ДВУМЯ КОНТУРАМИ ТОКА С П-РЕГУЛЯТОРОМ ВНУТРЕННЕГО КОНТУРА

3 2 2 1 1 3.2.2.1.2.

РЕЖИМ НЕПРЕРЫВНОГО ТОКА РЕЖИМ ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА

ДИНАМИКА СИСТЕМЫ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ С ДВУМЯ КОНТУРАМИ ТОКА С ПИ-РЕГУЛЯТОРОМ ВНУТРЕННЕГО КОНТУРА

322 2 1

3 2 2.2.2.

РЕЖИМ НЕПРЕРЫВНОГО ТОКА РЕЖИМ ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА

ПРИМЕНЕНИЕ ПОДЧИНЕННОГО КОН-ТУРА НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ УСТРАНЕНИЙ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА

3 2 3 1 3.2 3 2

3 2 3 4 13 2 4

КОНТУР НАПРЯЖЕНИЯ С ИНТЕГРАЛЬНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ КОНТУР НАПРЯЖЕНИЯ С АПЕРИОДИЧЕСКИМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ И РТ. ИНТЕГРАЛЬНЫМ ПО КАНАЛУ УПРАВЛЕНИЯ И ИНТЕГРАЛЬНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫМ ПО КАНАЛУ ОС ПО ТОКУ

КОНТУР НАПРЯЖЕНИЯ С ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ И

ФИЛЬТРОМ В ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ

РЕЗЮМЕ

3 2 4.1. 3 2 4 2.

ПРИМЕНЕНИЕ АДАПТИВНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ ТОКА ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА ПРЕРЫВИСТОГО ТОКА "ТРЕБОВАНИЯ К АДАПТИВНОМУ РЕГУЛЯТОРУ АДАПТИВНЫЙ ПИ-РЕГУЛЯТОР ТОКА С ИЗМЕНЕНИЕМ СТРУКТУРЫ И КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ

АДАПТИВНЫИ ПИ/И-РЕГУЛЯТОР ТОКА С ИЗМЕНЕНИЕМ КОЭФФИЦИЕНТА

УСИЛЕНИЯ

РЕЗЮМЕ

ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ОС ПО ЭДС ДВИГАТЕЛЯ НА ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ И ЕГО КОМПЕНСАЦИЯ

II

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ОС ПО ЭДС

СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ПРОТИВО-ЭДС НА ДИНАМИКУ КОНТУРА ТОКА

4.2 1 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

4 2 2. НАСТРОЙКА РТ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ЭДС Д8ИГАТЕЛЯ 4.2 3 КОМПЕНСАЦИЯ ВНУТРЕННЕЙ ОС ПО ЭДС

4 2 3 1. 4 2 3 2 4 2 3 2

1-Й ВАРИАНТ

2-Й ВАРИАНТ

3-Й ВАРИАНТ

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НА ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ И ЕГО КОМПЕНСАЦИЯ

Рис. 5. Полная структурная схема программы

2 2

J 2 2 1

Настоящее программное обеспечение планируется применять в учебном процессе для поддержки практических занятий по курсам "Теория электропривода". "Системы управления электроприводами", при работе над типовыми расчетами и курсовыми проектами, при подготовке аспирантов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Ни в одной из рассмотренных программ-прототипов не было представлено последовательное изложение вопросов, связанных с особенное! ими построения и функционирования контура тока в тиристор-ном электроприводе постоянного тока.

2. В работе обобщен материал по принципам построения и динамическим свойствам контура тока тиристорного электропривода, настроенного на модульный оптимум. На основе этого разработана методика представления материала для изучения рассматриваемого объекта.

3. Сформулированы требования к информационной программе с элементами обучения по рассматриваемому объекту.

4. Разработана структура программы, предоставляющая возможноем> последовательного или выборочного изучения материала, состоящего из описательной, графической и интерактивной частей, с выделением основных проблем и возможностью углубления знаний пользователя.

5. Разработано программное обеспечение, позволяющее совмещать описательную, графическую и интерактивную части программы, поддерживать пользователя в процессе диалога с машиной, составлять индивидуальный отчет пользователя.

6. Разработанное программное обеспечение открыто для дальнейших доработок и развития.

7. Настоящее программное обеспечение установлено в компьютерном классе кафедры АЭП МЭИ. Планируется применение этого программного обеспечения в учебном процессе для поддержки практических занятий по курсам "Теория электропривода", "Системы управления электроприводами", при работе над типовыми расчетами и курсовыми проектами, при подготовке аспирантов.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Ярмоленко Ю.А. Выбор параметров регуляторов тока и скорости в системах управления гирисгорными электроприводами постоянного тока.// Проблемы преобразования электроэнергии: Тез. докл. Между-нар. конф.. Москва, 1993. - С. 43-44.

2. Ярмоленко Ю.А. Информационная программа с элементами обучения для подготовки специалистов в области электропривода.// Деп. в Информэлектро. З-ЭТ-95 от 28.04.95. - 8 С., 2 Ил.

По/шпегую к печати Л- ДГП

I■ •>■{¿0 Тираж «ье- Заказ У-уЪ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.