Фрагмент книги Riefenstahl, U: Elektrische Antriebstechnik. B.G. Teubner Stuttgart Leipzig, 2000.

Перевод на русский - Кателло З.И.

Задачи, функциональные компоненты и параметры систем электропривода

 

Электроприводы, в течение последних 100 лет получили широкое промышленное развитие. Сегодня они образуют стык между электротехникой и автоматикой. Электроприводы являются составной частью многих машин и механизмов. Они, различным образом, определяют их стоимость, степень эффективности преобразования энергии, а также качество изготовления изделий.

В течение прошедших столетий приводные машины были связаны с устройствами выработки электроэнергии (водяные и ветряные установки, паровые двигатели и т.д.). Только с появлением эффективных электрических машин, таких как генераторы и моторы, а также надежных линий электропередач между электростанцией и электроприводом, примерно в конце прошлого столетия, стала возможной рентабельная эксплуатация больших фабрик. Вместе с тем была создана предпосылка для всестороннего преобразования всех производственных процессов, следствием чего явилась первая техническая революция. В последствии, сначала преобладающий, централизованный однодвигательный привод соединенный с обширной механической системой редукторов, был заменен децентрализованными многодвигательным приводом. Сегодня, современные машины и механизмы содержат множество приводимых в движение в отдельности ведущих осей, а  замена позволила значительно сократить число редукторов, в сравнении с более старыми механизмами.

Следующим значительным шагом в развитии электроприводной техники было появление эффективных электронных исполнительных устройств с настраиваемыми компонентами управления и регулирования. Чрезвычайный прогресс силовой электроники и микроэлектроники, а также информационной техники в течение последних лет, сильно повлиял на электропривод и его качество. Из простого классического привода, состоящего из мотора, редуктора и распределительного устройства, возникла комплектная система привода, которая вместе с силовыми элементами содержит функциональные компоненты для регистрации измеряемых величин, управления, регулирования и обработки информации, а также для обслуживания и коммуникации. Современные системы привода позволяют точно, быстро и почти без потерь управлять числом оборотов и крутящим моментом двигателя и рабочей машины. Развитие привело к „интеллектуальной системе привода", которая может наблюдать за собой и частично оптимизировать свое динамическое поведение. Системы электропривода являются важным условием для многих современных технологий и процессов.

 

Задачи систем электропривода

 

Электрический привод должен исполнять в основном две главных задачи:

1. электромеханическое преобразование энергии с возможно более высокой степенью эффективности

2. преобразование информации в процесс движения, т.е. реализацию процессов движения соответственно заданным значениям при высоких  требованиях точности как в статике так и в динамике.

Отрасль электропривода является составной частью как электротехники, так и  автоматики.

В высокоразвитых индустриальных странах в настоящее время уже больше чем 60% произведенной электрической энергии преобразовывается в механические виды энергии с помощью электропривода. Электропривод как преобразователь энергии играет решающую роль в определении степени эффективности многих машин и механизмов, экономичности технологий и качества изделий. Одновременно они зачастую служат интеллектуальными исполнительными устройствами для управления процессами движения в автоматизированных процессах. Они прежде всего создают предпосылки для использования современных производственных технологий с применением вычислительной техники.

Типичные области применения электрических приводов - это реализация процессов движения для:

·        Регулировочных устройств, например, для вентилей, задвижек и т.д.,

·        Процессов обработки, например, при вращении, на фрезерных станках, ножницах, пилах и т.д.,

·        Позиционирования и регулирования положения, например, в роботах, манипуляторах, станках и т.д.,

 

Оптимизация контуров регулирования многоконтурных систем регулирования

Регулирование электроприводов требует одновременного управления и ограничения нескольких регулируемых величин, таких как,  ток якоря, ток возбуждения  и статический ток, поток возбуждения, момент двигателя или ускорения, число и угол поворотов вала двигателя или рабочей машины, синхронность нескольких связанных приводов и т.д. Регулируемый объект, как правило, содержит несколько больших постоянных времени и возмущающие воздействия, которые необходимо компенсировать регулирующим устройством. Для этого в электроприводе применяется подчиненное регулирование и регулирование по оценкам координат.

Подчиненное регулирование

Если регулируемый объект можно разделить на простые передаточные звенья с измеряемой выходной величиной в цепи обратной связи, то подчиненное регулирование  с одними или несколькими подчиненными контурами оказывается на практике особенно эффективным. Отдельные контуры регулирования содержат один регулируемый объект с одной преобладающей большой постоянной времени и возмущающим воздействием, которые относительно просто может компенсировать ПИ- регулятор.

Рисунок 6 .25 демонстрирует принцип подчиненного регулирования на примере регулирования числа оборотов двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением с вложенным контуром регулировании тока якоря.

Рисунок 6 .25 - Контур регулирования скорости двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением с вложенным контуром регулировании тока, G_rw регулятор скорости, G_ri регулятор тока, G_si объект регулирования контура регулирования тока якоря, i_gr ограничение значение контура регулирования тока, G_sw объект регулирования  контура регулирования скорости.

 

Исходя из прежних соображений, вектор полного состояния системы  x состоит из имеющихся в распоряжении измеренных величин. Тем не менее, часто это не так. Тогда применяют наблюдатель Люенбергера. Он может восстановить из измеряемых входных и выходных величин u и y объекта регулирования вектор состояния x, см. рис.6.31.

 

Рисунок 6.31 Принцип регулирования по оценкам координат с наблюдателем Люенбергера