Н.В. Жукова, В.В. Червинский, Математическое моделирование последовательной схемы двухсвязной электромеханической системы для САУ ТП производства порошковых проволок

Н.В. Жукова, В.В. Червинский, Математическое моделирование последовательной схемы двухсвязной электромеханической системы для САУ ТП производства порошковых проволок. М 34 Матеріали ХІІІ міжнародної конференції з автоматичного управління (Автоматика-2006), м.Вінниця, 25-28 вересня 2006 року. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінніця, 2007.-600с.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ ДВУХСВЯЗНОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ САУ ТП ПРОИЗВОДСТВА ПОРОШКОВЫХ ПРОВОЛОК

Н.В. Жукова, В.В. Червинский (Украина, Донецк)

Общая постановка проблемы. Технологические процессы производства сварочной порошковой проволоки (ПП) и порошковой проволоки для внепечной обработки металлургических расплавов являются родственными и малоинформативными. Автоматическое регулирование соотношения скоростей промежуточных барабанов в процессе волочения сварочной ПП осуществляется посредством двух электрических схем соединения якорей приводных двигателей: последовательной и параллельной. В статье [1] авторами было доказано, что данные электрические схемы работают по принципу саморегулирования. Саморегулирование заключается в понижении жесткости механических характеристик двигателей, а это не что иное, как приближение к идеально мягкой его характеристике. Идеально мягкую механическую характеристику имеет двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый по электромеханической мощности в цепи якоря [2].

Постановка цели исследования. В [1] аналитически было доказано, что способы управления прямоточным волочильным станом аналогичны способу управления профилегибочным станом [3, 4], который реализуется посредством регуляторов мощностей многодвигательного электропривода. Данная статья рассматривает математическое моделирование последовательной схемы соединения якорей двигателей прямоточного волочильного стана на примере двухсвязной электромеханической системы (ЭМС).

Методика решения задачи. Функциональная схема последовательного соединения якорей приводных двигателей представлена на рис.1. Двигатели получают питание от одного источника, задающие воздействия для регуляторов токов обмоток возбуждения (ОВ) обратно - пропорционально связаны с датчиками ЭДС, а также присутствует большое начальное подмагничивание.

Рис.1 - Функциональная схема САУ многодвигательным приводом прямоточного стана с последовательным соединением якорей (1 – волочильные барабаны; 2 - редукторы; 3 – волоки)

Математическая модель двухсвязной ЭМС, реализованной посредством электрической схемы последовательного соединения якорей двигателей с общим источником питания, представлена в виде системы интегрально-дифференциальных уравнений:

где известными функциями времени являются

– напряжение питания тиристорной станции (В),

- моменты нагрузок, приведенные к роторам двигателей (Н*м); известными параметрами также являются

– моменты инерции, приведенные к роторам электродвигателей

- активные сопротивления якорей двигателей и тиристорного преобразователя (ТП) (Ом),

– индуктивности силовых цепей ТП-Д (Гн),

– постоянные машины, коэффициент нормирующего усилителя скорости двигателя, коэффициенты передачи тахогенератора, датчика тока ОВ, датчика напряжения и ТП соответственно;

- коэффициенты пропорциональной и интегральной частей ПИ-регулятора. Неизвестными функциями времени являются

- скорости вращения двигателей,

- общий ток якоря (А),

- токи ОВ (А),

- активные электромагнитные моменты (Н*м) с магнитными потоками

- момент упругой связи между двигателями (Н*м),

- напряжения ОВ, управляемые ПИ-регуляторами с ошибками рассогласования

между задающими воздействиями токов ОВ

и полученными токами ОВ

с учетом положительного смещения (начального подмагничивания

Применив преобразование Лапласа, получим решение системы (1) для тока якоря

и скоростей вращения двигателей

Используя вышеприведенные решения, построим структурную схему двухсвязной ЭМС с последовательным соединением якорей приведенных двигателей (рис. 2).

Рис.2 – Структурная схема математической модели двухсвязной ЭМС с последовательным соединением якорей двигателей

Моделирование структурной схемы (рис.2) осуществлялось с помощью пакета прикладных программ Matlab – Simulink 6.5, переходные процессы представлены на рис 3. С целью сравнительного анализа в статье приведены переходные процессы (рис.4) скоростей вращения двигателей

и момента упругой связи между приводами

, полученные в результате моделирования двухсвязной ЭМС по мощностям, математическая модель которой, имеет вид:

Сравнительный анализ переходных процессов в системах осуществляется при одинаковых номинальных параметрах двигателей, собственных моментах нагрузок и параметрах ПИ-регуляторов.

Рис.3 – Переходные процессы двухсвязной ЭМС с последовательным соединением якорей двигателей

Рис. 4 – Переходные процессы двухсвязной ЭМС, регулируемой по мощностям

Полученные в результате моделирования переходные процессы момента упругой связи и скоростей вращения двигателей подтверждают, что способы управления волочильными станами производства сварочной ПП аналогичны способу управления многосвязных электродвигателей по мощностям их якорных цепей. Но система, регулируемая по электромеханическим мощностям, имеет лучшие показатели качества: меньшее количество колебаний и время установления. Это обусловлено тем, что электромеханические постоянные времени ЭМС по мощностям значительно меньше, чем те же постоянные времени последовательной ЭМС.

Таким образом, можно сделать вывод, что система управления по мощностям более предпочтительна при автоматизации малоинформативных технологических процессов профилирования.

Список литературных источников