Внимание! Данный реферат относится к еще не завершенной работе. Примерная дата завершения: июнь 2023г. Обращайтесь к автору после указанной даты для получения окончательного варианта.
Эффективное использование энергии является одной из важнейших проблем народного хозяйства. Ее решение позволит снизить потребление энергетических и материальных ресурсов при производстве промышленной и сельскохозяйственной продукции, уменьшить большие непроизводительные расходы государства и населения в сфере жилищно-коммунального хозяйства, улучшить обстановку в стране. Важную роль в решении этой проблемы играет электропривод, который является основным потребителем электрической энергии.
Энергосбережение издавна актуально ввиду затруднительности накопления больших объёмов электроэнергии и общей тенденции роста цен на энергоносители.
Экономичность позиционных электроприводов зависит от правильного выбора всех его устройств и тесно связана с проблемой определения оптимальных законов движения исполнительного органа рабочей машины из начальной позиции в конечную и формирования оптимальных законов изменения скорости электропривода, которые обеспечивают минимум динамических нагрузок и потерь энергии.
Широко развивающиеся механизация и автоматизация производственных процессов обусловили все возрастающее использование в различных отраслях народного хозяйства позиционных электроприводов, снабженных системой автоматического регулирования положения и предназначенных для перемещения управляемых механизмов в фиксированное положение с требуемой точностью.
В повторно-кратковременном режиме работы позиционных электроприводов даже незначительное увеличение времени отработки перемещения позволяет существенно снизить величину тепловых потерь. Немало публикаций посвящено вопросам рационального выбора желаемых законов изменения координат позиционных электроприводов, а также разработке алгоритмов формирования соответствующих управляющих воздействий. При сравнении различных законов управления позиционными механизмами чаще всего анализируют только величину тепловых потерь при нулевом статическом моменте Mс на валу двигателя.
Наряду с тепловыми потерями, необходимо рассчитывать и анализировать еще и величину механической мощности, затрачиваемой на совершение полезной работы. Суммируя оба эти показателя, можно оценить величину энергопотребления системы и выбрать, если это позволяют технологические условия, время отработки заданного перемещения из условия минимума потребляемой электроэнергии.
Процесс нагрева различных частей регулируемого привода является частью потерь энергии при его работе. Обеспечение охлаждения привода и уменьшения температуры его нагрева являются важной составляющей его работы, повышающей его энергоэффективность.
Повышение качества технологического оборудования производственных отраслей и, как следствие, выпускаемой продукции невозможно без массового применения автоматизированных систем на основе регулируемых позиционных приводов. Позиционное управление широко используется в робототехнике, в расточных и сверлильных станках, в системах стабилизации платформ в манипуляторах, клапанах, задвижках, системах наведения антенн, оптических и радиотелескопах, а также в различных системах электропривода промышленных установок.
Позиционный электропривод - частный случай следящего электропривода, когда требуется перемещение рабочего органа из одного фиксированного положения в другое за минимальное время без перерегулирования при высокой точности позиционирования без требований к точности траектории перемещения. Этот электропривод должен также обеспечивать регулирование скорости и момента двигателя с хорошими статическими и динамическими качествами, облегчающими условие регулирования положения.
В позиционном электроприводе используются специальные устройства и датчики, контролирующие положение и перемещение. Схемы электроприводов осуществляют позиционирование с помощью датчиков положения.
Рисунок 1 - – Трёхконтурная система регулирования положения (анимация: 14 кадров, бесконечное число циклов, 504 килобайт)
Наилучшим считается такой процесс отработки перемещения, при котором скорость изменяется по треугольному или трапецеидальному графику. Это позволяет в полной мере использовать перегрузочную способность двигателя и исключает перерегулирование по положению.
Для нескольких электроприводов, осуществляющих согласованное позиционирование исполнительных механизмов, наряду с традиционными требованиями быстродействия и точности встает проблема минимизации энергопотребления. Это объясняется тем, что быстродействие многокоординатной позиционной системы определяется электроприводом, осуществляющим наиболее длительную операцию позиционирования исполнительного механизма. В этом случае электропривод должен работать с максимальным быстродействием, тогда как остальные приводы могут работать более медленно, обеспечивая экономию потребляемой энергии посредством торможения за счет влияния диссипативных сил. В качестве примеров технических систем, выполняющих многокоординатное позиционирование исполнительных механизмов, можно рассматривать координатно-пробивочные прессы, портальные манипуляторы, многокоординатные обрабатывающие центры. Схожая проблема встает при согласовании процесса позиционирования исполнительного механизма с другими технологическими операциями, когда увеличение продолжительности операции позиционирования не сказывается на общей продолжительности технологического цикла (работа электроприводов манипуляторов в условиях конвейерной сборки).
Известен ряд методов синтеза оптимального управления:
Магистерская работа посвящена актуальной научной задаче разработки системы позиционного электропривода, оптимального по энергоптореблению. Критерием такой оптимизации является, в первую очередь, минимум электрических потерь в обмотке якоря, который достигается путём уменьшения нагрева обмотки.
Цель исследования:
Основные задачи исследования:
Объект исследования:
Предмет исследования:
Возможные минимальные потери определяются произведением крутящего момента нагрузки на заданное время перемещения. Для минимизации потерь предлагается выполнять указанное перемещение не за точно определенное время, а за оптимальное время, которое изменяется в зависимости от крутящего момента нагрузки.
Если бы ограничение по нагреву было единственным в проектировании позиционного электропривода, то оптимальными были бы параболическая диаграмма скорости и линейная диаграмма тока.
Однако с учётом ограничения по току оптимальными диаграммами становятся прямоугольная диаграмма тока и треугольная (или трапецеидальная) диаграмма скорости.
Интенсификация производств, как правило, увеличивает потери в электроприводе, что вызывает увеличение нагрева электрической машины. При этом специфическое ограничение по нагреву рано или поздно вступает в силу. Это обусловлено достижением температуры наиболее нагреваемых частей электродвигателя (как правило, изоляции обмоток) допустимого значения. В электроприводах повторно-кратковременных режимов работы избежать этого можно двумя способами: установкой более мощного двигателя или формированием оптимальных переходных процессов по критерию минимума электрических потерь. Ограничение нагрева определяется балансом мощности выделяемых и отводимых тепловых потерь, но не действует мгновенно, так как все элементы конструкции двигателя способны не только передавать, но и аккумулировать тепловую энергию. Другими словами, это ограничение не жесткое и для непрерывного и повторно-кратковременного режимов работы заменяется ограничением средних тепловых потерь, выделяемых на цикл работы или смену нагрузки.
При проектировании позиционного электропривода важным этапом является разработка алгоритмов синтеза. При этом, для минимизации потерь электроэнергии, необходимо, чтобы разработанные алгоритмы работали в режиме реального времени с высокой частотой отработки сигнала по оптимальным законам с точки зрения быстродействия. Кроме того, в таких алгоритмах должно быть предусмотрено изменение задания на перемещение во время переходных процессов.
В электроприводе под оптимальным законом управления понимают такой выбор управляющих параметров и траектории движения рабочего органа, при котором обеспечивается наилучшее протекание процесса электромеханического преобразования энергии. Эти параметры, как правило, являются функциями времени, то есть изменяются в ходе работы системы.
В качестве методов синтеза оптимального управления широко использовались методы вариационного исчисления, принцип максимума Понтрягина, релейное управление и динамического программирования Гамильтона-Якоби-Беллмана. Однако прогресс не стоит на месте, вследствие чего были разработаны новые методы с адаптивными и обучающимися системами, построенных на алгоритмах управления с фаззи-логикой и нейронными сетями.
Поведение системы в реальности отличается от того, которое задаётся посредством управляющих воздействий вследствие бесчисленного ряда факторов, влияющих на неё в процессе работы.
Для того, чтобы минимизировать подобные отклонения, необходимо проектировать систему автоматического регулирования.
Особое место занимают системы, оптимальные по точности и быстродействию, функционирование которых обеспечивается релейными (разрывными) управлениями. Сокращение продолжительности переходных процессов при регулировании многих технологических объектов повышает производительность агрегатов, а увеличение точности отработки системой задающих воздействий улучшает качество продукции, что позволяет получить значительный экономический эффект. Однако такие системы не являются оптимальными по энергопотреблению.Поскольку системы регулирования положения являются важной частью различных систем электропривода промышленных установок, то проблемы их синтеза, анализа, минимизации энергопотребления и реализации были широко исследованы как американскими и европейскими учеными, так и отечественными специалистами.
Оптимальный по энергопотреблению синтез систем регулирования положения электропривода представляет не только теоретико-исследовательский, но и практический интерес. Разработка оптимальных систем регулирования положения даёт возможность осуществлять эффективное согласованное позиционирование исполнительных механизмов для нескольких электроприводов, а также расширяет возможности при согласовании процесса позиционирования исполнительного механизма с другими технологическими операциями, когда увеличение продолжительности операции позиционирования не сказывается на общей продолжительности технологического цикла.
Магистерская работа посвящена актуальной научной задаче разработки системы позиционного электропривода, которая позволит оптимизировать электропотребление и учесть потери от статической нагрузки.
В рамках проведенных исследований выполнено:
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2023 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.