Теория автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытый

университет имени В.С. Черномырдина»

Чебоксарский политехнический институт (филиал)

Кафедра Технологии машиностроения

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине теория автоматического управления

Выполнил:

Студент 2 курса

специальности 151900

заочного отделения

учебный шифр312090

Дружинин Дмитрий Владимирович

Проверил:

Преподаватель: Борисов М.А.

Чебоксары 2014

Содержание

Введение

1. Принцип управления по отклонению

2. Динамические свойства силовых преобразователей

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В любом процессе управления существует объект, которым управляют (станок, предприятие, область), и орган, который осуществляет управление (техническое средство, человек). В процессе управления этот орган получает некоторую информацию о состоянии внешней среды, где находится объект и с которым он связан. Вся эта информация воспринимается управляющим органом, который вырабатывает на ее основе руководящую информацию (принимает решения). На основе принятого решения некоторый исполнительный орган (аппарат управления, руки работающего и др.) совершают управляющее влияние на объект, которым руководят. Вот эти три состава (вместе с информационными связями) образуют систему управления.

Часто управляющий и исполнительный органы объекта управления объединяют в одно понятие -- субъект управления. В таком случае систему управления можно представить как совокупность двух подсистем: управляемой и управляющей. Самым сложным на изображенной схеме есть управляющий орган, поскольку он может своевременно перерабатывать большие объемы информации, которая поступает в него.

Управления всегда осуществляется с определенной целью, которая всегда конкретная для заданного объекта управления и связанная с состоянием объекта и среды, в котором он находится. Очень важно определить цель управления, которая для каждого управляемого объекта может быть одна и одна и та же. Степень достижения поставленной цели управления определяется по помощи целевой функции управления. Анализ структурной схемы ИАСУ показывает, что для реализации оптимального управления не достаточно иметь целевую функцию управления и заданные для нее ограничения. Нужна также информация о состоянии объекта управления и внешней среды и о великом множестве возможных состояний элементов системы управления. Без информации не существует управления. Больше того, управления именно и являются беспрерывным процессом переработки информации: на основании одной информации вырабатывается другая, которое, в свою очередь, становится материалом для получения новой, и т.д.

Управляющие действия, которые поступают из управляющей части в управляемую, могут быть разные по характеру: энергетические, материальные, информационные -- в зависимости от природы управляемого объекта. Среди всех систем в особенности выделяются системы, управляемым объект которых являются люди или коллективы людей. Такие системы называются системами организационного управления, или организационными. Поскольку управляющие действия в них направленные на организацию (согласования) поведения коллективов людей и есть информационными. Для этих систем исполняется кибернетическое определение управления как процесса целенаправленной переработки информации. Исследуя сложные системы, в частности организационные, важно установить общие связи между отдельными элементами, то есть представить общую «картину», а не распылять внимание на детали.

В данной работе я рассматриваю актуальные вопросы: принцип управления по отклонению, динамические свойства силовых преобразователей.

1. Принцип управления по отклонению

Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи). Этот принцип является одним из наиболее ранних и широко распространенных принципов управления. В соответствии с этим принципом система управления наблюдает за объектом, на который воздействуют возмущающие факторы. В результате, в поведении объекта возникают отклонения. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на основе наблюдений создает алгоритм управления. Особенность этого принципа заключается в том, что система управления начинает действовать на объект только после того, как факт отклонения уже свершился. Это и есть "обратная связь". Схема управления изображена на рисунке.

При такой схеме полная компенсация влияния возмущающих воздействий невозможна. Тем не менее, схема управления с обратной связью получила наибольшее распространение на практике. Это объясняется простотой ее реализации.

Обратная связь -- одно из основных понятий теории управления. Вообще обратной связью называется любая передача влияния из выхода той или другой системы на его вход. В системах управления обратная связь можно определить как информационную связь, с помощью которой в управляющую часть поступает информация о следствиях управления объектом, то есть информация о новом состоянии объекта, который возник под влиянием управляющих действий.

Благодаря наличия обратной связи сложные системы в принципе могут выходить за пределы действий, которые предусмотренные и определенные их разработчиками. Ведь обратная связь создает в системе новое качество: способность накоплять опыт, определять свое будущее обращение в зависимости от обращения в минувшему, то есть самообучаться.

Обратную связь можно обнаружить во многих процессах в природе. Примером могут служить вестибулярный аппарат, обнаруживающий отклонение тела от вертикали и обеспечивающий поддержание равновесия, системы регуляции температуры тела, ритма дыхания и т.д. В организациях обратная связь при управлении устанавливается посредством осуществления контроля исполнения. Принцип обратной связи является весьма универсальным фундаментальным принципом управления, действующим в технике, природе и обществе.

2. Динамические свойства силовых преобразователей

управление система частота преобразователь

Производительность, качество и удельные затраты энергии рабочих машин в сельском хозяйстве определяются параметрами самих рабочих машин и параметрами режимов их работы. Параметры рабочих машин определяются на этапе их проектирования и изготовления. Параметры режимов работы многообразны и могут изменяться в широких пределах в процессе функционирования машины. Так режимы работы дробилок и дезинтеграторов всех типов в высокой степени зависят от величины их загрузки, от вида измельчаемого материала, степени его влажности, способа загрузки, расхода в единицу времени и некоторых других параметров.

Но все же основным фактором, определяющим параметры режима функционирования рабочей машины, является степень ее загрузки. Главный привод машины, чаще всего, является нерегулируемым. Привод же загрузочного устройства - для управления подачей обрабатываемого материала должен быть регулируемым. Пределы регулирования скорости привода загрузочного устройства устанавливаются исходя из требований предъявляемых к технологическому процессу. Для управления подачей обрабатываемого материала целесообразно применять регулируемый асинхронный электропривод.

В современном электроприводе он является наиболее быстро и динамично развивающимся направлением. Развитие именно этого направления связано, прежде всего, с высокими эксплуатационными свойствами асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

В качестве динамических характеристик обычно рассматриваются зависимости изменения скорости от времени на выходе элемента преобразователя при скачкообразном изменении входного задающего сигнала (характеристики по управлению) и при скачкообразном изменении момента нагрузки (характеристика по возмущению). На рис. 1 в качестве примера показана динамическая характеристика элемента преобразователя по управлению. В качестве параметра в динамических режимах рассматривается электромеханическая постоянная времени - это время, в течение которого ЭП разгоняется от неподвижного состояния до скорости идеального холостого хода под действием неизменного момента, равного моменту короткого замыкания (пускового момента). В этом случае, интегрируя основное уравнение движения, получим:

Рисунок 1. Параметры переходного процесса в электроприводе

В динамическом режиме качество электропривода характеризуется следующими параметрами (см. рис. 1):

· временем первого согласования t^-₁;

· перерегулированием ;

· временем переходного процесса t_p.

До недавнего времени, регулируемый асинхронный электропривод в нашей стране широко не применялся. Это было связано с отставанием отечественного производства от мирового уровня и отсутствием у потенциального потребителя достаточного количества информации. По данным экспертов от 25 % до 50 % всех технологических агрегатов нуждаются в регулируемом электроприводе, а установленон, в настоящее время, лишь на 5 % из них.

В связи с тем, что для измельчителей имеется необходимость в регулировании скорости привода загрузочного устройства важно определить возможность наиболее эффективного управления асинхронным двигателем этого привода. Влияние изменений напряжения и частоты тока, подводимого к статору на электромеханические свойства асинхронного двигателя можно определить из выражения:

E1 = 4.44 f1 w1 Фµ мах, приняв Е1 = U1.

Отсюда следует, что при неизменной частоте (f1 - const) изменения напряжения приводят к соответствующим изменениям магнитного потока двигателя. Так как в номинальном режиме магнитная цепь двигателя насыщена, то повышение напряжения сверх номинального приводит, при прочих равных условиях, к быстрому возрастанию тока намагничивания Iµ. У двигателей нормального исполнения ток холостого хода:

I0 = I µ0 = (0.25 ч 0.35 ) I1ном.

поэтому повышение напряжения на 20 ч30 % может увеличивать ток холостого хода до значений, превышающих номинальный ток I 1ном, и двигатель может нагреваться этим током сверх допустимой температуры даже при отсутствии полезной нагрузки на валу. При тех же условиях снижение напряжения вызывает снижение магнитного потока.

Следовательно, напряжение, приложенное к обмоткам статора асинхронного двигателя, при f = const может рассматриваться как управляющее воздействие, определяющее поток двигателя. Форма механических характеристик при f1 = const и U1 = var определяется соотношениями:

Sк= ±R'2У/? (R12 +xк2);

Mк = 3U12/[2?0(R1 ±vR12 +xк2)],

из которых следует, что скольжение Sк при этом остается неизменным, а критический момент уменьшается пропорциональноквадрату напряжения. Динамические характиристики тиристорных преобразователей чистоты. Изменения частоты тока f1 приводят к пропорциональному изменению величины ?0= 2р f1/p11 , но одновременно, при U1 = const вызывают обратно пропорциональные изменения потока двигателя Фµ. Так как в номинальном режиме машина насыщена, при U1 = U1ном. допустимо только увеличение частоты f1? f1ном, что вызывает соответствующее уменьшение потока Фµ. Увеличение f1 приводит к уменьшению критического момента изза увеличения ?0 и повышения реактансов рассеяния:

x = xк(f1ном) ? k, где k = f1/f1ном.

Критическое скольжение при этом тоже уменьшается, а скорость идеального холостого хода увеличивается.

При необходимости уменьшения частоты f1 < f1ном. Для снижения скорости ?0<?ном необходимо дополнительно изменять напряжение питания U1 таким образом, чтобы поток поддерживался примерно постоянным. Соответственно наиболее эффективныевозможности управления асинхронным двигателем обеспечиваются использованием в качестве управляющего воздействия в канале регулирования скорости - частоты f1, а в канале регулирования магнитного потока - напряжения U1 .

Достижения последних лет в области разработки мощных транзисторов и тиристоров, управляемых системами, позволили создать и наладить промышленное производство малогабаритных преобразователей частоты. Они обладают наименьшим числом ступеней преобразования энергии - содержат ступень преобразования переменного тока в постоянный и ступень инвертирования.

Применение преобразователей частоты несет в себе следующие положительные моменты:

- благодаря автоматическому энергосберегающему режиму экономится до 40% электроэнергии;

- срок службы электродвигателей увеличивается в три раза вследствие плавного пуска и отсутствия больших пусковых токов, что сохраняет обмотку двигателей, не создает избыточную нагрузку на подшипники и защищает двигатель от аварийных режимов. Все это влечет за собой снижение эксплуатационных затрат, а следовательно - снижение себестоимости продукции.

Основными достоинствами современных преобразователей частоты являются:

- возможность подключения трехфазного двигателя к однофазной питающей сети;

- совместимость со всеми типами двигателей российского и зарубежного производства;

- оптимальная настройка под конкретное направление использования и вид нагрузки;

- простое управление для всего спектра мощностей;

- автоматический повторный запуск при сбое в сети;

- способность преобразователя устойчиво работать в силовых цепях с плохим качеством питающего напряжения (провалы, пропадание питающего напряжения);

- защита двигателя от низкого напряжения, перенапряжения, перегрузки по току, короткого замыкания, замыкания на землю, перегрева двигателя, обрыва фаз, неквалифицированного вмешательства в настройки;

- высокая перегрузочная способность (200% от номинального тока в течение 3 с и 150 % от номинального тока в течение 60 с.).

Преобразователи частоты могут обладать свойствами источника тока или источника напряжения, т.е. либо формируют в фазах двигателя токи, которые не зависят от режима работы, а определяются только сигналом задания, либо создают напряжение, которое при изменении тока нагрузки остается постоянным.

Звено постоянного тока преобразует переменное напряжение силовой сети в выпрямленное напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторныхключей. Каждая обмотка двигателя подсоединяется через соответствующий ключ к положительному и отрицательному полюсу звена постоянного тока. Инвертор преобразует выпрямленное напряжение

Заключение

Сущность принципа управления по отклонению состоит в том, что фактическое значение управляемой (выходной) величины сравнивается с её заданным значением, и при наличии рассогласования (ошибки регулирования) в САУ вырабатывается управляющее воздействие, направленное на устранение возникшего отклонения (Принцип управления по отклонению - основной принцип функционирования САУ в самых различных областях техники. Система совершенно "не интересуется" тем, какие причины, какие конкретно возмущения вызвали ошибку. САУ регистрирует сам факт появления ошибки и предпринимает меры для её ликвидации. Это свойство (точность) считают главным достоинством САУ, работающих по ошибке. К недостаткам этих систем относят склонность их к колебаниям при управлении, а также внутреннюю противоречивость, связанную с появлением управляющего воздействия u(t).

Главной особенностью САУ, работающих по отклонению, является наличие обратной связи (ОС). Поэтому такие САУ называют замкнутыми системами в связи с тем, что ОС образует замкнутый контур передачи воздействия. Любая замкнутая САУ имеет хотя бы одну ОС, с помощью которой выходная (управляемая) величина y(t) подается на вход УУ системы. Такую ОС называют главной, а САУ с одной (главной) ОС называют одноконтурными.

В полупроводниковых элементах преобразователя при переключениях, кроме квазистатических потерь, выделяются значительные потери, которые называют динамическими.

При включении транзистора диод закрывается не сразу, и некоторое время ток протекает в практически короткозамкнутой цепи. Качественные кривые тока транзистора и напряжения на транзисторе в процессе коммутации. Мощность, выделяемая в транзисторе в период коммутации, являясь произведением напряжения на ток, может оказаться значительной. Аналогичная картина наблюдается и при выключении транзистора.

Динамические потери в полупроводниковых элементах силовых преобразователей зависят от частоты переключения и от параметров самих приборов. В современных электроприводах переменного тока, например, где частота переключений составляет десятки (от пяти до пятидесяти килогерц), динамические потери могут в два-три раза превысить потери квазистатические. Таким образом, при анализе энергетических характеристик необходимо учитывать динамические потери в силовом преобразователе.

Включение полупроводникового преобразователя между источником питания и двигателем обуславливает влияние преобразователя на источник. Если источником питания является сеть переменного тока, то это влияние проявляется в искажении формы потребляемого тока, то есть в появлении гармоник в потребляемом токе. Эти гармоники существенно влияют на питающую сеть, приводя ко многим нежелательным последствиям. Поэтому при анализе энергетических характеристик электропривода необходимо исследование гармонического состава потребляемого тока.

Список использованной литературы

1. Ключев В.И. Теория электропривода. ? М.: Энергоатомиздат, 2009. - 704 с.: ил.

2. Зонов А.М. Методика продаж преобразователей частоты. - Новосибирск. ? 2010.

Размещено на Allbest.ru