И параметры СУИМ. Функциональные элементы СУИМ

Обобщенные функциональные схемы, координаты

Функциональная схема (функциональная структура) СУИМ, как и любой системы управления, отражает признаки ее функционально-структурной организации и определяет взаимосвязь, соподчиненность ее функциональных элементов.

В структуре СУИМ выделяют два основных структурных модуля: объект управления и устройство управления (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Обобщенная функциональная схема системы управления

Объект управления (ОУ) представляет собой какой-либо технологический процесс или промышленную установку. Рабочие органы исполнительных механизмов ОУ приводятся в движение электроприводами, пневмоприводами или гидроприводами.

В качестве устройств оценивания состояния ОУ и возмущения внешней среды могут выступать устройства непосредственного измерения координат ОУ и внешней среды (датчики координат), либо устройства косвенного измерения, вычисления значений координат (наблюдающие устройства).

Устройство управления (УУ) представляет собой совокупность регуляторов, фильтров, корректирующих устройств, преобразователей координат, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики СУИМ.

Ниже рассмотрена обобщенная функциональная структура простейшей одноуровневой локальной электромеханической СУИМ (СУЭП).

Необходимо отметить, что электромеханические САУ, обладая массой преимуществ в сравнении с гидромеханическими и пневмомеханическими системами, нашли наибольшее применение в современных системах автоматизации. Более того, свыше 60% потребляемой промышленными предприятиями электроэнергии приходится на силовые электромеханические приводы (электроприводы) производственных установок. Обобщенная функциональная схема локальной электромеханической СУИМ приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Обобщенная функциональная схема

локальной электромеханической системы управления

На схеме используются следующие обозначения:

УЗ – устройство задания. Формирует задающее воздействие X _Зизменения выходной координаты ОУ.

УР – устройство регулирования или собственно устройство управления, состоящее из регуляторов, корректирующих звеньев, фильтров, преобразователей координат и т.п. Формирует управляющие воздействия U _У, обеспечивая оптимальные динамические и статические характеристики системы в соответствие с заданным критерием качества управления.

СПЭ – силовые преобразователи энергии (электромашинные, тиристорные, транзисторные и т.п.). Преобразуют электрическую энергию питающей сети в электромагнитную энергию управления электродвигателем, формируя вектор выходных сигналов E _п (для ДПТ - регулируемые напряжения цепей якоря и возбуждения, для АД с короткозамкнутым ротором – регулируемые напряжения или токи и частота питающей сети статора, для СД – регулируемые напряжение и частота питающей сети статора и ток возбуждения).

ЭД – электродвигатель постоянного или переменного тока. Обеспечивает преобразование подводимой электрической энергии в механическую энергию. X – вектор координат состояния (вектор переменных) электродвигателя (напряжения, токи, электромагнитные моменты, частота напряжения обмоток статора, скорость вращения или угловое положение вала и др.);

ПМ – передаточный механизм (редуктор, ременная, цепная передача и др.). Передает энергию вращения электродвигателя в энергию вращения или поступательного движения рабочего органа (РО) исполнительного механизма (ИМ). X¢ - выходная координата передаточного механизма электромеханической СУИМ (линейная или угловая скорость или линейное или угловое положение ИМ).

Исполнительным механизмом ОУ может быть механизм суппорта токарного станка, шток или штурвал привода задвижки нефте- или газопровода, схват робота-манипулятора и др. В этом случае суппорт станка, задвижка, центробежный насос представляют собой рабочие органы (РО) ОУ.

Y - выходная технологическая координата ОУ (давление газа или жидкости в магистрали, расход газа или жидкости, натяжение нити или полотна, уровень нефти в резервуаре и др.). В чисто электромеханических системах управления (ЭМСУ) выходной координатой являются скорость или положение РО (ЭМСУ металлорежущих станков, промышленных роботов-манипуляторов, электрического транспорта и др.).

УИ_с – устройство измерения координат состояния СУИМ, представляющее собой совокупность датчиков внутренних координат состояния ОУ (измеряют напряжения, токи, частоту силового питающего напряжения, скорость вращения вала двигателя и ИМ и др.), а также датчика выходной переменной ОУ. Формирует вектор X _с сигналов обратных связей по состоянию ОУ.

УИ_в – устройство измерения контролируемых возмущающих воздействий СУИМ (датчики координат возмущения ОУ). Формирует вектор X _в сигналов компенсирующих связей по возмущению системы управления.

Все возмущения, действующие на СУИМ, подразделяются на 3 вида:

- аддитивные – приходят из внешней по отношению к ОУ среды, суммируясь с полезными сигналами (координатами ОУ); к ним относятся отклонения напряжения и частоты питающей среды от номинальных значений, изменения климатических факторов, изменения нагрузки на валу ЭИМ и т.п. (см. вектор возмущения F на рис. 2.1, 2.2);

- мультипликативные – возникают внутри или вне системы, умножаясь на координаты ОУ (обусловлены естественными или искусственными перекрестными связями ОУ и внешней среды);

- параметрические – обусловлены временным или температурным дрейфом параметров ОУ; например, изменением величин активных сопротивлений обмоток двигателя при их нагреве, изменением приведенного к валу двигателя момента инерции ЭП при изменении параметров кинематической схемы привода (изменением массогабаритных параметров ИО, например, при обработке заготовки в токарном станке, изменении груза лифта или транспортного механизма).

При синтезе СУИМ, как правило, пренебрегают влиянием внешних возмущений, а при анализе учитывают лишь существенные возмущения, действующие на ОУ. Оценка влияния вариаций параметров объекта управления на показатели качества управления – предмет анализа так называемой чувствительности СУИМ к параметрическим возмущениям.

Основные функциональные элементы СУИМ (элементную базу) можно разбить на несколько групп:

1) задающие элементы, позволяющие установить заданное значение выходной переменной ОУ (источники эталонного напряжения или тока, потенциометры, сельсины и др.); они могут содержать блоки памяти (от уставок реле и напряжений до устройств хранения программ и данных, записанных на магнитных и электронных носителях информации); задающие воздействия на рис. 2.2 обозначены переменной X_з;

2) чувствительные элементы, обеспечивающие непосредственное измерение переменных ОУ (датчики координат состояния ОУ);

3) усилительные элементы, служащие для усиления сигналов чувствительных элементов (транзисторные усилители, масштабирующие операционные усилители и др.); выходные сигналы усилительных элементов на рис. 2.2 обозначены переменной X_с;

4) исполнительные элементы, предназначенные для приведения в движение рабочих органов исполнительных механизмов ОУ (электрические двигатели постоянного или переменного тока, пневмоприводы, гидроприводы, электромагнитные приводы);

5) преобразовательные элементы, обеспечивающие преобразование входного сигнала (энергии) одного вида или уровня в другой; различают силовые преобразовательные элементы (электромашинные и полупроводниковые преобразователи постоянного тока для питания обмоток якоря и возбуждения двигателя постоянного тока, частотные преобразователи для питания статора асинхронного или синхронного двигателя, тиристорные возбудители для питания обмотки возбуждения синхронного двигателя) и преобразователи сигналов информационных каналов СУИМ (преобразователи частота-напряжение, частота-код, напряжение-ток и др.);

6) корректирующие элементы, обеспечивающие изменение статических и динамических свойств СУИМ (фильтрующие элементы, дифференцирующие и интегрирующие звенья в прямом или обратном канале регулирования, параметрические регуляторы).

7) блоки связи микропроцессорных средств управления (МСУ) с объектом управления (модули ввода/вывода информации) и иными периферийными устройствами, в частности сетевые аппаратные средства.

Дата добавления: 2014-11-29