Разработка быстродействующих электромеханических систем с учетом ограничений в объекте управления

• Автор: Двойников, Дмитрий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК И ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.1. Общие требования и структура систем управления электропривода
1.2. Уравнения динамики и передаточные элементы силовой части систем управления электроприводами
1.3. Учет ограничений, повышение быстродействия в системах и постановка задачи исследования
1.4. Выводы по главе
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С МНОГОКОНТУРНЫМ ОБЪЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Аппроксимация внутренней линейной части системы с неколебательным объектом в нелинейной базовой модели
2.2. Оценка влияния упругости на динамику систем с колебательным объектом при обратных связях по току и динамическому моменту (ускорению)
2.3. Синтез систем с упругостью методом оптимизации демпфирования колебаний в контуре ускорения
2.4. Синтез систем с упругостью полиномиальным методом
2.5. Выводы по главе

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С МНОГОКОНТУРНЫМ ОБЪЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЯХ
3.1. Формирование физически оптимальных переходных процессов
3.2. Синтез систем с неколебательным объектом «в большом»
3.3. Синтез систем с колебательным объектом «в большом»
3.4. Алгоритм определения уровня физических ограничений
3.5. Выводы по главе
Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ С МНОГОКОНТУРНЫМ ОБЪЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ
4.1. Переходные процессы в системах с неколебательным объектом..
4.2. Устройство и основные технические характеристики экспериментальных
установок
4.3. Сравнение переходных функций и процессов в системах с обратной связью
по току и ускорению (динамическому моменту первой массы)
4.4. Оценка демпфирования упругих колебаний в электроприводе
пластометра
4.5. Оценка переходных процессов в электроприводе пластометра..
4.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Исследования и разработка систем управления и регулирования электроприводов, оптимизированных по быстродействию, расширяются в связи с повышением требований к качеству переходных процессов, совершенствованием технических средств и методов управления. При решении задачи оптимизации необходимо учитывать свойства источников питания, двигателей и механизмов, выявлять закономерности управления при параметрических (инерционность) и физических ограничениях, характеризующих пределы возможных значений координат перемещения, скорости, нагрузки, ускорения и его производных.
Результаты разработок быстродействующих систем управления наиболее востребованы при создании регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока с интенсивными режимами работы, применяемых в различных отраслях, в том числе в металлургии для механизмов прокатных станов и установок механических испытаний металлов. В электроприводы входят системы управления и регулирования, совместно с механизмами технологических агрегатов они представляют собой электромеханические системы (ЭМС), входящие в состав автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ-ТП) на нижнем уровне автоматизации, когда требуются высокая надёжность, многократное воспроизведение разнообразных процессов при относительно простых функциях задания, изменяющегося в широком диапазоне.
Современный уровень развития ЭМС представлен в основном многоконтурными «системами подчинённого регулирования». Они создаются в рамках теории автоматического регулирования при неполном описании объектов с известным приближением и использованием квадратичных критериев оптимальности переходных функций, в том числе по быстродействию. Однако при управлении объектом с ограничениями для таких систем доступным является

Развитие разработок систем управления с ограничениями показывает, что необходимо учитывать параметрические и физические ограничения, включая их сочетания, оказывающие влияние на закономерности формирования управляющих воздействий для повышения быстродействия [24, 35, 41,70].
В рамках оптимизации по быстродействию исследованы одномассовые электромеханические системы на основе принципа максимума Понтрягина. Эти исследования развиты в трудах Александровского Н.М. [2] , Пышкало В.Д. [60], Петрова Ю.П. [57], Лернера А.Я. [43], Бор-Раменского А.Е., Воронецкого Б.Б. [10], Святославского В.А., Чистова В.П., Бондаренко В.И. [73], Терехова Н.И. [69], Мазунина В.П. [44].
Разработки Мазунина В.П. [44] привели к обоснованию желаемой, предельно возможной по быстродействию, нелинейной базовой модели (НЕМ) «жестких» систем при физических, параметрических и энергетических ограничениях. Она явилась развитием широко распространённых моделей систем подчинённого регулирования, для которых обоснованы только параметрические ограничения в форме постоянной Тэ внутреннего апериодического звена, эквивалентного сложной части системы, не охваченной точным математическим описанием. При этом коэффициенты в многоконтурной структуре в рамках регулирования выбираются по квадратичным критериям.
Разработана нелинейная базовая модель (НБМ) физически реализуемой системы любого порядка с учётом физических и параметрических ограничений. В общем диапазоне управления конкретизированы области: линейная - с
параметрическими ограничениями, нелинейная - с физическими и параметрическими ограничениями. Исследованы свойства НБМ и ряд вариантов её реализации в конкретных условиях с разной степенью приближения времени выполнения процессов к предельному, достижимому по быстродействию и экономичности.
В структуре НБМ подробно исследован наиболее общий случай - вариант сочетания предельных (физических) ограничений, при котором характеристики управления соответствуют последовательному чередованию ограничений в