Системи керування електроприводами

Дисципліна “Системи керування електроприводами” є однією з вибіркових навчальних дисциплін в підготовці фахівців за спеціальністю 8.092203 “Електромеханічні системи автоматизації та електропривод”. Вона вивчає напрям прикладної науки і галузі техніки, що динамічно розвивається та забезпечує ефективне управління і регулювання технологічних процесів на основі сучасних методів проектування систем керування електроприводів.

Дисципліна дає уяву та базові знання щодо принципів керування, побудови та проектування систем автоматичного керування електроприводами, на яких базуються сучасні електромеханічні системи автоматизації, що забезпечують регулювання технологічних процесів в різних галузях промисловості.

Найбільшим сектором в промислових технологічних комплексах є регульований електропривод, бурхливий розвиток якого за останні роки пов'язаний із розвитком мікрокомп'ютерних систем управління, силової та інформаційної електроніки, тому курс присвячено в основному розгляду питань функціонування та побудови замкнених автоматизованих електроприводів (АЕП). Він знайомить із застосуванням автоматизованих електроприводів постійного та змінного струму різного призначення.

Вивчення цієї дисципліни базується на знаннях, уміннях і навичках, отриманих під час засвоєння курсів “Теорія автоматичного керування”, “Електроніка та мікросхемотехніка”, “Моделювання електромеханічних систем”, “Теорія електропривода”. В свою чергу, дисципліна “Системи управління електроприводами” становить базу для подальшого оволодіння матеріалом з дисциплін “Комплектні електроприводи”, “Проектування електромеханічних систем автоматизації”.

Мета і завдання дисципліни

Метою вивчення дисципліни – є здатність студентів до вирішення типових задач діяльності у сфері проектування систем управління електроприводами (СКЕП), схем та аналізу основних характеристик автоматизованих електроприводів різних класів та систем керування ними, що базуються на знанні фізичних принципів роботи та особливостей електромеханічних систем, силових перетворювачів, методів аналізу динамічних властивостей автоматизованих електроприводів, методів проектування систем автоматичного керування.

Завдання курсу : оволодіти методами вирішення широкого кола питань конструювання, аналізу та розрахунку систем автоматичного управління електроприводами постійного та змінного струму.

По закінченню вивчення дисципліни студенти повинні

знати: призначення і принципи побудови систем автоматичного управління електроприводами; основні типи автоматизованих електроприводів; основні методи проектування СКЕП, у тому числі стабілізуючих, слідкуючих, програмних та адаптивних систем, їх динамічні властивості та характеристики; типи зворотних зв'язків та типи регуляторів; особливості регулювання в залежності від типу двигунів, які застосовуються в СКЕП; принципи побудови та дії найважливіших промислових схем, сучасний стан та перспективи розвитку автоматизованого електроприводу (АЕП).

вміти: розрізняти між регульованими та нерегульованими електроприводами; розробляти функціональні та структурні схеми систем автоматичного управління електроприводами; визначати якісні характеристики систем та процесів автоматичного управління електроприводами; вибирати тип та розраховувати параметри регуляторів і характеристики систем автоматичного управління, що випускаються серійно, при заданих вимогах до якісних характеристик систем автоматичного управління електроприводами

мати уяву про перспективи розвитку дисципліни як науки.

 

ПРОГРАМА КУРСУ

Розділ 1. Вступ. Загальна характеристика автоматизованих електроприводів.

1.1. Загальна характеристика АЕП. Терміни та визначення. Узагальнена функціональна схема АЕП. Задачі, що вирішують АЕП. Функції, що виконують АЕП.

1.2. Характеристика керованих технологічних процесів, приклади промислових технологічних комплексів, де вживається автоматизований електропривод

1.3. Вимоги, що пред'являються до автоматизованих електроприводів.

1.4. Класифікація систем керування електроприводів за призначенням, функціям керування, принципами побудови, способом регулювання, типом силових перетворювачів, родом струму, структурою САР, кількості контурів регулювання, зон регулювання, інш.

1.5. Сучасний стан та тенденції розвитку автоматизованого електропривода.

Розділ 2. Проектування систем керування електроприводами.

2.1. Принципи керування. Призначення та основні вимоги до СКЕП та їх вузлів.

2.2. Типові впливи. Показники якості процесів керування, показники якості перехідних процесів.

2.3. Принципи та основи системного проектування АЕП. Характеристика процесу проектування. Аналіз проблеми та уточнення постановки задачі. Вибір принципових рішень. [ Л.6 ].

Розділ 3. Функціональна побудова СКЕП.

3.1. Функціональні елементи систем керування та керуючих пристроїв, їх призначення, статичні та динамічні характеристики, фізична реалізація:

Побудова силової частини АЕП.

Підсилювачі потужності; силові перетворювальні пристрої, які вживаються в схемах СКЕП (принципи керування тиристорами, структурна, принцип керування схема вертикальної СИФК, характеристики, перетворювача для режиму безперервного струму, зовнішні характеристики перетворювача, принципи керування комплектами вентилів перетворювача, переваги та недоліки сумісного та роздільного керування );

Типи регуляторів, характеристики, реалізація їх на аналогових та цифрових пристроях, межі їх застосування в СКЕП;
Датчики, вимірювальні пристрої.
Сумісна робота двигунів з пристроями силової електроніки.
Вплив регуляторів на якість керованих процесів в СКЕП].

Розділ 4. Математичний опис СКЕП постійного струму та аналіз динамічних процесів.

4.1. Електроприводи як об'єкти керування та вибір змінних. Аналіз і опис системи електропривод-робоча машина. Вимоги до точності та швидкодії приводів деяких робочих машин (органів). Опис збурень, які впливають на електропривод. Сигнали в АЕП.

4.2. Методика одержання математичного опису СКЕП. Математичні моделі електромеханічних систем з двигунами постійного струму.

4.3. Динамічні процеси в електромеханічній системі. Динамічні процеси в електроприводах постійного струму в різних режимах роботи.

Розділ 5. Замкнені СКЕП постійного струму.

5.1. Регулювання швидкості в СКЕП постійного струму. Типові структури. Математичний опис. Особливості побудови СКЕП.

5.2. Одноконтурні схеми СКЕП з зворотними зв'язками по напрузі, струму, швидкості.

5 .3. Двоконтурні схеми СКЕП підлеглого підпорядкування. Характеристика, функціональні схеми.

5.4. Трьохконтурні схеми СКЕП підлеглого підпорядкування з мікропроцесорним керуванням по положенню.

5.5. Системи та принцип роботи схеми двозонного регулювання швидкості АЕП.

5.6. Стандартні настройки промислових регуляторів та їх застосування в системах підлеглого підпорядкування.

5.7. Синтез регуляторів в стабілізуючих СКЕП, методики розрахунків.

5.8. Приклади промислових СКЕП постійного струму, характеристика, схемна реалізація.

5.9. Аналіз динамічних властивостей СКЕП постійного струму.

Розділ 6. Замкнені СКЕП змінного струму.

6.1. Загальна характеристика СКЕП змінного струму. Фізичні залежності, характерні для АЕП змінного струму. Математичні моделі електромеханічних систем з двигунами змінного струму.

6.2. Особливості керування швидкістю асинхронних електроприводів.

6.3. Замкнені схеми регулювання швидкості АЕП шляхом зміни напруги статора:

тиристорний регулятор напруги - асинхронний двигун (АД);
з регуляторами швидкості та струму;
імпульсне регулювання швидкості.
6.4. Частотне регулювання швидкості АД:

суть частотного регулювання;
перетворювачі частоти (ПЧ) для частотного ЕП;
схеми статичних ПЧ з ланцюгами постійного струму;
схеми з НПЧ.
6.5. Системи частотного регулювання з функціональними перетворювачами.

6.6. Системи частотного керування з зворотним зв'язком по ерс статора, швидкості та струму двигуна .

6.7. Замкнені системи частотно-струмового керування швидкістю АД:

загальна характеристика СКЕП з АИС;
принцип частотно-струмового керування;
системи частотно-струмового керування з зворотними зв'язками по струму, швидкості.
6.8. Системи векторного керування, Принцип векторного керування. Схеми.

6.9. Приклади СКЕП змінного струму.

6.10. СКЕП з синхронними двигунами.

Розділ 7. Функціональна побудова СКЕП з багатьма двигунами.

7.1. Загальна характеристика. Принцип роботи.

7.2. Схеми побудови СКЕП з ітераційною структурою та их динамічні властивості.

7.3. Методи проектування ітераційних СКЕП .

Розділ 8. Слідкуючі СКЕП

8.1. Система керування положенням механізму. Принцип побудови слідкуючих СКЕП в режимі позиціюнування та функціональні схеми.

8.2. Особливості математичного опису слідкуючих СКЕП.

8.3. Якісні характеристики.

8.4. Методи синтезу корегуючих пристроїв. Розрахунки параметрів регуляторів.

8.5. Синтез регуляторів в слідкуючих СКЕП.

Розділ 9. Програмні СКЕП

9.1. Загальна структура програмних СКЕП, особливості. Програмні СКЕП, замкнених по положенню виконавчого органа.

9.2. Формування законів управління.

9.3. Синтез СКЕП програмного управління.

Розділ 10. Призначення та побудова адаптивних СКЕП.

10.1. Задачі та особливості керування в адаптивних СКЕП.

10.2. Безпошукові адаптивні СКЕП.

10.3. Пошукові адаптивні СКЕП.