Анализ литературы и постановка задачи исследования

Анализ литературы

На данный момент существует широкий спектр печатных изданий посвященных данной теме, однако более передовые исследования в данной области чаще можно встретить в специализированных журналах и на некоторых сайтах в сети интернет, далее будут рассмотрены лучшие издания посвященные данной тематике.

Одним из них является Самосейко В. Ф. «Теоретические основы управления электроприводом». В данной книге рассмотрены математические модели силового канала электропривода: механического, электромеханического, электрического преобразователей, а также основных датчиков, необходимых для построения системы управления электроприводом. Приведены теоретические основы построения систем управления и алгоритмы управления электроприводами с двигателями постоянного тока, синхронными, асинхронными и реактивными [1].

Следующим источником является книга Гульков Г. И., Петренко Ю. Н. «Системы автоматизированного управления электроприводами». В ней изложены теория и практика современных систем автоматизированного управления электроприводами — от релейно-контакторных (простейшие функции управления) до сложных (с применением микропроцессоров и микро ЭВМ). Рассмотрены системы управления с различными типами двигателей: асинхронные, синхронные, постоянного тока, шаговые и вентильные [2].

Еще одним альтернативным источником является Белов М. П., Новиков А. Д. «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов», в котором представлены блочно-модульные принципы построения унифицированных систем автоматизированных электроприводов с программируемыми микроконтроллерами. Рассмотрены принципы построения систем управления механизмами, агрегатами и комплексами на базе автоматизированных электроприводов и компьютерных средств автоматизации. Приведены примеры построения компьютерных систем управления многодвигательными электроприводами машин и агрегатов типовых групп технологического и транспортного оборудования, а также автоматизированных технологических комплексов базовых отраслей промышленности [3].

Важным источником для детального понимания и исследования вопроса является книга Подкучаева В. А. «Аналитические методы теории автоматического управления». Данный источник посвящен проблемам анализа и синтеза современных систем автоматического правления. Получено решение задач анализа и синтеза в явном виде (в аналитической форме) без использования каких-либо итерационных или поисковых процедур. Книга очень полезна для разработчиков систем автоматического управления [4].

Еще одна полезная книга Онищенко Г. Б. «Электрический привод». В ней излагаются общие представления об автоматизированном электроприводе, его месте и роли в современном машинном производстве, сведения о составе и принципах построения электроприводов, свойствах и характеристиках электроприводов с двигателями постоянного и переменного тока, принципах управления электроприводами, об элементной базе и современных системах регулируемого электропривода, приводятся общие подходы к выбору и проектированию электроприводов [5].

Довольно интересный материал представлен в книге Соколовский Г. Г. «Электроприводы переменного тока с частотным регулированием». В источнике приведено математическое описания следующих технических систем:

• а) электропривода с асинхронным двигателем и разомкнутой системой управления;
• б) электроприводов с синхронными и вентильно-индукторными двигателями;
• в) преобразователей частоты в системе частотного регулирования скорости электропривода переменного тока.

Электроприводы с вентильными двигателями на основе синхронных машин с постоянными магнитами. Принципы регулирования скорости электроприводов переменного тока изменением частоты вращения на статоре. Кроме математических моделей приведены примеры расчетов в приводах переменного тока [6].

Все выше перечисленные книги относятся непосредственно к теме синтеза, построения автоматизированных систем управления как двигателями так и другими исполнительными механизмами. Однако не стоит забывать о том что для проведения исследований в данной области необходимо составить модели в среде Matlab Simulink, а для этого требуется специальная литература. Одним из таких источников является книга Ануфриев И. Е. «MATLAB7». Данный источник посвящен применению пакета MATLAB и его расширений (Toolbox) для решения различных математических задач, задач математической физики, обработки данных и ряда других задач. Подробно рассмотрена работа с различными математическими функциями [7].

Еще одним источником в работе c MatLab является Герман-Галкин С. Г. «Компьютерное моделирование полупроводниковых схем». В данной книге рассматриваются вопросы практического использования MatLab для задач по проектированию полупроводниковых систем электропривода. Очень детально рассматриваются такие вопросы как: основы электропривода, моделирование систем в пакете Simulink, силовые полупроводниковые преобразователи, электроприводы постоянного тока, электроприводы переменного тока [8].

Примеры практической реализации моделей в пакете MatLab Simulik приведены в книге Терёхина В. В. «Основы моделирования в MATLAB Часть 2». В данном источнике детально разобран каждый элемент библиотеки Simulink, приведены примеры работы с ними. Очень детально описаны принципы создания моделей в пакете Simulink [9].

Следует также уделить внимание некоторым тонкостям при моделировании систем с электроприводами. В данном вопросе будет весьма актуален источник Терёхин В. Б. «Моделирование систем электропривода в SIMULINK». В данном источнике излагаются принципы моделирования различных элементов систем электропривода постоянного и переменного тока в Simulink. Рассматриваются особенности моделирования сложных автоматизированных систем электропривода с учетом нелинейностей и различного рода возмущающих факторов. Приводятся результаты исследования наиболее типичных и важных режимов его работы. Даются рекомендации о технике моделирования [10].

Кроме того, много полезной информации можно найти в специализированных журналах. «SEW-EURODRIVE» в издании можно найти информацию по сравнению наиболее распространенных систем приводов, довольно тщательно расписаны преимущества и недостатки конкретных систем, предложены некоторые конструктивные решения по обработке и использовании сигналов, по структурам регуляторов (скорости, тока, положения). Выдвинуты примечания по применению приводов в промышленности такие как: требования к сети, указания для двигателей, укладка кабелей, электромагнитная совместимость, интерфейсы внешнего управления и д.р. [11]. Очень полезное издательство «Техническая коллекция Schneider Electric» в выпуске 38 (устройства плавного пуска и преобразователей частоты) можно найти ряд рекомендаций и решений по плавному пуску электродвигателей, приведены сравнительные характеристики различных видов управления электродвигателями [12].

Постановка задачи

Целью данной работы является дальнейшее развитие теории и практики построения выходных каскадов в системе «выходной каскад — исполнительный механизм» и разработка на этой основе рекомендаций по созданию моделей и систем с электроприводами постоянного тока.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• а) исследование электромагнитных процессов в тиристорных и транзисторных преобразователях;
• б) определение алгоритма работы системы управления двигателем на тиристорах и транзисторах (с различными нагрузками и управляющими напряжениями);
• в) электронное моделирование систем управления на тиристорах и транзисторах для уточнения теоретических результатов исследования;
• г) разработка рекомендаций по областям применения таких систем управления.

Объектом исследования является транзисторные и тиристорные каскады с нагрузкой в виде двигателя постоянного тока.

Предметом исследований являются переходные процессы в системе «выходной каскад — исполнительный механизм».