| Развитие теории и практика создания автоматического электропривода большой мощности в составе технологических комплексов
Диссертация
Автор: Островлянчик, Виктор Юрьевич
Название: Развитие теории и практика создания автоматического электропривода большой мощности в составе технологических комплексов
Справка: Островлянчик, Виктор Юрьевич. Развитие теории и практика создания автоматического электропривода большой мощности в составе технологических комплексов : диссертация доктора технических наук : 05.13.07 Новокузнецк, 1997 420 c. : 71 98-5/254-8
Объем: 420 стр.
Информация: Новокузнецк, 1997
Содержание:
1 ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
11 Характеристика автоматизированных электроприводов постоянного тока горно-металлургического производства как объектов исследования
111 Характеристика электропривода как управляющего объекта автоматизированной системы
112 Проблемы автоматизации электропривода постоянного тока с микропроцессорными управляющими системами
113 Концепция построения современных систем автоматического управления
12 Моделирование автоматических управляющих систем на основе структурной оптимизации и декомпозиции
121 Особенности построения цифровых моделей
122 Анализ методов моделирования автоматических систем
123 Метод структно-топологических представлений при моделировании элементов управляющих систем
13 Методологические принципы и задачи исследований
131 Принципы формирования структуры и развитие понятий современных систем автоматического электропривода
132 Методологические принципы и задачи проектирования систем электропривода
14 Выводы
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С МАЛЫМИ "ГРАНИЧНЫМИ" ПАРАМЕТРАМИ УПРАВЛЯЮЩЕГО ОБЪЕКТА
21 Область применения управляющих объектов (электроприводов) с малыми "граничными" значениями параметров и задачи их исследования
22 Исследования системы подчиненного регулирования электропривода обжимного реверсивного прокатного стана "1300" ЗСМК
221 Методика синтеза параметров системы подчиненного регулирования электропривода
222 Синтез параметров трехконтурной системы подчиненного регулирования с учетом влияния ЭДС двигателя
223 Регулирование скорости двигателя изменением потока возбуждения в трехконтурной системе подчиненного регулирования
224 Анализ результатов синтеза системы подчиненного регулирования электропривода стана " 1300" ЗСМК
23 Синтез системы управления обжимными реверсивными прокатными станами
231 Постановка задачи синтеза
232 Синтез параметров преобразователя энергии и коррекция параметров объекта управления
233 Синтез корректирующих элементов при безинерционном преобразователе электрической энергии
234 Синтез корректирующих элементов при учете инерционности преобразователя электрической энергии
24 Система управления электропривода обжимного реверсивного прокатного стана
241 Анализ параметров трехконтурной системы управления электроприводом
242 Функциональная схема системы управления
243 Настройка системы управления
244 Экспериментальные исследования системы управления
25
Выводы ПО
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С БОЛЬШИМИ "ГРАНИЧНЫМИ" ПАРАМЕТРАМИ УПРАВЛЯЮЩЕГО ОБЪЕКТА
31 Режимы работы электроприводов с большими значениями момента инерции рабочего механизма
311 Режимы работы подъемной установки
312 Анализ электромеханической системы рудничной подъемной установки
32 Некоторые вопросы оптимизации систем управления электроприводами рудничных подъемных установок
321 Анализ методов оптимизации электромеханических систем
322 Синтез управления электромеханической системой с большими "граничными" значениями параметров управления
33 Система автоматического регулирования скорости рудничной подъемной установки при конечных значениях электромеханической постоянной
311 Синтез структуры управляющего устройства
332 Метод измерения ЭДС двигателя постоянного тока
333 Синтез регулятора ЭДС
334 Анализ электромеханической системы рудничной подъемной установки при регулировании ЭДС двигателя
335 Синтез структуры системы автоматического регулирования скорости с комбинированным принципом управления
34 Синтез системы автоматического регулирования скорости при Тм=со
35 Адаптация в электромеханических системах управления электроприводом рудничной подъемной установки
36 Экспериментальные исследования
37 Выводы
4 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ АВТОМАТОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
41 Характеристика управляющего автомата как интегрированного модуля кибернетического технологического комплекса
411 Процессы управления и проблемы построения управляющего автомата в автоматическом электроприводе
42 Особенности построения управляющих автоматов, реализуемых в микропроцессорных системах
421 Формализованное представление задач программной реализации управляющих автоматов в микропроцессорных системах
422 Алгоритмизация процессов управления и организация циклов программируемого контроллера
43 Анализ методов синтеза цифровых автоматов
431 Языки описания управляющих автоматов Условия непротиворечивости и полноты
432 Минимизация числа логических условий и внутренних состояний
433 Задачи оптимального управления и формализации логических условий
44 Структура управляющего автомата технологичесского процесса "Подъём"
441 Принципы построения управляющих автоматов для электроприводов рудничных подъемных установок горно-металлургических комплексов
442 Анализ структуры потоков информации в управляющем автомате
443 Визуализация технологической информации в управляющем автомате
45 Модуль технологической автоматики и защит
451 Построение модуля технологической автоматики и защит
452 Функциональное представление модуля технологической автоматики и защит
453 Алгоритмы функционирования контроллера технологической автоматики и защит
46 Программируемый аппарат защиты и контроля шахтной подъёмной установки
461 Способы и средства измерения положения сосудов и скорости их движения
462 Функциональная и структурная схемы программируемого аппарата защиты и контроля
463 Алгоритмы функционирования программируемого аппарата защиты и контроля
47 Устройство управления
471 Оптимизация скоростных характеристик подъёмной установки
472 Структура управляющего устройства
48 Выводы
5 СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ В АВТОМАТИЧЕСКОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
51 Общая характеристика информационно-управляющих систем
511 Характеристики алгоритмов и информационных потоков в автоматическом электроприводе
52 Принципы построения информационно-управляющих систем в автоматическом электроприводе
521 Особенности методологии проектирования информационно-управляющих систем
522 Оценка технической эффективности информационно-управляющих систем
523 Алгоритмизация информационно-управляющих процессов и организация алгоритмических подсистем
524 Контроль и достоверность работы информационно-управляющих систем
53 Формирование исходных требований к структуре и параметрам информационно-управляющих систем
531 Обобщенная временная диаграмма решения задач
532 Выбор принципа организации вычислительного процесса
533 Выбор структуры информационно-управляющих систем
54 Методы проверки информационно-управляющих систем
541 Цели и задачи проверок информационно-управляющих систем
542 Отладка и испытания комплексов программ
55 Информационно-управляющая система технологическим процессом "Подъём"
551 Общая характеристика информационно-управляющей системы
552 Разработка структуры информационно-управляющей системы технологического процесса "Подъём"
553 Информационно-измерительная система
554 Система оптимизации режима технологического процесса "Подъем"
56 Выводы
Введение:
Актуальность проблемы. Электроприводы постоянного тока получили достаточно широкое распространение в различных отраслях хозяйственной деятельности. Основными потребителями регулируемых электроприводов постоянного тока средней и большой мощности являются металлургическая, горнорудная, бумагоделательная, резиновая, машиностроительная промышленность и др.. Являясь неотъемлемой частью практически большинства технологических агрегатов, во многих случаях они определяет эффективность технологического процесса, потребление электрической энергии и условия труда обслуживающего персонала.Вследствие этого непрерывное развитие и совершенствование технологических процессов, требование повышения их технико-экономических показателей и безопасности труда вызывают необходимость совершенствования и систем электропривода. Существенную роль при этом приобретает, построенный с применением микропроцессорных средств управления, электропривод как энергетическая основа и инструмент совершенствования традиционных и современных технологий.Наметившаяся тенденция к расширению применения такого электропривода, определённая успехами в развитии микропроцессорных средств управления, выдвигает в качестве актуальной и перспективной проблему создания автоматического электропривода как базового элемента автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП).Дальнейшее совершенствование систем электропривода связано с научно-техническим прогрессом в области силовой и слаботочной электроники, вычислительной техники. Возможность использования микропроцессорной техники в системах управления является предпосылкой созДания принципиально новых электромеханических систем. Вполне реальной становится задача создания не локального автоматизированного, а автоматического электропривода как подсистемы общей системы автоматизации технологического процесса. Такие электроприводы должны представлять собой конструктивно и функционально законченные устройства, содержащие все необходимые узлы для автоматического выполнения требуемых по технологии режимов, способные взаимодействовать с другими системами, входящими в технологическую цепь.В зарубежной практике микропроцессорные системы управления электроприводами эффективно и широко используются многими фирмами, как "Fonue", "Mitsubisi Electric", "Siemens", "ASEA", Westinghouse Electric Corp" и другими, однако сведения о теоретических принципах и существе их разработок в доступной печати отсутствуют. Вместе с тем необходимость перехода на более высокий уровень автоматизации электропривода на основе микропроцессрного управления, эффективного для его проектировщиков, изготовителей и потребителей и не достигнутая в полной мере отечественной практикой, очевидна, что делает проблему исследований актуальной.Цель работы - поиск принципов построения, формирования основ теории, разработка методов проектирования и средств реализации систем автоматического управления электроприводами горно-металлургического производства, оптимизируемых по динамической точности, производительности и энергетическим показателям в условиях жестких ограничений на информационные и энергетические ресурсы.Поставленная цель достигается посредством решения теоретических и прикладных задач, смысл которых сводится к: - выявлению проблемных вопросов и формированию концептуальных положений методологии их разрешения; - учету специфики аналитического конструирования алгоритмов и стратегий управления, обусловленной вариантностью режимов работы технологических объектов и ограничениями ресурсов; - формализации процедур получения оптимальных решений задач управления электромеханической системой, ориентированной на использование средств аппаратной и программной поддержки инженера - разработчика; - проведению машинных (ЭВМ) и промышленных экспериментов, подтверждающих результаты теоретических исследований, эффективность предлагаемых решений и корректность принятых допущений.Методы исследований. В методологическом плане исследования проводились посредством сочетания системного подхода , физического моделирования и промышленных испытаний. Противоречия между этими методами разрешались формированием математических моделей исследуемых процессов, основанных как на интуитивно полученных физических представлений о причинно - следственных связях, так и на абстрактно математических соотношениях. В части использования математического аппарата отдавалось предпочтение физическим и наглядным методам функционального и структурного анализа, и только при обобщениях использовались методы: теории оптимизации процессов управления, переменных состояния, основных принципов модального управления, теории управляющих автоматов и информационных процессов.Основные поло.-жения, вносимые в защиту. Принципы структурной организации, методы анализа и синтеза автоматических управляющих систем электроприводом постоянного тока обжимных реверсивных прокатных станов и рудных подъёмов, которые обеспечивают переход от традиционных автоматизированных систем управления к автоматическим управляющим системам, имеющим следующие отличительные признаки: - управляющая система состоит из цифроаналогового управляющего устройства, управляющего автомата и информационно-управляющей подсистемы; - цифроаналоговое управляющее устройство осуществляет адаптивное управление, при этом управляющие воздействия вырабатываются посредством автоматической смены нескольких законов управления, обеспечивающих скользящие режимы изменения во времени управляемых координат, близких к желаемому их изменению; - информационно-управляющая подсистема; - управляющий автомат, осуществляющий преобразование логических и непрерывных функций в задающее воздействие.Решение указанных задач достигается использованием общих методов теории систем автоматического управления, методов импульсных систем и нелинейных разностных уравнений, теории информационных и вычислительных процессов. Синтез микропроцессорных систем осуществлен на основе использования теории систем с переменной структурой и математических методов моделирования псевдолинейных систем автоматического управления.Практическая ценность. Разработаны и внедрены структуры адаптивных электромеханических систем для обжимных реверсивных прокатных станов и рудных подъёмов, программируемый аппарат задания и контроля хода подъёмной установки, информационно-управляющая система, устройства защит и управления технологическим процессом "Подъём". Предложена оригинальная архитектура этих устройств. Использование новых научных положений позволяет формализовать синтез алгоритмов управления в микропроцессорхых системах, использовать целесообразные в данных условиях алгоритмы регулирования, сформулировать требования к техническим характеристикам микропроцессорной системы и тем самым оптимизировать ее стоимость при условии выполнения заданных алгоритмов управления, разработать специализированные микропроцессорные устройства для электроприводов, комплектных устройств управления, создать серию АЭ ШПУ с широким использованием микропроцессоров с высокими технико-экономическими показателями.Внедрение результатов работы. Работа выполнялась в соответствии с темами комплексных и подотраслевых планов. Разработаны и внедрены в производство системы автоматического управления электроприводами четырёх подъёмных установок Шерегещского и Абаканского рудоуправлений. На двух подъёмах внедрены программируемые аппараты защит и контроля и базовый модуль информационно-управляющей системы "Вычислительный комплекс Сигнал". Выполнено десять технических и рабочих проектов электроприводов рудных подъёмов для Таштагольского, Шерегешского, Казского и Абаканского рудоуправлений.Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III международной научно-технической конференции (Новокузнецк, 1996), на III международной научно-технической конференции (Новосибирск, 1996), на I международной (XII всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу.( Санкт-Петербург, 1995), международной научно-технической конференции (Новокузнецк, 1994),! международной конференции по электромеханике и электротехнологии ( Суздаль, 1994), на международной конференции "проблемы электротехники" (Новосибирск, 1993). Образец устройства управления электроприводом блюминга 1300 завоевал в 1979 г. Золотую медаль ВДНХ СССР .Программно-аппаратный комплекс "Сигнал" удостоен диплома I степени "за лучший экспонат, представленный на международной выставкеярмарке "Металлургия-94"(Новокузнецк, 29.04.94г.).Публикации. Основные результаты работы отражены в 65 печатных работах, в том числе 44 статьях и докладах на международных, всесоюзных и республиканских конференциях, одной монографии и 20 авторских свидетельствах. Всего по проблемам электропривода, практическим и теоретическим вопросам автоматического управления и автоматизации производственных процессов опубликовано 84 работы.Содержание работы раскрывается в пяти главах.В первой главе рассмотрены общие вопросы построения современных систем автоматического управления. Дана общая характеристика автоматизированного электропривода обжимных реверсивных прокатных станов и рудничных подъемных установок. Предложены методологические принципы и концепция построения автоматического электропривода горно-металлургического производства. Рассмотрены вопросы цифрового математического моделирования электроприводов. Предложен объектно-ориентированный метод моделирования цифроаналоговых систем автоматического управления.Во второй главе рассмотрены вопросы анализа и синтеза управляющих систем с "малыми" граничными параметрами на примере обжимного реверсивного прокатного стана. На основе анализа характеристик трехконтурной системы подчиненного регулирования произведен синтез наиболее рациональной структуры системы управления электроприводом.В третьей главе рассмотрены вопросы исследования управляющих объектов с "большими" граничными параметрами. Дан анализ и синтез системы автоматического управления электроприводом рудничной подъемной установки. Получена унифицированная структура системы автоматического регулирования, позволяющая изменением параметров двух обратных связей не только получить систему оптимального регулирования, но и реализовать различные принципы управления. Предложен и обоснован метод синтеза адаптивных многовариантных электромеханических систем автоматического регулирования с переменной структурой, основанный на аналитических методах самонастраивающихся систем с эталонными моделями, учитывающий различную дискретность во времени контуров регулирования, запаздывание вычислений.В четвёртой главе изложены вопросы построения управляющих автоматов в системах автоматического управления исследуемых электроприводов. Предложен метод аналитического конструирования управляющих автоматов для автоматического электропривода постоянного тока.Показаны примеры реализации основных модулей. Приведены характеристики технологического кибернетического комплекса "Подъём", предназначенного для автоматического выполнения процесса подъема горной массы скиповыми рудничными подъёмными установками.В пятой главе изложены принципы построения информационноуправляющих систем для рассматриваемого класса электроприводов.Предложена объектно-ориентированная структура системы. Рассмотрены принципы построения модулей информационно-управляющей системы. В качестве примера реализации одного из основных модулей приведено описание информационно-измерительного комплекса "Сигнал".
|
