Разработка структурных схем динамических моделей электромагнитного привода. Вводные положения. Схемно-конструктивная характеристика системы. Структурная схема привода как системы автоматического регулирования

Страницы работы

Содержание работы

3. Разработка структурных схем динамических МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОмагнитного привода

3.1. Вводные положения

Для математического моделирования динамических свойств различных систем используется два принципиально различных подхода. В первом выполняется решение дифференциальных уравнений без отражения реальной структуры системы (метод непосредственного математического моделирования). Во втором же программная реализация математической модели формируется в соответствии со структурной схемой исследуемой системы (метод структурного моделирования).

Первый метод относительно прост, но имеет ряд недостатков, особенно ярко проявляющихся при моделировании сложных систем. Основные из них: невозможность использовать результаты предварительной работы по составлению структурной схемы проектируемой системы при компоновке схемы расчетной модели; получение переходного процесса, как правило, по одной переменной и в связи с этим отсутствие информации о других регулируемых координатах системы; трудность отыскания ошибок в работе системы.

При программной реализации второго метода структурная схема составляется из типовых динамических звеньев и поэтому является воплощением средств вычислительной техники математической модели реальной системы, которая наглядно отражает тип динамических звеньев и характер связей между ними, а также направление и последовательность преобразования сигналов информационно-управляющих и энергетических каналов. Метод структурного моделирования лишен указанных выше недостатков метода непосредственного моделирования. При его применении значительно упрощаются разработка и анализ программной реализации математической модели системы или устройства [10].

Структурные схемы, разрабатываемые средствами визуального объектно-ориентированного программирования Simulink, в [7] называют блок-диаграммами. Использование такого понятия целесообразно для решения задач проектирования технических устройств и систем, так как позволяет избежать смешивания терминов из разных проектных процедур.

Визуальное программирование средствами Simulink обеспечивает доступ ко всем основным возможностям вычислительной среды MATLAB, пользователю не обязательно иметь навыки в использовании других инструментов, входящих в состав вычислительной среды. Немаловажным достоинством приложения Simulink является также то, что с помощью его программных средств создается программный модуль, который при симуляции (имитации) обрабатывается методом непосредственного математического моделирования. Инструкции по работе с программно-инструментальными средствами Simulink изложены в [7 – 9, 12, 14].

Организация и проведение непосредственного цифрового управления требуют от разработчика исчерпывающих знаний о моделируемой системе и навыков структурного моделирования ее свойств с учетом положений, рассмотренных во втором разделе настоящего пособии. Эти обстоятельства и определяют содержание последующих разделов применительно к решению задач управления электромагнитным приводом.

3.2. Схемно-конструктивная характеристика системы

Стремление к удовлетворению потребностей в компактном и управляемом электрооборудовании привело к появлению специализированных приводов, свойства которых подчинены критерию качества технологического оборудования в целом и условиям конструктивной совместимости с ним. С указанным направлением развития электрооборудования связано и понятие комплектного электромагнитного привода (КЭМП) постоянного тока, используемого для представления свойств технической системы, состоящей из средств питания и управления (СПиУ), электромагнитного двигателя (ЭМД), рабочего органа (РО) и согласующих устройств (СУ), (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Обобщенная структурная схема КЭМП

В представленной структурной схеме отражены все возможные способы использования датчиков обратных связей (ДОС) состояния компонентов привода. Для СУ и РО это показатели движения. Для ЭМД помимо показателей движения можно использовать ДОС по току обмотки и температуре. В СПиУ кроме сигналов ДОС поступают и управляющие сигналы от оборудования, где КЭМП используется.

Создать СПиУ можно на основе типовых схемотехнических решений, включая элементы вычислительной техники (чаще всего − микроконтроллеры). В усилителях мощности СПиУ эти решения ориентированы на широтно-импульсную модуляцию напряжения постоянного тока либо использование управляемых выпрямителей на тиристорах. Примеры программных реализаций моделей таких усилителей мощности с использованием модулей Simulink можно найти в [5].

В СУ могут быть использованы рычаги, пружины, механические демпферы, ограничители перемещения якоря ЭМД и подвижных частей РО. Это известные механические элементы и узлы, применение которых в КЭМП должно изменить характер движения РО. В блок-диаграммах элементы СУ и РО могут быть представлены характеристиками с использованием приемов интерполяции либо аппроксимации.

Конструктивные решения ЭМД весьма разнообразны. Конструирование ЭМД выполняется с учетом назначения КЭМП и ограничений по весогабаритным, динамическим показателям, условиям нагревания, а также свойствам СПиУ. По технологическим, конструктивным и энергетическим свойствам для ЭМД наиболее приемлемым является цилиндрическое исполнение. В последующем изложении электромагнитная система (ЭМС), составленная из обмотки и магнитопровода, рассматривается как средство создания магнитного потока в ЭМД. Такое структурное подразбиение позволяет в математической модели КЭМП отражать возможность конструирования ЭМД с несколькими ЭМС при одном якоре. Это существенно при создании следящего либо позиционирующего приводов.

Похожие материалы

Информация о работе