Мещеряков В. Н. et al. «Математическая модель системы управления главным электроприводом прокатной клети» Известия Тульского государственного университета. Рисунок 3. Модель одноконтурной системы автоматического регулирования с ПИ-подобным fuzzy-регулятором.

В настоящее время этот этап успешно реализуется с использованием современных компьютерных технологий, базирующихся на различных прикладных специализированных пакетах. Разработка модели в среде MATLAB-Simulink сродни разработке макетного образца на этапе технического проекта. В подавляющем большинстве случаев отсутствует возможность обобщенного аналитического исследования электромагнитных процессов во вторичном источнике питания. Удобно воспользоваться модельным экспериментом, в котором можно учесть все особенности конкретного электропривода.

Модельное исследование напряжения на конденсаторе ВИП в замкнутом одноконтурном электроприводе

Для исследования электромагнитных процессов в ВИП важным являются не только переходные, но и установившиеся процессы. Установившиеся процессы могут стать определяющими при работе ИД в генераторном режиме. В связи с этим целесообразно при исследовании выбрать такое управляющее воздействие, при котором в системе имели бы место как переходные, так и установившиеся процессы.

В частности, при а = 2 в замкнутой системе реализуется оптимум по модулю (технический оптимум). В последнем выражении Ia.эфф является эффективным (действующим) током в якоре, который определяется динамическими свойствами замкнутой системы. В замкнутой системе с ПИД-регулятором при наличии постоянного момента на валу ИД перенапряжение возникает как за счет механической работы, так и за счет электромагнитного переходного процесса.

Перенапряжение на конденсаторе, как в переходных, так и в установившихся режимах, можно исключить включением параллельно конденсатору фильтра цепи сброса энергии , показанной на рис. 2 пунктиром. В этой схеме транзисторный ключ VT0 совместно с сопротивлением R0 образуют цепь сброса энергии, накопленной в механической и электромагнитной частях системы. Транзистор включен в замкнутую систему регулирования, на вход которой подается напряжение задания U*0, равное линейному напряжению сети, и напряжение обратной связи (U0) с конденсатора фильтра.

Динамические процессы в электроприводе постоянного тока

Это позволяет независимо задавать скорость и ускорение на входе системы. Момент вязкого трения реализуется путем задания параметра Bm в окне настройки блока DC Machine. Из этого можно сделать вывод, что модель адекватна и что она может быть использована для исследования всей гаммы электромагнитных процессов в ВИП электропривода.

Величина этого перенапряжения зависит от момента, скорости и продолжительности этого режима работы. Переходные электромагнитные процессы в якоре ИД также вызывают перенапряжение на конденсаторе фильтра.

При наличии отрицательной обратной связи по току влияние противо-ЭДС в якоре компенсируется и двигатель становится источником момента. Поскольку длительность t3 (рис. 16г) электромагнитного процесса мала, то можно считать, что вся энергия индуктивности якоря передается в электрическое поле конденсатора фильтра. Это позволяет отказаться от использования цепи сброса энергии в электроприводах малой и средней мощности.

Переходный режим работы электропривода

Методика построения модели, включающая аналитический расчет перенапряжения на конденсаторе, может быть распространена на системы с иными динамическими характеристиками. В последние годы в системы автоматизации технологических процессов и производств начали активно внедряться модели, методы и технические средства, основанные на теории нечетких множеств.

Значения параметров настройки ПИ-регулятора для данного объекта следующие: P=0.388, I=1/TИ=0.323. Блок PID-controller представляет собой подсистему, то есть он образован при помощи более простых блоков системы. Библиотека системы Simulink содержит блок fuzzy-регулятора. Причём значения параметра Gain блоков Gain в линиях пропорциональной и интегральной составляющих сигнала соответствуют P и I настройкам аналогового ПИ-регулятора (т. е. 0.388 и 0.323).

Разработка методики модельного исследования

Заметим, что с помощью пакета «Fuzzy Logic Toolbox» можно строить нечеткие системы двух типов — Мамдани и Сугэно. По мере увеличения значения С уменьшается динамическая ошибка, но возрастают время регулирования и число колебаний переходного процесса. В основу положен способ, предложенный в литературе. Данная команда будет каждый раз при открытии файла модели помещать файл fuzzy1.fis в WorkSpace (рабочее пространство системы MATLAB).

Как видим из рисунка время регулирования и число колебаний несколько больше для системы с fuzzy-регулятором, однако динамическая ошибка значительно уменьшилась. На практике наибольшее распространение получил ПИ-регулятор, поскольку Д-составляющую настраивать нужно точно, иначе в системе возникнут колебания. При использовании модели можно быстро освоить принципы нечёткого логического аппарата применительно к системам автоматики.

Однако для некоторых моделей можно добиться лучших результатов по скорости и точности, если задать более точно параметры решателя дифференциальных уравнений. Модель включает блок памяти Memory. Модель может оказаться жесткой, а используемый решатель не предназначен для моделирования жестких систем.

Блок Constпредназначен для задания угловой скорости в системе управления электроприводом

В модели используются блоки, шаг дискретизации которых (Sample time) не является кратным. Алгебраические контуры рассчитываются в Simulink с помощью итерационной процедуры на каждом шаге расчета, что замедляет общее время расчета.

Скорость расчета можно также повысить в несколько раз, используя ускоренный (Accelerator) режим расчета. В ускоренном режиме расчета предварительно проводится трансляция модели в исполнительный код (dll-файл), а затем уже проводится сам расчет. Некоторые дополнительные затраты времени на трансляцию с лихвой окупаются ускорением расчета модели. Однако при изменении структуры модели процедура трансляции будет повторена.

Цель работы — моделирование двухконтурной системы управления электроприводом постоянного тока с подчиненным регулированием координат в Simulink. При положительном моменте и отрицательной скорости ИД находится в генераторном режиме, что вызывает рост напряжения на конденсаторе фильтра. Мещеряков В. Н. & Диденко Е. Е. (2012).