Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в э

important criteria, and classification according to the principle of control. The review of block diagrams and basic approaches of creation a servo electric drive systems. On analysis results the conclusion that questions of development of electromechanical servo control systems of limit high-speed performance in the conditions of in advance unknown external setting influences and limiting of phase variables are not resolved and require further research.

Keywords: electromechanical servo control system, system of the electric drive, classification, principles of creation, block diagrams, limit high-speed performance, relay control.

Автоматизация технологических процессов и производств [1–3] тесно связана с применением систем управления специального класса – следящих электромеханических систем управления (ЭМСУ), которые обеспечивают с заданной точностью и быстродействием отработку заданного входного сигнала, изменяющегося во времени по произвольному закону.

В настоящее время следящие ЭМСУ широко используются во всех отраслях промышленности. Например, с их помощью осуществляется работа систем наведения солнечных батарей и телескопа [4], формируется задание скорости перемещения режущего инструмента металлообрабатывающих станков [5], осуществляется управление положением мобильных робототехнических платформ [6] и т. д.

На рис. 1 представлена блок-схема классификации следящих ЭМСУ по основным наиболее значимым признакам, выделенным в ходе литературного обзора [4–9].

Рассмотрим и проанализируем более подробно представленную на рис. 1 классификацию.

По принципу управления [7] можно выделить ЭМСУ с управлением по отклонению (рис. 2, a, б), по возмущению (рис. 2, в) ис комбинированнымуправлением (рис. 2, г).

На рис. 2 приняты следующие обозначения блоков: ЗУ– задающее устройство, УУ– устройство управления, Р– регулятор, ПУ – силовое преобразовательное устройство, ИД – исполнительный двигатель, ПМ – передаточный механизм (редуктор), ИО – исполнительный орган, ДП – датчик положения, ДС – датчик скорости, ДМ– датчикмомента, КУ– компенсирующееустройство.

161

сования. Однако здесь стоит отметить и ряд недостатков, среди которых сложность измерения возмущения из-за отсутствия простых и надежных датчиков и наличие большого числа компенсирующих связей (контуров), которые необходимы для обеспечения независимости системы от всех возможных видов возмущений.

Рис. 2. Структурные схемы следящих ЭМСУ:

a – позиционная; б – скоростная; в – замкнутая по возмущению; г – комбинированная

163

Вреальных системах управления стараются обеспечить компенсацию наиболее значительного возмущения, а влияние воздействия остальных составляющих уменьшают управлением по отклонению, и таким образом формируется комбинированный принцип управления [7, 9] (см. рис. 2, г).

Вкомбинированных ЭМСУ применяют либо сочетание управления по отклонению и возмущению, либо сочетание регулирования по углу и по скорости, либо и того, и другого.

Вструктурной схеме на рис. 2, г, устройство КУ служит для компенсации ошибки от управляющего воздействия, датчик момента ДМ − от возмущающего воздействия, ДС и ДП осуществляют регулирование по скорости и положению. В целом комбинированные системы работают точнее и обеспечивают устойчивость наиболее простыми техническими средствами.

Классифицируя ЭМСУ по способу реализации управления [7], можно выделить следующие системы:

− непрерывного управления, с наличием в УУ непрерывного (аналогового) изменения управляющего сигнала;

− дискретного управления, с реализацией на базе УУ дискретного изменения управляющего воздействия.

При этом дискретное управление [7], в свою очередь, делится на импульсное, релейное и цифровое.

Еще одним из важных классификационных признаков ЭМСУ является вид исполнительного механизма и привода, от которого зависят необходимые элементы, структура электропривода и система управления. В качестве силовой части ЭМСУ могут применяться следующие виды приводов [7]:

1) регулируемый электропривод с электродвигателем постоянного или переменного тока с наличием механической передачи (редуктора);

2) электропривод с электромагнитной муфтой, состоящий из нерегулируемого электродвигателя и управляемой электромагнитной муфты;

164

3) электрогидравлический привод, в составе нерегулируемого электродвигателя двигателя и гидравлической передачи.

Требования, предъявляемые к ЭМСУ, и специфика их проектирования во многом зависят от условий работы и назначения этих систем. Поэтому по области применения ЭМСУ принято разделять [6]:

−на наземные системы как подвижные, так и стационарные;

−судовые системы, используемые в закрытых помещениях

ина открытых палубах;

−бортовые системы для пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов.

В рассмотренной классификации следящих ЭМСУ для дальнейшего исследования наибольший интерес представляют принципы управления и способы их реализации. Поэтому выполним более детальное изучение и классификацию ЭМСУ по принципам управления, что позволит выделить основные перспективные

ималоизученные направления для дальнейших исследований. Классификация ЭМСУ по принципу управления представ-

лена на рис. 3.

Рис. 3. Классификация ЭМСУ по принципу управления

165

Рассмотрим далее более детально анализ основных принципов управления, чтобы выявить среди них наиболее перспективные для использования в следящих системах предельного быстродействия и осуществить их доработку и развитие в рамках дальнейших исследований.

В ходе анализа [4–9] было установлено, что следящие ЭМСУ работают в режиме реального времени и при этом могут отрабатывать либо предварительно сформированное программновременное задание выходной переменной, либо приспосабливаться к изменению задающих воздействий непосредственно

впроцессе слежения за изменением внешних условий.

Кчислу первых относятся системы программного управления [5], движение в которых осуществляется с применением линейных, круговых, полиномиальных или сплайн-интерполято- ров, обеспечивающих некоторое аппроксимированное перемещение рабочего органа (РО) по траектории.

Ко второму классу относятся системы, работающие в режимах заведомо непредсказуемых изменений внешних воздействий [4], и интерполяция задающих воздействий здесь невозможна, так как перемещение РО заранее не известно и определяется датчиками локации или техническим зрением. В этом случае вместо интерполяторов возможно применение задатчиков интенсивности или предшествующих фильтров, обеспечивающих ограничения фазовых переменных ЭМСУ на допустимых уровнях при произвольных по величине изменениях задающих воздействий. При этом важно не допустить работу ЭМСУ в нелинейной зоне, требующую применения нелинейных регуляторов, процедура синтеза которых и программная реализация достаточно трудоемки.

Современные следящие ЭМСУ являются сложными много-

контурными системами, и при проектировании таких систем наибольшее распространение получили методики на базе починного регулирования координат [7, 9], использующие типовые настройки вложенных друг в друга контуров регулирования

166

на модульный или симметричный оптимумы. Однако такой подход приводит к затягиванию процессов регулирования выходной переменной при увеличении числа подчиненных контуров регулирования и делает практически невозможным быстродействующее управление следящими ЭМСУ с наличием упругих связей в объекте управления.

Одним из распространенных технических решений реализации предельного быстродействия с ограничением энергии управления в следящих ЭМСУ является релейное управление [8]. Однако в таких системах предъявляются высокие требования к полосе пропускания всех элементов в замкнутых контурах, включая силовые преобразователи, а также могут присутствовать предельные циклы вблизи точек установившихся режимов работы. Переход от релейного режима в режим квазискольжения носит апериодический характер, и, как следствие, переходные процессы становятся неоптимальными по быстродействию. При насыщении координат электропривода применяют нелинейные, например, параболические регуляторы с искусственно введенными ограничениями на коэффициент передачи для исключения образования предельных циклов вблизи установившихся состояний. Однако такой подход не позволяет в полной мере реализовать предельное быстродействие отработки заданных приращений выходной переменной. В итоге нестабильность параметров и режимов работы следящих ЭМСУ обусловлена большим числом факторов, основным из которых является непредсказуемые изменения внешних воздействий, что тесно связано с ограничения координат электропривода.

Таким образом, вопросы разработки следящих ЭМСУ предельного быстродействия в условиях ограничения фазовых переменных на допустимых уровнях на сегодня решены далеко не в полной мере и требуют дальнейшей проработки. В связи с этим возникает необходимость применения новых способов построения ЭМСУ и синтеза алгоритмов цифрового управления

167

электроприводами, в частности, на основе применения критерия предельного быстродействия и контроля полного вектора состояния объекта управления [10], обеспечивающих плавное движение исполнительного органа при максимальном быстродействии.

Список литературы

1.Петроченков А.Б., Даденков Д.А., Поносова Л.В. К вопросу о классификации автоматизированных систем управления // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2009. – № 3. – С. 243–255.

2.Даденков Д.А., Петроченков А.Б. Опыт создания лабора-

торно-тренажерного комплекса для подготовки специалистов в области автоматизированных систем управления технологическими процессами // Научно-технические ведомости СПбГПУ. − 2009. − № 87. − С. 251–255.

3.Кычкин А.В., Даденков Д.А., Билалов А.Б. Автоматизированная информационная система полунатурного моделирования статической нагрузки электроприводов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. − 2013. − № 8. − С. 73–83.

4.Белянский П.В., Сергеев Б.Г. Управление наземными антеннами и радиотелескопами. – М.: Сов. Радио, 1980. – 280 с.

5.Лебедев А.М., Орлова Р.Т., Пальцев А.В. Следящие электроприводы станков с ЧПУ. – Энергоатомиздат, 1988. – 223 c.

6.Медведев В.С., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления манипуляционными роботами / под ред. Е.П. Попо-

ва. – М.: Наука, 1978. – 416 с.

7.Смирнова В.И., Петров Ю.А., Разинцев В.И. Основы проектирования и расчета следящих систем: учебник для техникумов. − М.: Машиностроение, 1983. − 295 с.

168

8.Лернер А.Я. Принципы построения быстродействующих следящих систем и регуляторов. − М.: Госэнергоиздат, 1961. − 140 с.

9.Гусев Н.В., Букреев В.Г. Системы цифрового управления многокоординатными следящими электроприводами: учеб. пособие. – Томск: Изд-во Томск. политехн. ун-та, 2007. – 213 с.

10.Казанцев В.П., Петренко В.И. Синтез оптимальных по быстродействию цифровых систем воспроизведения движений // Информационные управляющие системы: cб. науч. тр. / Перм.

гос. техн. ун-т. – Пермь, 1993. – С. 93–101.

Сведения об авторе

Даденков Дмитрий Александрович – старший преподава-

тель кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического уни-

верситета, e-mail: dadenkov@mail.ru.

169

Н.И. Хорошев, Ю.С. Баяндина

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Рассмотрены методические основы оценки состояния электроэнергетического оборудования и планирования работ по его техническому обслуживанию и ремонту на базе иерархии комплексных критериев. Показана перспектива использования предлагаемого подхода в производстве.

Ключевые слова: иерархия комплексных критериев, электроэнергетическое оборудование, техническое обслуживание и ремонт, принятие решений.

N.I. Horoshev, Yu.S. Bayandina

Perm National Research Polytechnic University

METHODOLOGICAL BASIS FOR PLANNING MAINTENANCE AND REPAIR OF POWER ENGINEERING EQUIPMENT

In the article themethodological foundations ofpower engineering equipmentassessment and planningwork onitsmaintenance and repairon the basis ofthe complex criteria hierarchy are considered. The prospect of the approach use in production is shown.

Keywords: complex criteriahierarchy, power engineering equipment, maintenance and repair, decision making.

Важным фактором, определяющим принципы построения системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР) электроэнергетического оборудования (ЭО) и ресурсного обеспечения данного процесса, являются используемые стратегии ремонтов (обслуживания оборудования). Согласно различным источникам информации [1, 2], как правило, выделяют три стратегии обслуживания оборудования.

170