CC BY
32
Е. П. Попов.- СПб. : Изд-во «Профессия», 2003. -752 с.
2. Гаркави, Ю. Е. Регулирование гидротурбин / Ю. Е. Гаркави, М. И. Смирнов. - М.-Л. : Машгиз, 1954.
3. Преобразователь частоты // Руководство по эксплуатации. - М., 2000.
4. Преобразователи частоты в современном электроприводе // Доклады научно-практичес-кого семинара. - М. : Изд-во МЭИ, 1998. -72 с.
5. Применение частотно-регулируемых электроприводов // Электротехника. - 2005. - № 8.
6. Система автоматического управления гидроагрегатом Ульяновской малой ГЭС // Тех-ническое задание 32.34.748.01-0 ТЗ.
7. Электромеханизм МЭП-15000/10-125 // Руководство по эксплуатации. - Курск : ОАО «Прибор», 2000.
Кислицын Анатолий Леонидович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Электропривод и АПУ» УлГТУ.
Субботина Наталья Николаевна, инэюенер НИО-26 ОАО «УКБП».1 Область интересов: системы автоматического управления гидроагрегатами на ГЭС и мГЭС.
УДК 621.313.333
%
В. Н. ДМИТРИЕВ, А. А. ГОРБУНОВ
синтез резонансной системы автоматического
управления вибрационного электропривода
Рассматривается синтез резонансной системы автоматического управления вибрационным электроприводомпозволяющей на современной элементной базе решить одну из главных задач вибрационных испытательных установок по нахождению резонансного режима работы и его поддержанию при изменении параметров технологического процесса.
Ключевые слова: вибрационный электропривод, резонанс, система автоматического управления.
Из практики применения виброиспытательных установок известно, что свойства объекта испытания наиболее полно проявляются при совпадении частоты собственных колебаний системы с частотой вынужденных колебаний, то есть при резонансе. Установлено, что резонанс позволяет обнаружить и исследовать фундаментальные свойства собственных колебаний системы, а резкое возрастание в резонансе деформаций системы равносильно приложению значительных нагрузок, что позволяет исследовать работу испытуемого объекта при интенсивных вибрациях и больших усилиях [1]. Также известно, что резонансный режим работы виброустановки является наиболее выгодным с экономической точки зрения. Однако резонансные системы имеют и недостатки, главным из которых является нестабильность рабочего режима при изменении загрузки вибромашины, а также собственной или вынуждающей частоты колебаний. Эта нестабильность часто является причиной нарушения технологического процесса.
В. Н. Дмитриев, А. А. Горбунов, 2007
Рост сферы применения вибрационного способа испытаний высветил ряд новых задач, которые непосредственно связаны с разработкой и применением наиболее оптимального вибровозбудителя колебаний. Используя выводы, полученные в работах [1, 2, 3 и др.], можно утверждать, что наиболее эффективным типом вибропривода в данном случае является частотно-управляемый асинхронный дебалансный вибро--двигатель (АДВД). Причём системе автоматического управления электроприводом требуется, помимо обеспечения оптимальных переходных процессов, выполнить поиск и поддержание резонансного режима, а также обеспечить постоянство амплитуды колебаний испытуемого объекта. Вопросы синтеза подобных систем, несмотря на свою актуальность, сегодня недостаточно полно отражены в технической литературе.
Данная статья посвящена разработке системы автоматического управления (САУ) вибродвигателем, выполняющей поиск резонансного режима и его поддержание без участия оператора. Причём резонансная точка заранее неизвестна, и
системе приходится «анализировать» весь диапазон рабочих частот привода.
Общий вид рассматриваемой виброустановки представлен на рис. 1. Здесь два одинаковых АДВД расположены на виброплатформе, их валы вращаются в противоположные стороны, из-за чего платформа совершает направленные колебания. Также на платформе установлен датчик вибрации (ДВ), формирующий синусоидальное напряжение, соответствующее вибросмещению.
Отличительной особенностью данной системы является то, что в дебалансе одного из АДВД на линии, соединяющей центр вращения с центром масс, установлен светодиод И1, а на внутренней стороне корпуса АДВД на горизонтальной осевой линии симметрично оси вращения установлены фотодиоды П1 и П2 так, что при вращении дебаланса И1 каждый раз становится строго напротив П1 или П2, образуя оптопару.
Принцип работы САУ основан на том, что при резонансе синусоида возмущающей силы по фазе на 90° опережает синусоиду вибросмещения, то есть, зная сдвиг фаз силы и вибросмещения, можно определить режим работы виброустановки: до-резонансный, резонансный или зарезонансный. В соответствии с этим система измеряет сдвиг фаз и формирует управляющий импульс, поступающий на задатчик интенсивности (ЗИ), который, в свою очередь, позволяет разгонять, тормозить и поддерживать постоянной скорость привода.
Управляющая часть резонансной САУ АДВД условно разделена на два блока: 1 блок «А», осуществляющий пуск двигателя; 2 блок «Б»
нахождение и поддержание резонанса.
Функциональная схема блока «А» приведена на рис. 2. Данный блок работает следующим образом. В начальном состоянии все триггеры схемы сброшены. Однако триггер Т2 в этот момент может находиться в произвольном состоянии. Включение элементов схемы осуществляется нажатием кнопки «Пуск». При этом происходит установка триггера Т1 и сброс триггера Т2. Сброс Т2 необходим для того, чтобы исключить возможность начала функционирования блока «Б», пока происходит пуск двигателя. Установка Т1 приводит к срабатыванию оптопары \Т)4 и появлению на входе II счётчика СТ1 разрешающего импульса. То есть в схеме ЗИ открытым оказывается фотодиод \Т)4 и происходит подача на вход регулятора скорости линейно-нарастающего сигнала, а СТ1 начинает формировать на своём выходе двоичный код. Появление импульса переполнения РИ на выходе СТ1 устанавливает триггер Т2 и сбрасывает Т1, что приводит к закрытию фотодиода У04 и разрешению работы блока «Б». Закрытие фотодиода \Т)4 в данный момент обусловливает появление сигнала постоянного уровня на входе регулятора скорости, и двигатель начинает вращаться с постоянной скоростью.
Разрядность СТ1 и частота тактовых импульсов определяются исходя из требований длительности пускового режима, то есть двигатель разгоняется до тех пор, пока идет счёт в СТ1. Назначением блока «А» является обеспечение пуска двигателя с заданным темпом нарастания скорости.
Рис. 1. Одномассовая вибрационная система направленных колебаний
£ Т1 '
Я
«т»
Блок «А»
£ 72
<
Сигнал, «А»
Рис. 2. Функциональная схема блока «А»
я;
Сигнал. «Л»
И1
=5®
СТ2 0
0
1
2
с
5
«Т»
<Б»—
+5Б
£ Т4
я
УВ2
■ДВ У
ю
ч:
+5В
1 01 а
ш
от с
ВТ.2 яс
X.
яг
0 яа <2
0 о
1 1
2 о 2
->
1
•Б Т5
Г>
С
, р
р * »
Я02
€ Б>
«т»
С СТЗ я
0
1
2
я 3
Г- *®шио
&
X
0
/ Х>У
2
3
У Х=У
0
; Г<7
2
3
Бпок «Б» яп
Я12
УЪ6
II
1.
О яаз Я
0 ! 0 ]
2 2
3 3
1
Рис. 3. Функциональная схема блока «Б»
В момент времени, когда И1 встанет строго напротив П1, кратковременный световой импульс (оптопара И1-П1) установит триггер ТЗ. В свою очередь ТЗ в установленном состоянии разрешает работу счётчика СТ2 (при Я=0 счетчик формирует выходной код, при Я=1 он обнуляется). Все счётчики, используемые в схеме, работают в режиме суммирования. Выход СТ2 подсоединён ко входу регистра 1101. Установленный ТЗ переводит триггер Т5 в режим работы О-триггера (за счёт оптопары УТ)3) и подготавливает схему к приходу импульса П2. Итак, выполняется счет тактовых импульсов «Т» до тех пор, пока не придёт импульс от П2, который записывает в регистр 1Ю1 двоичный код соответствующий 1/4 периода колебаний. Фактически СТ2 фиксирует полупериод колебаний, но, сдвинув разряды при подаче их в регистр, получим деление полупериода на два. Сигнал записи в регистр устанавливает триггер Т4, тем самым разрешая прохождение импульсов с одновибра-тора 01 на тактовый вход Т5. Одновибратор выдаёт короткие импульсы при подаче на его вход положительного фронта сигнала, то есть им-
пульс на его выходе будет формироваться в момент, когда синусоида вибросмещения имеет нулевое значение при переходе из отрицательной области в положительную. Т5 работает в режиме Б-триггера с возможностью сброса. С приходом тактового импульса Т5 устанавливается и обеспечивает работу СТЗ, а также запрещает повторную запись кода в 1101. После этого система ожидает прихода импульса П2, при котором формируется сигнал «Б», записывающий код с СТЗ в регистр ЯОЗ. а код из 1Ю1 в 1Ю2. В этот момент на компараторе сравниваются значения, записанные в 1Ю2 и КОЗ, и, в зависимости от их соотношения, на выходе компаратора срабатывает одна из оптопар УБ5 или \Т)6, что приводит к уменьшению или увеличению скорости привода. В случае равенства содержимого указанных регистров на выходе ЗИ формируется постоянный сигнал. С целью учёта погрешностей на компаратор подаются старшие разряды (степень допуска учитывается в каждом конкретном случае). Сигнал «Б» сбрасывает ТЗ и Т4, подготавливая схему к следующему циклу работы.
HOS
Ri
#
VD4
#
♦i
#
VD5
Рис. 4. Функциональная схема задатчика интенсивности (ЗИ)
PC
Рассмотренная система позволяет выполнить поиск резонансного режима работы вибрационной установки на базе АДВД и его поддержание с достаточной степенью точности, интегрируется в типовой асинхронный электропривод, управляемый преобразователем частоты, и обладает простотой реализации. Задача же поддержания на постоянном уровне или изменения по определённому закону амплитуды колебаний возлагается на регулируемые дебалансы, разработка которых также является актуальной.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
. 1. Саидахметов, С. С. Разработка и исследование системы электропривода сейсмоиспыта-тельной установки. Дисс. ... канд. техн. наук. -Ташкент, 1989.-204 с.
2. Быховский, И. И. Основы теории вибраци-
онной техники / И. И. Быховский. - М. : Машиностроение, 1969. - 363 с.
3. Базаров, Н. X. Автоматика вибромашин / Н. X. Базаров. - Ташкент : Узбекистан, 1976. -118с.
Дмитриев Владимир Николаевичу доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУИмеет статьи в области электрических машин и автоматизированного электропривода.
Горбунов Алексей Александрович, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УлГТУ. Имеет публикации в области автоматизированного электропривода.
