Особенности поисковых адаптивных АЭП

а) б) Рисунок 7.19

Поисковые адаптивные системы выполняют оптимизацию с принятыми критериями качества. В них организуется режим поисковых изменений параметров и фиксируется те параметры, при которых достигаются экстремальные значения показателя качества. Поэтому для работы таких систем необходимы экстремальные показатели (рисунок 7.19).

Блок-схема адаптивной системы представлена на рисунке 7.20, где приняты обозначения: БАУ – блок адаптивного управления; БО – блок оценки принятого показателя качества (включает контрольно-измерительную аппаратуру и функциональное устройство, состав которых зависит от принятого показателя качества); БОД – блок организации движений (включает устройства, выполняющие пробные изменения параметров регулятора, устройства оценки изменений параметров качества, устройства, вырабатывающие сигналя для нужного изменения параметров); БР – блок регуляторов (включает в себя регуляторы, необходимые для адаптации).

Поисковая адаптивная система – самонастраивающаяся или самообучающаяся система АЭП.

Рисунок 7.20

Комплектный тиристорный электропривод на базе БТУ 3601

Общие сведения о системе

БТУ 3601 – “узкая” серия преобразователей БТУ, ориентированная на работу с высокомоментными двигателями. В преобразователь БТУ входят: реверсивная мостовая силовая схема, система управления этим преобразователем и система регулирования электропривода.

Особенности БТУ 3601:

- управление комплектами раздельное;

- СИФУ одно на два комплекта, но по этой причине на входе СИФУ ставят переключатель характеристик;

- устройство логическое, позиционного типа, контроль нуля тока косвенный, с помощью датчика проводимости вентилей.

Структура условного обозначения типоисполнений устройства БТУ представлена на рисунке 8.1.

Тиристорный преобразователь

Силовая часть

Функциональная схема электропривода на базе преобразователя БТУ 3601 представлена на рисунке 8.2.

Система регулирования двухконтурная, с подчиненным регулированием. Внутренний контур – это контур тока с адаптивным регулятором. Внешний контур скорости имеет узел зависимого токоограничения, чтобы максимально использовать возможности высокомоментных двигателей.

Узел защиты и блокировки осуществляет:

- максимальную токовую защиту;

- защиту от перегрузки по току (тепловая защита);

- защиту при снижении напряжения в питающей сети.

Кроме защит УЗ и Б осуществляет блокировку с помощью контактного сигнала, который поступает из системы электроавтоматики механизма (при отсутствии этого сигнала (деблокировки) регуляторы зашунтированы, управляющие импульсы сняты).

СИФУ

СИФУ – многоконтурная (трехканальная), синхронная, с пилообразным опорным напряжением и вертикальным принципом управления.

В каждом канале СИФУ формируются управляющие импульсы на тиристоры одной фазы.

В соответствии с рисунком 8.4, канал СИФУ состоит из фильтра, пороговых элементов (первого и второго), формирователя синхронизирующего импульса, нуль органа, формирователя длительности импульсов, распределителя импульсов.

Фильтр (Ф) – предназначен для фильтрации синхронизирующего напряжения и для сдвига этого напряжения на заданный угол (обычно на 30⁰ или 60⁰) с таким расчетом, чтобы начало опорного напряжения совпадало с точкой естественной коммутации (см. рисунок 8.5).

Пороговый элемент (ПЭ) – преобразует синусоидальный сигнал в логический, формируя разрешенные зоны для выдачи управляющих импульсов на тиристоры.

Формирователь синхронизирующего импульса (ФСИ) – предназначен для формирования синхроимпульсов, срывающих интегрирование в ГПН. Синхроимпульсы формируются два раза за период в точках естественной коммутации.

Генератор пилообразного напряжения (ГПН) – формирует опорное напряжение и построен на базе интегратора.

Нуль орган (НО) – фиксирует момент равенства опорного и управляющего напряжения. Так как U_оп всегда положительно, то U_у^* должно быть только отрицательным (-1¸-9 В).

Формирователь длительности импульсов (ФДИ) – формирует управляющий импульс заданной длительности (7¸10 эл. град).

Распределитель импульсов (РИ) – распределяет сформированные управляющие импульсы на фазный и противофазный вентили данной фазы.

Объединение выходов логических элементов ФСИ возможно только в тех случаях, когда выходные каскады элементов пассивные или имеют коллекторный выход (в данном случае открытый коллекторный выход).

НО представляет из себя операционный усилитель без обратной связи. Диоды V9 и V10 служат для защиты от перегрузок входа. R19 служит приведения отрицательного сигнала НО к нулевому логическому. Нулевым сигналом НО переключается RS-триггер и в контрольной точке (8) формируется логический ноль. Возврат триггера в исходное состояние осуществляется синхронизирующим импульсом, т.е. в момент начала очередной пилы.

ФДИ – одновибратор, построенный на транзисторе V6 открыт (протекает базовый ток через R10), С2 заряжен, плюс слева. При формировании нуля в контрольной точке (8) V6 закрывается и остается закрытым, пока не разрядится конденсатор С2. V7 служит для защиты базы от обратного напряжения. Снятие управляющих импульсов осуществляется подачей сигнала от УЗ и Б. Можно запретить подачу управляющих импульсов нулевым сигналом на входе RS-триггера.

На входе СИФУ включен управляющий орган и переключатель характеристик (ПХ) (см. рисунок 8.6).

ПХ предназначен для согласования разнополярного сигнала с системы регулирования (АРТ) с однополярной входной характеристикой СИФУ (на вход СИФУ подают только отрицательный сигнал). В установившемся статическом режиме на выходе ПХ только отрицательные сигналы, положительные могут быть только в динамических режимах (показаны пунктиром). ПХ построен на операционном усилителе и транзисторном модуле на входе, и обеспечивает передачу сигнала с инверсией или без неё. При запрете работы ключи В и Н открыты. На входе ОУ нулевой входной сигнал, на выходе тоже ноль. Когда закрыт ключ В, входной управляющий сигнал U_у поступает на инвертирующий вход А1 (коэффициент передачи k = –1). Когда закрыт ключ Н сигнал управления поступает на неинвертирующий вход через делитель R2-R13 с коэффициентом 1/3 и усиливается в три раза операционным усилителем (k = 1).

Управляющий орган (УО) – служит для ограничения сигнала управления в диапазоне, который определяет минимальный и максимальный сигнал управления (a_min соответствует U_у^* = –1В; a_max соответствует U_у^* = –9В). Так же служит для установки начального угла управления (a₀ = 120⁰).

Усилитель импульсов (УИ) – ключевой усилитель на составных транзисторах (6 штук). В преобразователе установлено 12 узлов импульсных трансформаторов (по количеству тиристоров) (см. рисунок 8.3). С усилителя импульсов сигналы поступают на обе группы тиристоров, но в каждый момент времени работает та группа, которая сигналом с логического устройства ключами Н1 и В1 подключена к источнику питания –12В.

Назначение импульсного трансформатора – для гальванической развязки системы управления и силовой схемы, и для усиления по току.

Резистор 8100 Ом в первичной обмотке служит для ограничения тока:

I_max = 24 B /100 Ом = 0,24 А.

Обычно этот резистор защищает транзисторные ключи.

Шунтирующий первичную обмотку диод защищает от перенапряжения транзисторные ключи как усилителей, так и В1 и Н1. Диод, находящийся ниже, предназначен для развязки узлов импульсного трансформатора одной группы. Диод во вторичной обмотке обеспечивает подачу на управляющий электрод тиристора только положительных импульсов. Точки – одноименные выводы обмоток.

Резистор и конденсатор во вторичной обмотке обеспечивают помехоустойчивость и помехозащищенность канала передачи управляющего импульса. Дополнительно провода связи импульсного трансформатора и тиристора выполняют в виде витой пары с шагом 3 витка на 1см. Это ставит в одинаковые условия связи, идущие к управляющему электроду и катоду.

Узлы управления реверсивным тиристорным преобразователем

Датчик проводимости вентилей (ДПВ) предназначен для формирования сигнала об отсутствии тока в силовой цепи (рисунок 8.7). В данном преобразователе контроль тока косвенный, по напряжению на тиристорах.

Состав ДПВ: оптронные тиристоры, выпрямительные мосты, ограничительные резисторы, составной транзисторный ключевой усилитель. ДПВ контролирует напряжение на тиристорах V2, V4, V6, V8, V10, V12. Выпрямители в схеме ДПВ преобразуют разнополярное разнополярное напряжение тиристоров в однополярное, необходимое для светодиодов оптронных тиристоров. Максимальный ток через светодиод ограничивается с помощью ограничительных резисторов.

U_d: 115 B – R3;

230 B – R3 + R7;

460 B – R3 + R7 + R9.

Оптронные тиристоры выполняют гальваническую развязку силовой схемы и схемы управления. Последовательное соединение тиристоров образуют схемную реализацию элемента “И”, т.е. когда все тиристоры открыты, в схеме протекает ток (рисунок 8.8). Такая ситуация возникает при отсутствии тока в силовой цепи, т.е. когда на всех силовых тиристорах есть напряжение выше порогового U_порог = 25¸40 B. Тиристор выключится только в том случае, когда ток пойдет через ноль. Если один из контролируемых тиристоров проводит ток, то напряжение на тиристоре » 1,2В, поэтому соответствующий светодиод обеспечен, а оптронный тиристор закрыт. Оптронные тиристоры при отсутствии засветки мгновенно выключаются, т.к. протекающий по ним ток меньше тока удержания (I = 15B/680 ×10³ » 22мкА), в этом случае составной транзистор открыт и датчик проводимости на выходе формирует нулевой логический сигнал (I_a ¹ 0, U₁₃ = 0, I_d = 0; U₁₃ = 15B » 1 логическая).

Достоинство – информация об отсутствии тока с гарантией.

Недостаток – схема формирует ложные сигналы о наличии тока в силовой цепи в моменты прохождения контролируемых напряжений через ноль. Эти ложные сигналы не приводят к аварии, а увеличивают паузу при переключении комплектов. Контроль напряжения можно осуществить только у одной группы тиристоров (анодной или катодной), т.к. при выключении тиристоров одной группы не может быть тока в силовой цепи.

Логическое устройство (УЛ) – предназначено для выбора нужного комплекта; блокирования рабочего комплекта, при наличии тока (запрещается снятие управляющего импульса), для отсчета паузы при переключении комплектов. В соответствии с рисунком 8.7, состав УЛ: НО, ТЗП, ТИП, СС, З.

НО – нуль орган необходим для преобразования сигнала, поступающего из системы регулирования в логический уровень. Обычно на УЛ подается сигнал с регулятора скорости, уровень которого определяет величину тока, а знак – направление тока (нужный комплект);

ТЗП – триггер заданного положения формирует логический сигнал того положения, в которое мы хотим переключить;

ТИП – триггер истинного положения формирует логический сигнал того положения, в котором находится переключатель;

СС – схема совпадения разрешает включение комплекту вперед или назад, при единичных сигналах на входе;

З – задержка для отсчета временного интервала при переключении комплектов.

Работа схемы: В статическом режиме ТЗП и ТИП находятся в одинаковых состояниях (если единица на контрольных точках 16 и 18, то работает комплект “Н”, если единица на 17 и 19, то “В”). Если находятся в разных состояниях, то идет отсчет задержки, по истечении которой ТИП занимает состояние такое же, как и триггер заданного положения.

Для усиления сигналов УЛ на выходе включены транзисторные ключи “В” и “Н”. При нулевом сигнале УЛ включается комплект “В”, открывается транзистор V22 и через диод V23 в ДТ и ПХ подается потенциал +12В; одновременно открывается составной транзистор V24 и V26, который переключает соответствующую группу импульсных трансформаторов.

Диаграммы сигналов при переключении комплектов представлены на рисунке 8.9.

Система регулирования

Система регулирования – двухконтурная (с подчиненным регулированием), внешний контур скорости, а внутренний – тока.

Контур тока (КТ) – адаптивный, в котором так же используется обратная связь по ЭДС (рисунок 8.10).

Контроль выпрямленного тока осуществляется с помощью трансформаторов переменного тока, включенных на входе преобразователя, и двух нулевых трехфазных выпрямителей, нагруженных на низкоомное сопротивление.

Подключение сигнала с ДТ нужной полярности на вход РТ осуществляется с помощью транзисторной сборки V16, которая управляется логическим устройством. При запрете работы комплектов “В” и ”Н” оба транзистора этой сборки будут открыты, поэтому сигнал ДТ равен нулю (управление транзисторами осуществляется по каналу коллектор-база). При работе комплекта “В” положительным сигналом В2 запирается нижний транзистор V16 и на вход РТ поступает сигнал (-I_d), через резисторы R64, R68.

Адаптивный регулятор тока

Адаптивный регулятор тока включает в себя: основной ПИ-регулятор (на А2), нелинейное звено (на А4), функциональный преобразователь ЭДС (на А3) (рисунок 8.10).

Основной РТ выполняет функцию суммирования сигналов задания и обратной связи, а так же формирует требуемые статические и динамические характеристики системы. С помощью регулируемого резистора R33 осуществляется ограничение выходного сигнала от 0 до 10 В. Этим резистором осуществляется установка второй ступени ограничения тока (аналог упреждающего токового ограничения).

Нелинейное звено выполняет функции:

- суммирование сигналов РТ и ФПЕ;

- функция нелинейного преобразования сигнала РТ (для малых сигналов РТ коэффициент большой, для больших сигналов коэффициент усиления уменьшается и становится неизменным). Изменение коэффициента осуществляется за счет включения нелинейных элементов в цепь обратной связи (V9–V14). При правильно настроенном ФПЕ сигнал РТ пропорционален выпрямленному току. ФПЕ служит для ввода положительной обратной связи по ЭДС. ФПЕ формирует на входе СИФУ такой сигнал управления, при котором в режиме идеального х.х. управляющие импульсы формируются в такой момент времени, при котором мгновенное значение выпрямленной ЭДС равно ЭДС двигателя. Настройка ФПЕ осуществляется при номинальной скорости на х.х. с помощью R16. При правильно настроенном ФПЕ сигнал с РТ равен нулю.

Регулятор скорости

Для диапазона 1:1000 регулятор скорости строится на операционном усилителе А1 (рисунок 8.11). Для диапазона 1:10000 на входе А1 устанавливается предварительный усилитель регулятора скорости (ПУРС), построенный по схеме модулятор–усилитель–демодулятор. Это термо- и времястабильный усилитель с коэффициентом усиления »80, а А1 переводится в режим интегратора с малой постоянной времени, и все это охватывается общей обратной связью. Установка тока осуществляется R17. Смещение нуля РС компенсируется с помощью специальной схемы (используется R3). Для электропривода с высокомоментными двигателями, на входе РС подключается узел зависимого токоограничения, который меняет установку токового ограничения в зависимости от скорости. Когда сигнал РС превышает уровень сигнала, формируемого на входе А1 и А2 УЗТ, включаются диоды V4 или V5, которые фиксируют потенциал у РС на уровне сигнала А1, А2. Для снижения уставки максимального тока (применяется для работы одного преобразователя на несколько двигателей) к клемнику преобразователя, через соответствующие контакты, должно быть подключено сопротивление, шунтирующее R17.

Источник питания (БП) состоит из трехфазного трехобмоточного трансформатора, выпрямителей (мостовых и нулевых) и двух параметрических стабилизаторов (рисунок 8.12).

БП формирует:

- синхронизируещее напряжение для СИФУ;

- напряжение ±24В и ±12В, отфильтрованное стабилизированное ±15В, а так же сигнал U_с (служит для контроля выходного переменного напряжения (см.рисунок 8.13), при посадке напряжения в одной из фаз более чем на 50%). Этот сигнал имеет нулевой логический уровень и через узел защиты и блокировки снимает управляющие импульсы в СИФУ. В параметрических стабилизаторах уровень выходного напряжения определяется стабилитронами 32 и 37, для подстройки последовательно включены диоды. Когда питающее напряжение нормальное – сигнал U_c >7,5В, когда в одной из фаз напряжение уменьшается на 50% появляются провалы в U_c, сигнал будет восприниматься как нулевой логический.

Осуществляются защиты: максимальная токовая (от перегрузки по току), тепловая, от снижения напряжения в питающей сети, а так же блокировка, которая снимает управляющие импульсы при отсутствии контактного сигнала деблокировки. За счет последнего осуществляется трехпозиционная работа двухпозиционного ЛПУ.

В соответствии с рисунком 8.14, максимальная токовая защита построена на транзисторе V47, RS-триггере (D2.2, D2.4). Когда ток нагрузки превышает максимальное значение, транзистор V47 открывается и перебрасывает триггер, в положение, при котором в контрольной точке 48 будет единичный уровень. При этом загорается сигнальная лампа L2, угол управления a переводится в a_max, включается реле “К”, шунтирующее РТ и РС, и тут же сигналом U_p снимаются управляющие импульсы в СИФУ. Задание максимального тока осуществляется резистором R60. Взвод триггера в исходное состояние осуществляется кратковременным отключением преобразователя. При включении преобразователя в течение короткого времени (периода) напряжение на С27 воспринимается входом D2.2 за нулевой уровень.

Тепловая защита (рисунок 8.14) построена на интеграторе (ОУ6), на вход которого подается сигнал –I_d и +I_d с потенциометра R72, если установлена перемычка на клеммнике. При превышении тока номинального уровня интегратор изменяет свой сигнал от –U_нас в положительную область, и когда этот уровень достигает порогового значения, равного половине напряжения питания, триггер защиты перебрасывается в противоположное состояние. Загорается лампа аварийной ситуации, как при максимальной токовой защите и т.д. Интенсивность изменения сигнала интегратора зависит от величины превышения. Взвод в исходное состояние защитного триггера осуществляется кратковременным отключением напряжения питания.

Для построения защиты при снижении напряжения (рисунок 8.14) используется сигнал от блока питания. Если U_c > U_пор (7,5В), при U_c > 0,5U_н. Когда U_c < 0,5U_н и хотя бы в одной фазе сигнал U_c будет восприниматься как нулевой (U_c < U_пор, U_c < 0,5U_н). При этом нулевым сигналом включается реле, шунтирующее регуляторы и срывается подача сигналов с СИФУ. Если периодичность этих нулевых сигналов равна периоду сети, то конденсатор С21 не будет успевать заряжаться до U_пор.

Блокировка осуществляется контактным сигналом S, который должен быть замкнут по сигналу начала работы. При разомкнутом контакте S конденсатор С20 заряжен от источника –15В до напряжения –1В, т.е. на вход микросхемы подается сигнал –1В, что воспринимается как ноль, а далее по каналу реверса дается сигнал запрета формирователя импульсов в СИФУ и включается реле К, шунтирующее регуляторы.

Замыкание контакта S вызывает быстрый заряд конденсатора от источника +15В, при напряжении на С20 больше чем 7,5В, разрешается формирование управляющего импульсов и расшунтируются регуляторы. При размыкании контакта S запрет формирования и шунтирования регуляторов произойдет »7с. Этого времени должно быть достаточно для торможения двигателя с максимальной скорости.

Схема подключения представлена на рисунке 8.15. При подключении преобразователя особое внимание надо уделить правильной синхронизации, т.е. А3 и 1(А1) должны иметь одинаковый фазовый сдвиг, и не забыть включить перемычку, включить тепловую защиту (7(28) – 8(15)). Необходимо правильно подключить тахогенератор, при положительной обратной связи двигатель будет разгоняться до максимально возможной, при данном питающем напряжении, скорости.

.

Регулирования скорости не будет, но будет токовое ограничение.

Схема подключения лабораторной установки представлена на рисунке 8.16.