Современные замкнутые системы управления электроприводами предназначены так же, как и разомкнутые системы управления, для осуществления автоматического пуска, торможения, реверсирования машин и механизмов, регулирования их скорости, ускорения, тока, момента и т. п. Однако замкнутые системы управления позволяют сформировать эти режимы управления таким образом, чтобы более точно удовлетворить требованиям технологического процесса.
Преимущества замкнутых систем управления электроприводами
Одним из ключевых преимуществ замкнутых систем управления является их способность к самокоррекции. Благодаря обратной связи, система может автоматически корректировать свои параметры для поддержания заданных значений выходных сигналов, что особенно важно при изменении внешних условий или параметров нагрузки.
Кроме того, замкнутые системы управления обеспечивают более высокую точность и стабильность работы электроприводов. Это достигается за счет постоянного мониторинга и регулирования параметров работы, что позволяет минимизировать отклонения от заданных значений и повысить качество управления.
Замкнутые системы управления при взаимосвязанном электроприводе позволяют существенно снизить колебательные процессы и соответственно динамические усилия в элементах конструкции машин. Все это приводит к повышению производительности оборудования, улучшению условий труда обслуживающего персонала и повышению безопасности.
Замкнутые системы управления благодаря ограничению заданными значениями ускорений, усилий, моментов, токов, высокой плавности работы механизмов позволяют существенно повысить надежность и долговечность исполнительных органов и электроприводов.
Замкнутые системы также способствуют снижению энергопотребления за счет оптимизации режимов работы электроприводов. Это особенно важно в условиях современных требований к энергоэффективности.
Принцип работы замкнутых систем управления
При работе электропривод испытывает воздействие различных факторов: нагрузки на валу, сигналов управления, напряжения или частоты питающей сети. Эти факторы представляют собой внешние воздействия и называются входными сигналами, которые соответственно делятся на возмущающие и управляющие.
Точки приложения входных сигналов называются входами автоматической системы, под которой понимают объект управления вместе с системой управления.
Входные сигналы влияют на работу объекта управления (электродвигателя), характеризующуюся следующими величинами: угловой скоростью, ускорением, моментом, током и др., которые называют выходными сигналами. Точки, в которых могут быть определены выходные сигналы, называются выходами автоматической системы.
Управление электроприводом при разомкнутых системах обычно осуществляется оператором, который с помощью рукоятки аппарата устанавливает требуемое значение какого-либо выходного сигнала. Подача последнего может быть осуществлена и автоматическим устройством.
По причине изменения других входных сигналов (нагрузки на валу, напряжения сети) фактическая угловая скорость электродвигателя может отличаться от заданной.
В этом случае оператор сравнивает фактическое значение выходного сигнала с заданным. По разности этих значений оператор определяет величину и направление перемещения рукоятки аппарата управления, необходимые для получения выходного сигнала, соответствующего заданному значению.
Если требуется высокая точность поддержания постоянства того или иного выходного сигнала при быстром и частом изменении входных сигналов, такая система управления оказывается непригодной.
Эту задачу решают автоматические системы, быстро реагирующие на изменение выходного сигнала. Эти системы должны обеспечивать:
- получение информации о задачах управления и подачу на вход системы необходимого задающего сигнала;
- получение информации о результатах управления путем измерения действительного значения выходного сигнала;
- сравнение действительного и заданного значений выходных сигналов и определение соответствующего управляющего сигнала;
- изменение величины ранее заданного входного сигнала.
Следовательно, управляющий сигнал является причиной изменения состояния электродвигателя, характеризуемого выходным сигналом. В то же время на управляющий сигнал оказывают влияние значения выходного сигнала.
Такая взаимная связь, обеспечивающая зависимость входного управляющего сигнала от выходного сигнала системы автоматического управления, называется обратной связью.
Обратные связи широко применяются в различных системах автоматического управления электроприводами. Поэтому эти системы называются системами управления по замкнутому циклу, или замкнутыми системами автоматического управления.
Существуют различные виды обратных связей. Обратные связи, которые действуют согласно с основным управляющим сигналом, называются положительными обратными связями, которые действуют встречно — отрицательными. Обратные связи, действующие как в установившихся режимах, так и при переходных процессах, называются жесткими, а обратные связи, действующие только при переходных процессах, — гибкими.
В простейших системах управления анализ информации осуществляется путем сравнения требуемых и действительных значений выходных сигналов. Разность между этими значениями называется рассогласованием, или сигналом ошибки. Сигнал управления, от которого зависит величина управляющего воздействия, определяется значением сигнала ошибки.
Источниками информации в системах автоматического управления являются так называемые чувствительные элементы или датчики. Сигналы, поступающие от датчиков, являются входными сигналами системы.
Исполнительные устройства представляют собой источники энергии, преобразовательные устройства (например, частотные преобразователи), применяемые для целей управления. Они осуществляют управляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения характера движения в соответствии с требуемым законом.
Кроме рассмотренных элементов в системах автоматического управления с целью усиления и суммирования сигналов используют различные типы усилителей, сейчас в основном, электронные полупроводниковые, раньше также применялись электронные ламповые, электромашинные и магнитные усилители. Эти виды усилителей можно еще встреть на старом оборудовании.
В зависимости от влияния основного возмущающего воздействия (нагрузка на валу двигателя) системы управления могут быть:
- статическими, у которых при неизменной величине задающего сигнала установившееся значение выходного сигнала зависит от нагрузки и меняется при ее изменении;
- астатическими, у которых значение нагрузки не влияет на установившееся значение выходного сигнала.
По характеру функциональной зависимости выходного сигнала систем управления от входного сигнала их делят на линейные и нелинейные.
Большинство реальных систем автоматического управления имеет в своем составе нелинейные элементы. При расчетах для упрощения задач прибегают к линеаризации систем с большей или меньшей степенью точности, заменяя нелинейные элементы линейными, или для сохранения точности расчетов используют компьютерную технику.
Функциональные схемы САУ: Замкнутые системы автоматического управления
Применение замкнутых систем управления
Замкнутые системы управления находят широкое применение в различных отраслях промышленности, включая машиностроение, металлургию, химическую промышленность и другие. Они используются для управления сложными технологическими процессами, требующими высокой точности и надежности.
В машиностроении замкнутые системы управления применяются для управления станками с числовым программным управлением (ЧПУ), роботизированными комплексами и другими автоматизированными системами.
В металлургии они используются для управления прокатными станами, дуговыми сталеплавильными печами и другими агрегатами, где требуется точное регулирование температуры, скорости и других параметров.
В химической промышленности замкнутые системы управления применяются для управления реакторами, насосами, компрессорами и другими устройствами, обеспечивая высокую точность и безопасность технологических процессов.
Смотрите также:
Новый электропривод: революция в промышленной автоматизации
Что такое сервопривод, управление сервоприводом
Скалярное и векторное управление асинхронными двигателями - в чем различие?