Автоматизированная система информационной поддержки наладочных работ электропривода в TrendWorX32 (стр. 2 из 12)

Отдельные отрезки нагрузочных диаграмм представляют кривые переходных процессов. Под последними понимают процессы перехода электропривода от одного установившегося состояния к другому, т. е. режимы перехода от покоя к вращению или обратно, отодной скорости к другой, от прямого направления вращения к обратному, от одной нагрузки исполнительного механизма к иной и.т.п. Переходные режимы играют огромную роль в работе электропривода и механизма, и часто их характер предопределяет производственность механизма и качество выпускаемой продукции.

При анализе нагрузочные диаграммы могут быть представлены либо аналитически, либо графически.

Иногда к электроприводу предъявляются особо повышенные требования в отношении точности выполнения операций; может быть необходимым осуществление движения по определенному закону в зависимости от времени или перемещения рабочего органа, точной остановки механизма в заданном месте. Очевидно, что наладка привода в этих случаях может вестись только на основе анализа переходных режимов.

Для электроприводов, работающих большую часть времени в переходных режимах, существенное значение может иметь расход энергии, идущей на ускорение и торможение маховых масс. Очевидно этот непроизводительный расход энергии должен быть сведен к минимуму. Анализ переходных режимов позволяет выявить предельно допустимое с точки зрения нагрева число включений двигателя в час[1].

Из изложенного становится очевидным огромное практическое значение изучения переходных процессов и нагрузочных диаграмм. Анализ их дает возможность детально выявить поведения электропривода, произвести правильный его выбор и расчет, установить оптимальное сочетание механических (рабочих и тормозных) характеристик выявить параметры работы двигателей.

В результате исследования переходных процессов часто выявляется необходимость видоизменения предварительно принятой схемы автоматического управления приводом, а иногда даже пересмотра параметровэлектрических машин. Вопросы переходных процессов и нагрузочных диаграмм являются основой теории электропривода.

Анализ работы электроприводов с автоматическим регулированием исследование динамики работы привода, снабженного автоматическим регулятором, представляет достаточно сложную задач для наладчика, как с точки зрения физики происходящих явлений, так и особенно в отношении математического анализа.

Все основные требования сводятся к разработке комплексной информационной системы для обработки информации, при этом под обработкой понимается процесс решения вычислительных задач, адекватно отражающих функциональные задачи управления. Именно комплексная обработка информации позволяет повысить эффективность наладочных устройств которое должно информировать состояние работы электроприводов с целью экономии времени наладчика. Тем что наладчик может устранить все возможные недостатки с меньшими временными затратами связанные с поиском и выявлением проблем.

В настоящее время для наладки электропривода нет программных продуктов осуществляющие возможность детально выявить поведения электропривода и выявить параметры работы двигателей.

3 Выбор системы прототипа

Начиная с 1970-х гг., было разработано множество прикладных пакетов моделирования, автоматизирующих прежде всего этап представления математической модели для компьютера. Среди них лидирующее положение для исследования динамических систем занимают пакеты MATLAB и Simulink фирмы MathWork.

Первая версия пакета MATLAB была разработана уже более 20 лет тому назад. Развитие и совершенствование этого пакета происходило одновременно с развитием средств вычислительной техники. Название пакета MATLAB происходит от словосочетания MatrixLaboratory, он ориентирован в первую очередь на обработку массивов данных (матриц и векторов). Именно поэтому, несмотря на достаточно высокую скорость смены поколений вычислительной техники, MATLAB успевал впитывать все наиболее ценное от каждого из этих поколений.

В результате к настоящему времени MATLAB представляет собой богатейшую библиотеку функций, единственной проблемой работы с которыми заключается в умении быстро отыскать те из них, которые нужны для решения поставленной задачи.

Для облегчения работы с пакетом специалистам различных областей науки и техники вся библиотека функций разбита на разделы. Те из них, которые носят общий характер, входят в состав ядра MATLAB. Те же функции, которые являются специфическими для конкретной области, включены в состав пакетов расширения (Toolboxes, Blocksets).

В настоящее время появилась новая, существенно расширенная, версия R2006a, Simulink-6. Этой версии ниже уделено основное внимание. Однако необходимо отметить, что библиотеки старых версий с их интерфейсом сохранены.

Пакет Simulink является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотек стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере и естественно, знаний той предметной области, в которой он работает[5].

Simulink является достаточно самостоятельным инструментом MATLAB и при работе с ним совсем не требуется знать сам MATLAB и остальные его приложения. С другой стороны, доступ к функциям MATLAB и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink (например, LTT-Viewer приложения ControlSystemToolbox — пакета для разработки систем управления). Имеются также дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например, SimPowerSystem — моделирование электротехнических устройств, DigitalSignalProcessingBlockset — набор блоков для разработки цифровых устройств и т. д.).

При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков.

При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящей в системе.

Развитие и совершенствование среды MATLAB – Simulink происходит достаточно быстро. С момента выхода MATLAB 6.0 для моделирования полупроводниковых систем, прошло около пяти лет. За это время разработано семь новых версий пакета, причем начиная с версии MATLAB 7.0 существенной переработки подвергся пакет расширения SimPowerSystem. Именно этот пакет расширения является основным при модельном исследовании и проектировании электромеханических систем.

Данная монография представляет собой учебник по моделированию электромеханических систем в среде MATLAB-Simulink и содержит всю необходимую информацию по всем разделам последней версии среды (R 2006 а), которые необходимы для изучения.

Целью разработки пакета является изучение физических основ функционирования отдельных элементов электромеханических системы и проектирования этих систем в среде MATLAB-Simulink.

Эта цель достигается последовательным изложением следующих вопросов:

1 Модельным исследованием общих задач анализа и синтеза динамики электромеханических систем в среде Matlab-Simulink.

2 Модельным исследованием устройств силовой электроники в пакете SimPowerSystem.

3 Модельным проектированием электромеханических систем постоянного тока.

4 Модельным проектированием асинхронных электромеханических систем.

5 Модельным проектированием синхронных электромеханических систем.

Рассмотрим пример установки - (прямого пуска асинхронного двигателя) с помощью пакета MATLAB и Simulink фирмы MathWorkосновано на замене исходного объекта объектом обладающим аналогичным поведением.

Пример

Виртуальная модель для исследования прямого пуска АКЗ на холостом ходу с последующим приложением номинального момента показана на рисунке 1- (файл AKZ_Virt).

Модель содержит трехфазную асинхронную машину (AsynchronousMachineSIUnits), запитанную. от трехфазного источника (Three-PhaseSource), блок для измерения скорости и момента машины (MachinesMeasurementDemux), блок момента нагрузки (Step) и блоки измерения (Scope, ToWorkspace).

При запуске модели осуществляется прямой пуск АКЗ, по истечению некоторого времени прикладывается момент нагрузки. Результаты моделирования машины тип двигателя 20HP, мощность -15 kw, напряжение 400V, частота 50Hz 1460 RPM, представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 Модель асинхронного короткозамкнутого двигателя составлена из библиотеки пакета SimPowerSystem

Рисунок 2- модель с блоками: ToFile и FormFile динамическая характеристика машины 20HP