Вданной работе рассмотрены вопросы выбора и расчета параметров системы управления электроприводом, способствующей улучшению технологического процесса бурения (стр. 4 из 5)

Кроме чисто крутильных колебаний бурового става, работа станка характеризуется и колебаниями самого станка в вертикальном направлении. При работе станок опирается на гидродомкраты, которые при изменении усилия могут быть представлены как упругие элементы (рис ). Значительная часть веса станка через полиспастную канатную систему передается буровой колонне, чем обеспечивается давление долота на забой. В эту систему входят также гидроцилиндры, обеспечивающие изменение осевого давления, т.е. распределение веса станка между буровым ставом и опорными гидродомкратами. И гидроцилиндры, и канаты полиспастной системы также являются деформируемыми элементами и могут быть представлены как эквивалентное упругое звено (рис. ). В представленной кинематической схеме возникают колебания центра тяжести станка. При возникающих колебаниях меняется давление на забой, вследствие чего забой принимает характерную волнообразную форму.

Как следует из сказанного ранее, работа станка в неоднородных трещиноватых породах и особенности конструкции его электромеханической системы вызывают при работе вибрации, существенно влияющие на надежность работы механического и электрического оборудования и затрудняющие работу машиниста, так как уровни вибрации часто превосходят допустимые санитарные нормы.

Как датчик возникающих колебаний может быть использовано устройство для измерения низко частотной составляющей тока двигателя вращателя. В качестве такого датчика (рис. ) используется магнитный усилитель с подавленными четными гармониками. Такой усилитель представляет собой источник тока, поэтому колебания питающего напряжения не влияют на его работу. Для такого усилителя:

I_yW_y=I_нW_н

где, I_н , I_y – токи нагрузки и обмотки управления; W_н,W_у – число витков рабочей обмотки и обмотки управления.

Током управления в приведенном устройстве является ток якоря двигателя вращателя, поэтому колебания тока якоря пропорционально отражены в токе рабочей обмотки магнитного усилителя. Ток рабочей обмотки выпрямляется и через R,C- фильтр, подавляющий высокие частоты подается на трансформатор. Трансформатор является дифференцирующим элементом что дает возможность выделить сигнал производной низкочастотных составляющих тока.

Исходя из сказанного следует, что при построении структуры САУ необходимо предусмотреть возможность автоматического выхода станка из режима вибрации.

Для уменьшения этих вибраций могут применяться чисто механические средства, например, надштанговые амортизаторы, аналогичные амортизаторам, применяемым для карьерных автосамосвалов БелАЗ. Возможно также регулирование скорости привода вращателя для снижения амплитуды вибраций, точнее, компенсации возникающих вибраций в некоторой полосе частот с тем, чтобы вибрации других частот гасились механической частью и механическими амортизаторами станка.

9. Расчет регуляторов системы векторного управления асинхронным двигателем

При исследовании систем векторного управления асинхронным короткозамкнутым двигателем со стабилизацией магнитного поля (амплитуды) в зазоре машины, применяется упрощенная система дифференциальных уравнений (во вращающихся координатах), описывающих процессы в машине, питаемой от идеализированного преобразователя частоты:

где К_S=L_M/L_S – коэффициент потокосцепления статора;

K_r=L_M/L_S – коэффициент потокосцепления ротора;

r_S, r_R – активные сопротивления статора и ротора;

L_r,L_S – индуктивность ротора и статора;

L_M – взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора;

P₀– число пар полюсов;

ω – частота вращения ротора машины;

- модуль главного потокосцепления;

U_S1,U_S2 – составляющие напряжения статора во вращающейся системе координат, жестко связанной с главным потокосцеплением;

D i₂ – составляющая обобщенного вектора тока статора на ординату вращающейся системы координат;

М_С – момент сопротивления;

J – динамический момент инерции.

Из этой системы исключены нелинейные члены имеющие малый “удельный вес”, содержащие прозведения переменных (трансформаторные э.д.с. на индуктивностях рассеяния) и принято сопротивление ротора r_R=const.

Структурная схема системы, при условии интерпретации преобразователя частоты в виде апериодического звена с постоянной времени Т_μ , представлена на рис. 4

Поскольку вектором выходных переменных являются (

, i₂, ω), то можно применить классическую теорию подчиненного регулирования, разработанную для электроприводов постоянного тока.

В теории применяется компенсация нелинейных мешающих влияний, а также компенсация полюсов нулями передаточной функции.

Компенсирующие составляющие напряжений:

U_S1K= - P₀ωL_S(1 – K_SK_r)i₂

U_S2K= P₀ω

Приняты введенными точно и поэтому в системе не фигурируют, также как и связи, влиянием которых можно пренебречь.

Вычисление составляющей P₀ωL_S(1 – K_SK_r)i₂=K i₂ω может быть использовано для реализации регулирования с поддержанием постоянства мощности (i₂ω = const).

Схема содержит канал управления (стабилизации) модулем главного потокосцепления

и канал управления скоростью вращения ротора ω.

Канал скорости – двухконтурный и включает подчиненный контур регулирования тока i₂.

Параметры структурной схемы:

T_f =

, [с] T_i=

, [с]

С_М=3/2 Р₀ K_f=

, [с]

K_i=

, [c] T_μ=(0.0033….0.005) c

Контур стабилизации потока (

) выполняем при помощи ПИ-регулятора:

W_пи1(р) =

где Т_И= R_вх· С_ос – постоянная времени интегратора,

Т_С= R_ос· С_ос – постоянная времени настройки.

Для удобства настройки ПИ-регулятор реализуется на параллельно соединенных П-регуляторе и И-регуляторе.

Параметры регулятора:

K₁= K_П = К_P= R_oc/R_вх – коэффициент передачи П-регулятора.

K₂ = K_П+1 = 1/(R_вх· С_ос) = 1/Т_И

Соотношение параметров данного ПИ-регулятора и регулятора, выполненном на одном решающем усилителе, следующие:

Т_И = 1/К_П+1

T_C = K_n/K_П+1

Выбирая К₁/К₂ = T_f получаем передаточную функцию разомкнутого канала управления главным потокосцеплением:

W_f(p) =

где K_и_m – коэффициент передачи преобразователя частоты;

K_df - коэффициент передачи датчика потока;

Настройка на технический оптимум определяет коэффициент К₂:

K₂ =

и передаточную функцию разомкнутого контура:

W’_f (p) =

Передаточная функция замкнутого канала имеет вид:

W_f (p) =

Канал управления скоростью вращения ротора.

Контур управления составляющей тока i₂.

Передаточная функция объекта регулирования этого контура, согласно структурной схеме, может быть представлена следующим выражением:

W_ОР(р) =

где K_di – коэффициент передачи датчика тока;

При использовании ПИ-регулятора контур тока настраивается по техническому оптимуму. Его настройки:

K₄ = 1/(2TμKiKumKdi) K₃/K₄ = Ti , при Ti > Tμ

K₄ = 1/(2TiKiKumKdi) K₃/K₄ = Tμ , при Ti < Tμ

В первом случае Tm = Tα ,Ti = Tb , а во втором Ti = Tα , Tμ = Tb.

Передаточная функция разомкнутого контура имеет вид:

W’_i(p) =

Передаточная функция замкнутого контура тока по управляющему воздействию:

W_i(p) =

где Tt = 2Tα

Контур управления скоростью.

Передаточная функция объекта регулирования скоростного контура:

W(p) =

где Km = C_МKω|Φ₀| / K_di .

В случае использования П-регулятора скорости его передаточная функция будет:

K_Rω =

Если задана статическая точность, то коэффициент K_Rω рассчитывается по известной методике с целью получения заданной статической точности. Коэффициент передачи К канала управления скоростью определяется по формуле (коэффициент передачи П-регулятора тока устанавливается равным единице):