ЭЛЕКТР ЖЕТЕГІН БАСҚАРУ ЖҮЙЕЛЕРІ
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТЕРЛІГІ
Алматы энергетика және байланыс университеті
коммерциялық емес акционерлік қоғамы
Ю.А. Цыба
Ж.Ж. Тойгожинова
ЭЛЕКТР ЖЕТЕГІН БАСҚАРУ ЖҮЙЕЛЕРІ
Оқу құралы
Алматы 2013
УДК 62 - 83 (075.8)
ББК 31.2 я 73
Ц 92 Электр жетегін басқару жүйелері:
Оқу құралы Ю.А. Цыба., Ж.Ж. Тойгожинова;
АЭжБУ. - Алматы, 2013. - 75 бет.
ISBN 978-601-7436-05-6
Электр жетегін басқару жүйелері курсы бойынша оқу құралында бейімдеумен (адаптивпен) және бағдарламамен басқарудың жұмыстарын бақылауды, моменттің және жылдамдықтың функциясын тұрақтандыруды орындайтын, электр жетегін автоматты басқарудың санды және санды аналогты жүйелерінің жұмысы мен құрылыстары, құру принциптері қарастырылған. Сонымен қатар ЭЕМ арқылы басқару жүйесін қазіргі кездегі әдістермен зерттеулер келтірілген.
Оқу құралы типтік оқу бағдарламасына сәйкес өңделген және 5В071800 - Электр энергетикасы мамандығының студенттеріне арналған.
Суреттер 54, әдеб. - 21 атау.
ББК 31.2 я 73
Пікір берушілер:К.Сатпаев атын.КазҰТУ,тех.ғыл.канд,проф.Д.Б. Акпанбетов
АЭжБУ, тех. ғыл. канд., профессор А.С. Байкенов
Алматы энергетика және байланыс университетінің Ғылыми кеңесі басуға ұсынады (№7 хаттама 21.05. 2013 ж.).
ISBN 978-601-7436-05-6
Ó Алматы энергетика және байланыс университеті КЕАҚ, 2013 ж.
Мазмұны
Кіріспе
4
1
Жетектің электр механикалық жүйелерін қазіргі кездегі принциптермен тұрғызу
5
1.1
Жүйе элементтерінің құрлысы және тағайындалуы
5
1.2
Қосалқы жүйе ретіндегі электр жетегі
6
1.3
Электр жетегі және қазіргі кездегі технологиялар
7
1.4
Жетектің электр механикалық жүйесінің жалпы талаптары
8
1.5
Электр жетегінде энергияның электр механикалық түрленуінің физикалық принципі
10
2
Электр жетегі басқарылатын электр механикалық жүйе
11
2.1
Басқару жүйесінің құрылысын тұрғызу принципі
11
2.2
Басқару жүйесінің жіктелімдері
15
2.3
Электр жетегін автоматты басқару жүйесінің сандық және санды аналогты жүйесін құру принципі
20
2.4
Жылдамдықты тұрақтандыратын санды аналогты және сандық жүйелер
25
2.5
Электр жетегінің жағдайын аналогты және санды аналогты жүйелермен басқару
29
2.6
ЭЕМ басқарылатын жағдайды санды жүйемен басқару
31
2.7
Бақылау электр жетегінің басқару жүйелері және оларды құрудың негізгі принциптері
33
2.8
Бақылау электр жетегінің аналогты және санды жүйелері
35
2.9
Электр жетегін бағдарламалық басқару жүйесі, құру принциптері және жіктелімі
40
2.10
Электр жетегімен бағдарламалық басқарудың циклдік жүйелері
43
2.11
Электр жетегін санды бағдарламалық басқару жүйелері
47
2.12
ЭЕМ санды бағдарламалық басқару жүйелері
53
2.13
Электр жетегін бейімделген жүйемен басқару және оны құру принциптері
55
2.14
Электр жетегін басқарудың ізделмейтін бейімделген жүйелері
57
2.15
Электр жетегін басқарудың бейімделген іздеу жүйесі
62
3
Қазіргі уақытта ЭЕМ-да басқару жүйесін зерттеу әдістері
63
3.1
Басқару жүйесінің компьютерлік үлгісі
63
3.2
MATLAB-та модельдеудің нәтижелерін бағалау
66
3.3
Simulink - модельдеудің интерактивті құралы
71
Әдебиеттер тізімі
75
Кіріспе
Электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіретін қазіргі кездегі өндірістік механизмдер мен агрегаттар күрделі көп компонентті электр механикалық жүйелерден және электр жетегінен тұрады. Берілген жүйелер аспапты электр механикалық жүйеден бастап, әр түрлі технологиялық кешенге дейінгі адамның барлық жұмыс салаларында қолданылады.
Электр механикалық жүйелерде (ЭМЖ) автоматты басқару әдістерін және ондағы физикалық процестерді түсіну, қазіргі кездегі технологиялық шешімдерді білу, олардың қабілеттілігін қолданып, бағалай білу және тәжирибе жүзінде қолдану - бұның бәрі энергияның электрлік түрленуін қолданатын техникалық объектілерді құру немесе тасмалдаумен жұмыс жасайтын мамандарға қажет. Сондықтан электр жетегін басқару жүйелері техникалық пән бойынша электр жетегінің элементтерін құруға (электр машиналары, аппараттар, түрлендіргіштер және т.б.) немесе электр жетегі қолданатын техникалық объектілерді құруға (станоктар, жұмыстар, технологиялық машиналар, электр энергетика жүйелерінде, агрегаттарда және т.б.) байланысы бар мамандардың бағдарламасына кіреді.
Соңғы кездері әр түрлі технологиялық процестерді автоматтандыру кезінде жетектің электр механикалық жүйелерін санды басқару кең қолданылады. Бұл статистикалық және динамикалық режимдерде жүйе жұмысының дәлдігінің жоғарлауы, олардың тез әсер етуі және өндірістегі жабдықтардың өнімділігіне байланысты.
Машиналарды санды басқару кең дамығандықтан қазіргі кезде электр жетегін басқару жүйелері аппаратты құрылғылармен тұрғызылмайды, ал электр жетегін басқару алгоритмі бағдарламалы болатын машиналарды қолдану арқылы тұрғызылады. Бұл мұндай жүйелерді жобалап және орындауға көмектеседі. Сонымен қатар, бірдей ақпаратты басқару кешенінен бірдей технологиялық процеспен байланысқан үлкен өндірістік құрылғылардың электр жетектерін басқаруға мүмкіндік береді, бұл икемді басқарылатын өндірісті құру үшін өте қажет. Электр жетегі жүйелерінде машиналарды санды басқарудың қолданылуына байланысты, дисплейде электр жетегінің жұмысын бақылау және диагностикалық жүйені құру сияқты олардың жұмыстарына жаңа мүмкіндіктер туады. Берілген дәріс жинағында санды басқару жүйесі ғана емес, сонымен қатар сандық жүйені құрайтын аналогты жүйе де қарастырылған. Бұл электр жетегін қазіргі кездегі күрделі жүйелермен басқарудың даму кезеңдерін және олардың талдау мен синтез әдістерін көрсетеді.
1 Жетектің электр механикалық жүйелерін қазіргі кездегі принциптермен тұрғызу
1.1 Жүйе элементтерінің құрлысы және тағайындалуы
Электр жетегі - басқарылатын электр механикалық жүйе. Оның тағайындалуы - электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді және керсінше механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді, осы процестерді басқарады [1,2,3].
Электр жетегі күшті және ақпараттық каналдардан тұрады (1.1 суретті қара). Күштік канал бойынша түрленген энергия тасмалданады (1.1 суреттегі үлкен бағытты қара), ал ақпарат каналы бойынша энергия ағымы басқарылады, жүйенің құрылуы мен жағдайы туралы ақпаратты жинап, өңдейді және оның жөнделмейтіндігін анықтайды (1.1 суреттегі жіңішке бағытты қара).
ЭЖ - электрлі түрлендіргіш; ЭМТ - электр механикалық түрлендіргіш; МТ - механикалық түрлендіргіш; АТ - ақпараттық түрлендіргіш.
1.1 сурет - Электр жетегінің жалпы құрылысы
Күштік канал электрлік, механикалық бөліктен және электр механикалық түрлендірудің байланыс буынынан тұрады.
Күштік каналдың электрлік бөлігі егер электр энергиясын түрлендіру қажет болса, қоректендіру көзінен (өндірістік электр жүйесінің шиналары, автономды электрлі генератор, аккумулятор батареялары және т.б.) электр механикалық түрлендіргішке немесе керсінше электр механикалық түрлендіргіштен қоректендіру көзіне электр энергияны беру құрылғысынан тұрады.
Механикалық бөлігі электр механикалық түрлендіргіштің қозғалмалы органынан, құрылғының орындау органынан және механикалық беруден тұрады, онда механикалық энергияны алу орындалады.
Ақпараттық канал ақпаратты түрлендірудің еңгізу, шығару құрылғыларынан және күштік каналының байланысынан тұрады.
1.2 Қосалқы жүйе ретіндегі электр жетегі
Электр жетегі техникалық жүйенің анықталған түрін көрсетеді. Басқа техникалық жүйелерге ұқсас, электр жетегі анықталған элементтерден тұрады және ірі жүйелерде өзі элемент (қосалқы жүйеде) ретінде қолданылады.
Электр жетегінің элементтеріне электрлі, электр механикалық, механикалық, ақпараттың түрлендіргіштері және ішкі өзара әсер ететін жүйелерден тұратын құрылғылардың байланысы жатады (1.1 суретті қара).
Электр жетегі электрді жабдықтау жүйесімен (электрлік желінің аймағымен байланысқан) немесе электр энергияның қоректендіру көзімен, техникалық құрылғылармен немесе машинамен (жұмыс органы арқылы байланысқан), жоғары деңгейлі ақпараттық жүйелермен, оператормен (байланыс каналына сәйкес жалғанған) өзара байланысып, әсер етеді (1.1 суретті қара).
Электр жетегі қосалқы жүйе ретінде берілген жүйеге кіреді және олардың бөлігі ретінде саналады. Электр жетегін электрмен жабдықтау маманын электр энергиясын пайдаланушы ретінде (1.2, а суретті қара), АБЖ тасмалдайтын немесе өңдейтін инженерді жүйені технологиялық процестермен немесе электрмен жабдықтау жүйесімен байланыстыратын дамыған интерфейс ретінде (1.2, б суретті қара), машинаны құраушы немесе технологты механикалық энергияның қоректендіру көзі ретінде қарастырады (1.2, в суретті қара).
1.2 сурет - Қосалқы жүйе ретіндегі электр жетегі
Электр жетегінің жүйесінде электр жетегінің ішіндегі барлық элементтер өзара байланысқан, ал электр жетегінің өзі жоғары деңгейлі жүйелермен байланысқан. Бұл өзара байланыстарды терең түсіну және есептеу тәжирибеде электр механикалық жүйелерді құру үшін аса қажет.
Ақпараттық каналда микропроцессорлық тәсілдерді қолдану күштік каналдың құрылу сапасына әсер етеді.
1.3 Электр жетегі және қазіргі кездегі технологиялар
Электр жетегі электрлі, электр механикалық және механикалық түрлендіргіштердің өзара әсер етуінен, басқаратын және ақпараттық құрылғылардан, сыртқы кедергілерден тұратын электрлі, механикалық, басқару және ақпараттық жүйелерден тұрады, жұмыс машиналарының орындау органдарын қозғалысқа келтіруге арналған және технологиялық процестерді орындау мақсатымен қозғалыстарды басқаратын электр механикалық жүйе.
Қазіргі кездегі технологияларда механикалық энергияға және қозғалысқа байланысты барлық процестер электр жетегімен орындалады. Элетрлі емес қозғалтқышты қолданатын автономды транспорттардың жабдықтарында (автомобильдер, ұшақтар, кей бір қозғалмалы құрылғылар) электр жетегі қолданбайды. Өнеркәсіптің қондырғыларында су жетегі кең қолданылады, пневможетегі аз қолданылады.
Электр жетегімен электр энергиясын кез-келген қашықтықта беруге болатындықтан, қолдануға әр уақытта дайын және кез-келген басқа энергиялардың түріне оңай өзгере алатындығына байланысты кең қолданылады.
Қазіргі уақытта аспаптық жүйелерде қуаты бір микроваттық электр жетегі қолданылады; газды айдайтын станциялардығы компрессор электр жетегінің қуаты он мегаватт, қазіргі кездегі электр жетектің қуаты мен жиілігінің деңгейі 1012 жоғары. Мысалы, жартылай өткізгіштердің кристалдарын тартатын қондырғының қозғалтқыш бірлігі қозғалыс бір қалыпты болу қажет деген қатаң талапта 10 сағатта 1 айналуы қажет. Қазіргі кездегі станоктың шлифті дөңгелегінің айналу жиілігі 150 000 айнмин.
Қазіргі кездегі электр жетегі жасанды жүректен қадамды экскаваторға дейін, желдеткіштен радиотелескопқа дейін, киім жуатын машиналардан өндірістік жүйелерде кең қолданылады. Сондықтан осы ерекшелігінің технологиялық ортаға әсер етуіне байланысты электр жетегінің дамуына үлкен әсерін тигізді. Электр жетегі дами отырып технологиялық аймаққа оң әсер етеді және жаңа жетістіктерге жетеді.
Энергетикалық көзқарас бойынша электр жетегі негізгі энергияны қолданушы болып саналады. Қазіргі уақытта дамыған елдерде электр жетегінің 60% электр энергиясын қолданады. Энергетикалық ресурстардың тапшылығы электр жетегін энергиямен жабдықтауды қиындатады.
Мамандар қазіргі уақытта энергетика ресурстарының біреуін үнемдейді деп есептейді. Мысалы 1 тонналық жанармайды өңдеп алуға қарағанда, оның өзі екі есе арзан тұрады. Осыған байланысты жанар майды өңдеп алу қиындай түсетіндігін, ал оның қоры азаятындығын байқауға болады.
Электр жетегінің электр механикалық жүйелерінің даму қиындықтары: бірінші - әр түрлі технологиялық қолдану кезінде функционалдық мүмкіншілікті кеңейту қажет; екінші - энергияны және басқа ресурстарды үнемдеу арқылы қолдану қажет.
1.4 Жетектің электр механикалық жүйесінің жалпы талаптары
Энергетиканың электр механикалық түрленуін басқаратын жүйе ретінде жетектің жалпы талаптарын құрамыз және электр жетегін сипаттайтын негізгі көрсеткішті анықтаймыз.
Электр жетегі берілген функцияларды келісілген шартпен анықталған уақыт аралығында орындау қажет. Егер ол орындалмаса, онда оның барлық басқа сапасы қажетсіз болады, сондықтан сенімділік талабын бірінші қарастырамыз. Сенімділік жүйе құрамын ең бірінші жобалауда, оны құру мен тасмалдау процестерінде қажет.
Екінші жалпы көрсеткіш дәлдік деп аталады. Ол қозғалысты басқаруды орындайды, сондықтан электр жетегінің негізгі функциясы болып саналады. Қандайда бір қозғалыстың көрсеткіші берілген мәннен ерекше болмауын және берілген мәннен аспауын жетекпен қажетті дәлдікпен орындау. Мысалы, лифт кабинасын тоқтатудың дәлсіздігі +- 1 мм; щупты дайындау процесінде микросұлбаны тестілеуді орындайтын щупты құру қателігі +-10 мкм жоғары болмау керек және т.б. Электр жетегі жүктемеге, сымның немесе жіптің оралуы кезіндегі тартылу күшіне тәуелсіз транспортер лентасының қозғалысын берілген жылдамдық деңгейінде ұстап тұру қажет, сонымен қатар берілген мәннен ауытқуға болатын белгілі мәні болады, ол мәннен ауытқуға болмайды. Егер жетектің функциясы қандайда бір траекторияны қозғалысқа келтірсе (ондай жетек бақылау деп аталады), онда траекторияны қозғалысқа келтіруде шектеулер болады.
Үшінші көрсеткіш екінші көрсеткішке байланысты - жүйенің әртүрлі әсерлерге тез әсер етуі. Мысалы, радиотелескоп антенасының желдің әсерінен берілген жағдайдан ауытқуын секундқа жетпей өте тез түзету қажет.
Тез әсер ету мен дәлдіктің арасындағы байланысты мына мысалмен көрсетуге болады: егер берілген өте тез өзгерсе жетек оның өзгерісін тез өңдеу қажет, әйтпесе берілгенмен нақты траекторияның арасындағы өзгешелік берілген мәннен жоғарлап кетеді және рұқсат етілген аумақтан шығады.
Тез әсер ету жүйеде динамикалық процестермен уақыт бойынша өзгерістермен байланысқан. Онымен төртінші көрсеткіш байланысқан - динамикалық процестердің сапасы. Динамикалық процестердің уақыт бойынша өтуін анықталған заңдылықпен қамтамасыз ету. Мысалы, лифте жақсы жұмыс жасайтын жетек болғанда қозғалыстың үдеуі мен тоқтауы сезілмейді, егер нашар жұмыс жасайтын жетек болса динамикалық процестер кезінде қолайсыз жағдайлар болады.
Қазіргі уақытта ең маңызды бесінші көрсеткіш энергетикалық тиімділік деп аталады. Энергетиканы беру және түрлендірудің кез-келген процестері кезінде шығындар болатындықтан, осы шығындардың үдеулік бөлігі қандай екендігін білу қажет. Электр жетегінде бұл көрсеткіш технологиялық соңғы нәтижені алуда электр энергиясының үдеулі шығынымен анықталады. Мысалы, егер электр жетегі станок арқылы алынатын материалды және диаметрі берілген сымды шығанаққа орау операциясын орындағанда, сапасы берілген (бұл жерде көрсеткіштерін білу қажет) 1 тонналық дайын өнімдер үшін қанша электр энергия шығындалатындығын білу қажет.
Энергетикалық тиімділікті ПӘК бағалайды. ПӘК пайдалы шығындалған энергияның берілген процеске толық шығындалу қатынасы арқылы анықталады. Үлкен шығындар дегеніміз электрлік ресурстар мен адамдардың еңбектерін босқа шығындау және қоршаған ортаға зиянын тигізу.
Алтыншы көрсеткіш - электр жетегінің электрді жабдықтау жүйесімен және өте жоғары деңгейлі ақпараттық жүйемен сәйкестігі. Соңғы кездері электр жетегінің құрамына қоректендіру желісіне және электронды басқару құрылғысына күші кері әсерін тигізетін жоғары гармоникаларды түзететін жартылай өткізгішті түрлендіргіштердің енуіне байланысты электр жетегі технологиялық құрылғыларға да сәйкес болады.
Жетінші көрсеткіш ресурс сиымдылық деп аталады. Оған өндірістің технологиясына және құрамына берілген материал сиымдылығы және энергия сиымдылығы, монтаждау, дайындау, тасмалдау және жөндеу кезіндегі еңбек сиымдылығы жатады. Бұл көрсеткіш өте күрделі, ауқымды, технологияның дәрежесімен және көрсеткішімен, экономикалық жағдайларымен, көптеген басқа факторлармен байланысқан.
Мысалы, электр жетегінің негізгі элементі болып саналатын, өнеркәсіптің, қуаты 1-10 кВт болатын асинхронды қысқа тұйықталған электр қозғалтқыштың салмағының өзгеруін қарастырамыз. Табиғи ресурстары аз, технологиялық деңгейі жоғары Жапонияда 1950 жылдан 1986 жылға дейін мұндай қозғалтқыштардың материалының жақсаруы, оларды өңдеу сапасының жоғарлауы, құрлысы тиімді және т.б. болғандықтан салмағы орташа есеппен 2,5 есе төмендеді. Қозғалтқыш салмағының төмендеу процесі әлі де жалғасауда.
АСШ 70 жылдары осы қозғалтқыштардың салмағы төмендеген. Бірақ қазір энергияның бағасы жоғарлағандықтан және материалдың қоры көбейгендіктен энергияны үнемдеу қозғалтқыштарының өндірісі жоғарлады, сондықтан оның салмағы 40-50% жоғарлаған.
Келтірілген көрсеткіштердің бір жалпы құрамын атап өтейік. Әдетте қандайда бір көрсеткішті жақсы деңгейде алу қиын емес (яғни, онша қымбат емес). Микросұлбаны шығаратын, бірнеше микрометрлерден аспайтын құрылғының жұмыс органын құру қателігін микроскоппен алу қиын емес. Бірақ 0,5-0,6 мс жылдамдықпен қозғалатын автоматты құрылғының жұмыс органын мұндай қателікпен тоқтату оңай емес және оны шешу біршама күшті, шығынды қажет етеді. Яғни, тек тез немесе дәл орындау күрделі емес, ал тез және дәл орындау күрделі. Тез, дәл және сенімді орындау өте күрделі, бірақ осы мақсаттарды және т.б. көптеген шарттарды орындауды қазіргі уақыттағы электр механикалық жүйелермен басқару кезінде инженер шешу қажет.
1.5 Электр жетегінде энергияның электр механикалық түрленуінің физикалық принципі
Кез келген электр жетегінің құрамына энергияны электр механикалық түрлендіретін - электр машинасы кіреді.
Қазіргі уақытта электр механикалық түрлендіргіштің бір ғана түрі белгілі, ол электр магнитті деп аталады.
Энергияның электр механикалық түрленуінің физикалық құбылысын және физикалық принципін қысқаша қарастырамыз.
Энергияны электр механикалық түрлендірудің бес физикалық құбылысы болады. Олар:
а) өткізгішке магнитті өрісте токпен күш әсер етеді. Өріс тұрақты магнитпен, арнайы ораммен немесе ток өткізгішімен пайда болады. Магнитті өріспен өткізгіш орын ауыстырған кезде, онда ЭҚК пайда болады;
б) ферромагнитті материалға магнитті өріспен оның орнын ауыстыруға тырысатын күш әсер етеді, онда өрістің әсері жоғары болады. Егер өріс токты ораммен пайда болса, онда орын ауыстыру кезінде өріс өзгереді және тармақтарында ЭҚК пайда болады;
в) зарядталған конденсаторды және диэлектрикті оқшаулағанда электр өрісіне күш әсер етеді. Олар өзара орналасқан кезде оқшаулағыштың заряды немесе кернеуі өзгереді;
г) анықталған бағытқа кернеуді берген кезде кейбір кристалдар аздап пішінін өзгертеді. Егер ондай кристалдардың пішінін өзгертсе электрлік заряд пайда болады. Бұл құбылыс пьезоэффект ретінде белгілі;
д) ферромагнитті материалдардың көбі магнитті өрістің әсерінен аздап пішінін өзгертеді. Пішінін өзгерткен материалдардың магнитті құрамы өзгереді. Бұл құбылыс магнитті стрикция деп аталады.
Энергияның электр механикалық түрленуіне жататын аталған бес физикалық құбылыстар қазіргі кездегі техникаларда қолданылады. Бірінші құбылыс бойынша магнит өрісіндегі өткізгіштік принципінің негізі арқылы барлық электр машиналары жұмыс жасайды.
Екінші құбылыс бірінші топқа қарағанда төменгі энергетикалық көрсеткіштен тұратындықтан және өте қарапайым техникалық шешімдерді алатындықтан әртүрлі электрлі аппараттарда кең қолданылады (электр магнитті реле, түйіспелер, іске қосқыштар және т. б. ).
Үшінші құбылыс осы уақытқа дейін электрлік машинаны құру мүмкіндігінің инерциялық емес үйлесімділігі ретінде қызмет атқарады, қажетті материалдардың болмауына байланысты тәжирибе жүзінде қолданылған жоқ, яғни сыйымдылықты түрлендіргіштер энергия сыйымдылығы (бірлік салмақ немесе көлемдегі энергия) бойынша электр магниттен жоғары болды, өте жоғары кернеуді және т.б. қажет етті. Сыйымдылықты құрылғылар ақпараттық түрлендіргіштер, әртүрлі бергіштер және т.б. ретінде қолданылды.
Төртінші және бесінші құбылыс өнеркәсіптегі электр жетекте әзірге қолданыс тапқан жоқ. Ол тек акустикалық құрылғыларда, әртүрлі бергіштерде және т.б. қолданылады.
2 Электр жетегі басқарылатын электр механикалық жүйе
2.1 Басқару жүйесінің құрылысын тұрғызу принципі
Бірінші бөлімде электр жетегін энергияның электр механикалық түрленуін басқаруды орындайтын физикалық жүйе ретінде қарастырдық.
Енді электр жетегін электр механикалық жүйелерді басқаратын түрде қарастырамыз.
Электр жетегінің алгоритмді құрылуы берілген мақсатқа жету үшін орындалудың қатаңдығымен, технологиялық процестерді қамтамассыздандырудың талап етілген сипаттамасымен орындалады. Мысалы, станокта бөлшекті жасау, сұйық металды шөмішпен А нүктесінен В нүктесіне жеткізу т.б.
Уақыт бойынша технологиялық процеспен анықталатын қалаулы заңның өзгеру шамалары басқарылатын немесе реттелетін айнымалылар (коор - динат) деп аталады. Бұл жылдамдық және жұмыс органының жағдайы немесе үдеуі болып келеді. Реттеу координаттары жылдамдық ретінде беріледі, ал қалғандары осы координаттың талап етілген өзгеру заңына сәйкес өзгеруі қажет. Мұндай айнымалы негізгі реттелетін координат деп аталады. Электр жетегіндегі металды кесетін станок қозғалысының негізгі реттеу координаты шпиндель жылдамдығы болып саналады және т.б.
Электр энергияның механикалық энергияға түрленуі мына түрде ұйымдастырылады: реттелетін координатты уақыт бойынша қажетті заңмен өзгеруін қамтамасыз етеді, сонымен қатар электр жетегі мен технологиялық құрылғылардың қажетті құру алгоритімі құрылады. Мұны электр жетегінде басқару деп қарастырамыз. Негізгі реттелетін координат бойынша басқаруды бір мөлшерлі деп, ал бірнеше реттелетін координат бойынша басқаруды көп мөлшерлі деп атаймыз.
Электр жетегінің күштік каналына кіретін элементтердің жиынтығын басқару объектісі деп атаймыз: электрлік, электр механикалық, механикалық түрлендіргіш және жұмыс органы. Бұл элементтер кіріс-шығыс айналымдардың немесе құрылымдық сұлбалардың модельдері түрінде болады. Мысалы, тиристорлы түрлендіргіш - тұрақты токты қозғалтқыш жүйесінің моделі. Кіріс әсерінің u(u1,...,um) барлық векторлар жиынтығын екі топқа бөлуге болады: басқару және қоздыру әсерлері, олардың өзгеру заңы сыртқы факторлармен анықталады (МЖ біліктің жүктеме моменті, желіні қоректендіру UЖ кернеуі және т.б.). Басқару процесі дегеніміз шығыс реттелетін координатты өзгерту заңын құру үшін басқару объектісінде басқару әсерлерінің құрылуы, ал басқару құрылғылары дегеніміз басқару процесін қамтамасыз ететін техникалық жабдықтардың жиынтығы.
Жалпы жағдайда басқару құрылғысы ең жоғарғы деңгейлі басқару жүйесінен және (немесе) адам-оператордан (2.1 суретті қара) бастап бұйрықты қабылдауды (іске қосу, басқару процестерін тоқтату және т.б.) және реттелетін координаттарды құруды қамтамасыз етеді, осы көрсеткішке сәйкес басқару процесін орындайды. Егер барлық басқару функциялары адам-операторының көмегінсіз орындалса басқару автоматты деп аталады, мұндай басқару құрылғыларынан тұратын электр жетегі автоматтандырылған деп аталады.
2.1 сурет - Электр жетегі басқарылатын электр механикалық жүйе
Басқару процесіне қатысатын ақпараттық канал элементтерінің жиынтығын электр жетегінің басқару жүйесі деп атаймыз (2.1 суретті қара). Ол басқару құрылғысынан, оператор бұйрығын еңгізу құрылғысынан, оператормен басқару мен бақылау шешімдерін қабылдау үшін технологиялық процестер мен жетектің жағдайы туралы ақпаратты еңгізу құрылғыларынан және ақпаратты өлшеу жүйелерінен және жоғарыда аталған құрылғылардан тұратын басқару құрылғыларының интерфейс сұлбаларынан тұрады (2.1 суретті қара).
Ақпаратты өлшеу жүйесі (АӨЖ) мыналардан тұрады: желі параметрлерінің бергіштері (датчиктері) (кернеу, жиілік және т.б.); электр түрлендіргішінің ішкі және шығыс қысқыштарындағы электрлік айнымалы бергіштер (кернеу, ток, қуат және т.б.); электр механикалық түрлендіргішті сипаттайтын электрлік және электр магниттік шамалардың бергіштері (кернеу, ток, ағым және т.б.); қозғалтқыш білігіндегі және (немесе) жұмыс органындағы (жылдамдық, жағдайы, үдеуі, момент, күшейткіш) механикалық айнымалы бергіштер; технологиялық процестердің параметрлер бергіштері (температуры, қысым, шығын және т.б.). Бергіштер дегеніміз физикалық айнымалы шамаларды электрлік сигналға түрлендіретін құрылғы. Анық бергіш айнымалының өлшенуі кезіндегі аралықта түрленудің сызықтылғын қамтамасыз етеді. АӨЖ құрамына бір немесе бірнеше бергіштер кіреді.
Басқару объектісі арқылы АӨЖ келіп түскен координаттың нақты мәндері туралы ақпараттар мен берілген әсерлердің мәндері туралы ақпараттың негізінде басқару құрылғысы басқару объектісінде басқару әсерлерін өңдейді. АӨЖ электр жетегінің ақпараттық және күштік каналдарының арасында орналасқан. Сондықтан оны басқару жүйесіне немесе кей кездері басқару объектісіне жатқызады. Электр жетегін жүйе ретінде бейнелеу автоматты басқару жүйесінде қолданылады (2.2 суретті қара).
2.2 сурет - Электр жетегін жүйе түрінде классикалық бейнелеу
Электр жетегімен басқару жүйесі және Электр жетектермен басқару жүйелері деген терминдерді бөлек электр жетегіне қатысты емес, ал технолгикалық қондырғыға қатысты ең жоғарғы басқару жүйесінің анықтамасы ретінде қолданамыз. Басқару жүйесіне қатысты мұндай қондырғыларда электр жетегі қосалқы жүйе болып саналады. Металды кесетін станоктың басқару жүйесі бірнеше қосалқы жүйемен басқарылады: негізгі қозғалыс жетегі, беру, көмекші жабдықтарымен (салқындатылған сұйықты өңдеу аймағына беретін сорғыштар, құралды автоматты ауыстыру құрылғысы және т.б.).
Бөлек электр жетегінің құрамын ең төменгі деңгейлі қосалқы жүйеге бөлуге болады. Мысал ретінде тиристорлы түрлендіргіштің басқару қосалқы жүйесін жатқызуға болады. Ол басқарудың ең төменгі деңгейінен тұрады. 2.3 суретте тиристорлы кіліттің басқару қосалқы жүйесі мысал ретінде келтірілген.
2.3 сурет - Түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесі бойынша электр жетегінде басқару сатысы
Көп деңгейлік сатылы басқару жүйесін құру принципі 2.4 суретте көрсетілген. Жоғарғы деңгейлі басқару жүйесі үшін барлық ең төменгі деңгейлі жүйелер басқару объектісі немесе қосалқы жүйе (ҚЖ) ретінде қарастырылады. Мұнда үшінші деңгейлі басқару құрылғысы (БҚ) n екінші деңгейлі қосалқы жүйе үшін басқару әсерін өңдейді, екінші деңгейлі басқару құрылғысы k бірінші қосалқы жүйе үшін басқару әсерін өңдейді және т.б. Әрбір қосалқы жүйеде өзінің жергілікті АӨЖ болады.
2.4 сурет - Көп деңгейлі басқару жүйесін құру принципі
Кейбір бергіштер (2.4 суретте үзік сызықпен көрсетілген) бір уақытта әртүрлі деңгейде басқару жүйесі ретінде қолданыла алады.
2.2 Басқару жүйесінің жіктелімдері
2.2.1 Басқару құрылғылары мен басқару объектісінің арасындағы ақпаратты беру каналдарының санына сәйкес барлық басқару жүйелері екі үлкен топқа бөлінеді: ажыратылған және тұйықталған. Ажыратылған жүйелерде басқару алгоритмі басқару объектісінің ағымдағы жағдайы туралы ақпараты болмағанда басқару құрылғысымен құрылады және ақпараттарды берудің бір ғана каналы болады, ол басқару әсерлерін басқару құрылғысынан басқару объектісіне дейін беру каналы. Сонымен ажыратылған жүйелерде реттелетін координаттың нақты өзгеруі бақыланбайды. Егер түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесі ажыратылған болса, онда жылдамдықты реттеу аймағы D=wMAXwMIN болғанда және дәлдікті онша жоғары деңгейде талап етпеген кезде жұмыс органының жылдамдығын реттеуге қолданылады.
Басқарудың ажыратылған жүйелері кең қолданылады: реттелмейтін жетекте іске қосу, реверстеу және тежеудің автоматтандырылған сұлбасынан бастап, күрделі микропроцессорлық басқару жүйелеріне дейін, басқару алгоритімі электр жетегінің динамикалық теңдеуін нақты уақытта шешу негізінде құрылады. Оның мақсаты кез - келген қалаулы заңға y(t) реттелетін координаттың өзгерісін және талап етілген заңмен u(t) басқару әсерінің өзгеруін алу. Мұндай басқару модельді басқару деп аталады. Сонымен қатар, егер төменгі деңгейде мақсатты басқару сапалы түрде орындалса, онда төменгі деңгейлі жүйеге сенімді және оны бақыламай басқару жүйесінің жоғарғы деңгейі ажыратылған жүйеде жұмыс жасай алады. Қарапайым жағдайда ол төменгі деңгейлі автономды жұмыс жасайтын жүйелерді ғана іске қоса алады.
Ажыратылған жүйелердің негізгі кемшілігі - егжей-тегжейін білмей басқару. Орындау механизімінде мысалы, қозғалтқыш немесе түрлендіргіш істен шыққанның өзінде басқару құрылғысы өз функцияларын үздіксіз орындай береді.
Басқару жүйелерінің жұмыс сапасы мен сенімділігін ақпаратты өлшеу жүйесімен (АӨЖ), АӨЖ-нен басқару құрылғысына ақпаратты беру каналын және кері байланысты еңгізіп жоғарлатуға болады (2.1, 2.2, 2.4 суреттерін қара). Мұндай басқару жүйелерін тұйықталған деп атаймыз.
Кері байланысты қолданып реттелетін координатты тікелей басқару 2.5 суретінде көрсетілген (тұйық жүйе).
Мысалы түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесінде басқару мақсаты адам - оператор немесе жоғарғы деңгейлі басқару жүйесінен келіп түскен жылдамдықты беруді дәл қалпына келтіру болып саналсын (2.1 суретті қара). Қарастырылған басқару жүйесі тұрақтандыру жүйесінің класына жатады. Олардың негізгі белгілері: беру әсерлерінің өзгермеуі, берілістің уақыт өте келе өңделуімен салыстырғанда нақты берілістің өте баяу өзгеруі. Сонымен қатар реттелетін параметрлер қателіктің ұйғарылған шегінде кез келген қозуда тұрақты болады.
Жалпы жағдайда кері байланысты еңгізгенде басқару құрылғысына компараторлар (салыстыру құрылғылары) және кейбір алгоритімдермен келіспеушілік сигналдарын басқару әсерлеріне түрлендіретін құрылғылардың Р реттегіші қоса беріледі (2.5 суретті қара).
2.5 сурет - Реттеумен тұйық басқару жүйесі
WP(p)=1Tир беріліс функциясымен реттегішті интегралды ретінде аламыз, мұндағы Ти - интегралдаудың тұрақтылығы. UБ=UК.Б кезінде жүйедегі қалыпты режим интегратор кірісіндегі сигнал нөлге тең болғанда болады. Сонымен қатар қалыпты режимдегі реттелетін координаты келіспеушілік сигналы мен берілісті нөлге тең етіп дәл құрады. Кейбір қоздырулар әсер еткенде келіспеушілік сигналдары нөл болатын басқару жүйелері астатикалық деп аталады, осы қоздыруларға сәйкес керсінше жағдай болса, онда оны статикалық деп атайды.
Статикалық жүйелерде қалыпты режим кезінде ылғида реттеудің қателігі болады. Реттелетін шамалар мен басқарылатын шамалардың арасында және қоздыру шамалары мен келіспеушілік (қателіктер) шамаларының арасында дәл сәйкестік болады. Статикалық сипаттама қалыптасқан қателіктің кіріс әсерінің шамаларына және қатені беру коэффицентіне тәуелділігін көрсетеді.
Бақыланатын келіспеушілік жоғалғанша басқару әсері модуль бойынша үздіксіз өсіуінің салдарынан астатикалық жүйелерде қозудың әр түрлі шамаларында реттеу қателігі нөл болады. Бұл жүйелер дәл болып келеді, бірақ қателікті жою үшін уақытты қажет етеді. Келіспеушілікті толық түзету уақытында басқару әсерінің шамасы кез келген болады.
2.2.2 Егер басқару әсері мен реттеу координатының арасындағы нүктеде басқа өлшенетін айнымалылар болса, онда осы айнымалылар арқылы кері байланыстар құрылады. Әрбір ішкі басқару контурлары қосалқы жүйелер болып саналады, бұл жағдайда ішкі контурдың басқару объектісінде басқару жүйесі көп контурлы болып келеді ( 2.6 суретті қара).
2.6 сурет - Жағдайды санды реттеуішінен тұратын көп контурлы аналогты санды басқару жүйесінің құрылымдық сұлбасы
Токты ТР, жылдамдықты ЖР және жағдайды реттеулермен басқаруға бағындыру принципі бойынша тұрғызылған, жұмыс органы жағдайын басқарудың көп контурлы жүйе құрылысын синтездеу. Мұндай жүйелердің реттеулерінің параметрлері электр жетегінде кең қолданылуы [1,2,3] қарастырылған. 2.6 суретіндегі жүйеде көрсетілген жағдайды реттеуде (ЖР) микропроцессорлық жүйе (МПЖ) қолданылады. Мұнда беру сигналы мен кері байланыс сигналы жағдай бергішінен (ЖБ) кейін санды түрде МПЖ беріледі, МПЖ кейін санды код санды аналогты түрлендіргішпен (САТ) басқару жүйесінің аналогты бөлігін басқару үшін аналогты сигналға түрленеді.
2.2.3 Егер беру әсері басқару объектісінде алдын ала берілген бағдарламамен уақыт функциясында басқару құрылғысымен құрылса, онда мұндай жүйе бағдарламалық басқару жүйесі деп аталады. Сондықтан басқару құрылғысының құрамында екі бөлім болатындығы белгілі - бағдарламаны қалпына келтіру мен еске сақтау құрылғылары. Мұндай жүйенің мысалы ретінде станоктарды санды бағдарламалық басқару жүйелерін (СББ) қарастыруға болады. Бұл өте күрделі микропроцессорлы басқару жүйесі. Алдымен ин - женер - технолог СББ-мен станокта бұйымды жасаудың технологиялық процесін жобалайды: құралдың қозғалыс траекториялары, құралдың түрі, өңдеу режимдері және т.б. Бұдан кейін инже - нер-бағдарламашы жұмысқа кіріседі. Ол арнайы тілмен барлық жұмыс органының қозғалыс траекторияларын бейнелейді де, соңында бұйым жасалынады. Бұл ақпарат басқару бағдарламасының тізбектелген кадрлар түрінде еске сақтау құрылғысына жазылады. Ағымдағы кадрдың ішінде нақты уақытта басқару әсерін құру үшін бағдарламаны қалпына келтірудің арнайы құрылғысы - интерполяторлар қолданылады. Интерполятор траекториялардың берілген тіректі нүктелерімен барлық траекторияларды қалпына келтіреді және басқару әсерін құрады. СББ жүйелерінде бұл әсерлер қозғалыстың қажетті траекториялары туралы жағдайы негізімен ғана емес, сонымен қатар жетектің моделін басқару объектісі ретінде есепке ала отырып құрылады. Сонымен қатар бағдарламалық басқару жүйелері тұйықталған жүйемен орындалады, сондықтан есепке алынбаған ауытқулар әсер еткенде траекторияларды қалпына келтіру қателігін түзетуге көмектеседі. Контурлы және позициялы СББ жүйелері болып бөлінеді.
2.2.4 Егер басқару объектісіне берілетін әсер алдын - ала белгілі емес заңмен өзгеретін болса, ал басқару жүйесінің мақсаты бұл әсерді талап етілген дәлдікпен өңдеу болса, онда мұндай басқару жүйесі бақылау жүйесі деп аталады.
Егер басқару әр түрлі аймақтарда орындалса, реттеу координаттарының өзгеруі әр түрлі басқару әсерлерімен құрылатын болса, онда басқару көп аймақты деп аталады (екі аймақты). Мысалы, түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесінде жылдамдықты реттеу, төменге негізгіден біліктегі кернеуді өзгерту арқылы және жоғарғыға негізгіден өрістің әлсіреуі арқылы орындалады.
Егер басқару кезінде бірнеше басқару әсерлері лезде құрылатын болса, онда мұндай басқару векторлы деп аталады. Мысалы, коллекторсыз тұрақты токты қозғалтқыштың жылдамдығын статордың қосынды кернеу (ток) векторларының фазалары мен амплитуда каналдары бойынша реттеу. Сонымен қатар фазалық басқару коммутация бұрышының өзгеруіне баламалы болып келеді (каллекторлы тұрақты токты машинада шөткелердің аналогты ығысуы бейтарапты болады).
2.2.5 Жұмыс шарттарының өзгеруіне байланысты басқару жүйесінің бейімделуі деген түсінік бар.
Қарастырылған қарапайым реттеу жүйелері жұмыс шарттарының өзгеруіне ілесе алмайды, олардың энергиядан тұратын сипаттамалары берілген басқару алгоритмі арқылы ілеседі.
Іздестіру (бейімделген) жүйелері сыналатын әсерлердің және олардың нәтижелерін талдау көмегімен объектінің жағдайы туралы көрсеткішті құрады.
Өзіндік бейімделген (адаптивті) жүйелер төмендегідей бөлінеді:
- өзіндік құру (мұндай жүйелер тасмалдау шартын мысалы, жүктемені, жылдамдықты, инерция моментін және т.б. өзгерту кезінде таңдалған реттеу элементтерінің параметрлерінің мәндерін өз бетінше өзгертеді);
- өзіндік ұйымдастыру (өзінің құрылысын өзгертеді - алго - ритм және реттеу параметрлері);
- өзіндік бағдарламаланатын (өзінің алгоритімді құрылымын өзгертеді).
Олар өз құрамында объектіні басқару процессінде келіп түсетін қосымша ақпараттар негізінде реттеудің бағдарламасын немесе құрылысын, күйін өзгертетін арнайы құрылғылардан тұрады.
Бейімделген жүйелерге экстремалды реттегіштер жатады. Олар басқа параметрлердi түрлендіру кезінде реттеу шамаларының экстремалды мәндерін жүйеге автоматты түрде шығарады. Сонымен қатар объектінің дрейфті экстремалды сипаттамалары кезінде шектеу шартының болуынан берілген критериясы бойынша ең жақсы басқаруды таңдайды. Экстремалды реттегіштерді реттеу заңы - бұл басқару әсерін сынамалық өзгерту жолдарымен реттелетін шаманың экстремумын іздеу. Бұл жүйеде реттеу шамасы үздіксіз автотербелісті орындайды, бірақ релелік реттегіштен ерекшелігі берілген мәннен шыққанан кейін емес, ал жұмысқа еңгізген уақытта орындалады.
Жоғарыда аталған жүйеде толық бейімделу процесі үш кезеңмен орындалады: басқару объектісін теңестіру немесе толық жүйені басқару; реттеу параметрлерін есептеу; реттеуді құру және (немесе) оның құрылысын өзгерту.
Бейімделу жүйесі кейбір критерияларға қолайлы басқару нәтижелерін алуды қамтамасыз етеді және тиімді басқару теориялары зерттеледі.
Бейімделу жүйесі соңғы уақыттары микроэлектроникалар мен микропроцессорлық техникалардың дамуына байланысты әр түрлі технологиялық процестерде электр механикалық жүйелерді басқару үшін кең қолданылады.
2.2.6 Басқару жүйесін ақпаратты (сигналдың сипаттамасы) қолдану түрі бойынша жіктеуге болады.
Үздіксіз (бейімделген) жүйелер жұмыстың барлық уақыт ағымында объектіге әсер етеді және бір қалыпты өзгеретін немесе үздіксіз периодты сигналдарда қолданылады.
Дискреттік жүйелердің жұмысы сигналдың үзікті өзгерісіне (квантталулар, дискретизациялар) негізделген. Импульстік жүйелерде уақыт бойынша кванттау (басқару әсері үзіліспен бөлінген уақыттың қысқа аралығында құрылады), релелік жүйелерде деңгей бойынша кванттау (позициялар) орындалады, сандық жүйелерде осы екі тәсілдер де қолданылады.
Әдетте, сызықты дискреттік жүйелердің құрамында жүйенің сызықтық бөлiгінің (СБ) маңызды басымдылығында, үздіксіз шамалардың дискреттік шамаларға түрлендіру элементі болады (2.7, а суретті қара). Мысалы, импульсті реттегіштің амплитудалық модульяциялармен (дискретті сызықты) жұмысы Т0 уақыт аралығына тең ілесетін а импульстардың амплитудасы сызықты u кіріс шамасына тәуелді болуымен сипатталады (2.7, б суретті қара).
Релелі екі жағдайлы реттегіш сезгішсіз аймақсыз umax және umin шекті екі жағдайлды реттеуді орындайды (2.7, в суретті қара). Оның жұмысы жүйенің yбер берілген мәнге шыққаннан кейінгі, осы мәнге жуық реттелетін параметрлердің автотербелістерімен ілеседі. Автотербелістің амплитудасы мен жиілігі реттелетiн объектiнiң инерциялылығы мен басқару әсерінің деңгейіне тәуелді болады.
а) б) в)
а - дискреттік жүйенің құрлымдық сұлбасы; б - амплитудалық модуляциямен импульсті реттеу жұмысының уақыттық диаграммасы; в) релелі екі жағдайлы реттегіш жұмысының уақыттық диаграммасы.
2.7 сурет - Дискреттік жүйені құру принципі
2.3 Электр жетегін автоматты басқару жүйесінің сандық және санды аналогты жүйесін құру принципі
Электр жетегін аналогты жүйемен басқару арқылы орындалатын жылдамдықты 1 - 0,5 % нақты тұрақтандыруы кейбір өндірістік механизмдеріне қажетті 0,1 - 0,01 % нақты тұрақтылықты қамтамасыздандыра алмайды. Бұл аналогты бергіштермен, жылдамдық бергіштерінің координатты тұрақтандыру мәндерін нақты өлшей алмағандығынан және салыстыру (күшейткіштер) аналогты құрылғылардың дреф нөлі болғандықтан кері байланысты және берілген аз сигналдарды нақты салыстыру қаблетсіздігінен болады. Мұндай кемшіліктер, координатты 0,01 % және одан да жоғарғы пайызда нақты реттейтін сандық басқару жүйесін құратын сандық құрылғыларда болмайды.
Әдетте, электр жетегін жүйемен басқару электр жетегінің координатын бақылаумен жүзеге асады. Мысалы, жылдамдықты және басқару объектісінің жағдайын (жұмыс машинасының атқарушы органдары ЖМАО) бақылау, оның жағдайы ЭЖЖБ мен КБЖБ бергіштердің көмегімен орындалады (2.8 суретті қара). Мұндай жүйелерде (санды сигналды аналогты сигналға түрлендіретін) санды аналогты түрлендіргішпен (САТ) сандық беріліс құрылғысының қолданылуы (БҚ) берілетін әсерлердің дәлдігін жоғарылатады және оның нақты индикациясын орындайды (2.8, а суретті қара). Беру сандық құрылғысы (БС), КБЖБ кері байланысы және санды аналогты түрлендіргішпен (САТ) салыстыру құрылғысының (СҚ) (2.8, б суретті қара) қолданылуы толық дәл реттеуді жоғарылатады. Сонымен қатар сандық жүйеде электр жетегін аналогты жүйемен (2.8, в суретті қара), толық сандық немесе аналогты (2.8, г суретті қара) реттеумен (АР) басқарудың нақты сандық реттеуі (СР) қолданылады.
Құрылғылардың сандық және аналогты болып бөлінуі, осы құрылғылармен өңделген ақпараттың көрсетілу түріне және осы құрылғыларды құру үшін қажетті аппараттарға байланысты. Айнымалы аналогты түрі әртүрлі физикалық шамаларға (кернеу, ток, жылдамдық, жиілік, біліктің айналу бұрышы және т.б.) тура пропорционалдығымен сипатталады. Сандық түрі тек қана 0 және 1 сандарды қолданып, шаманы сандық кодпен сипаттайды. Санды жазған кезде біртұтас код арқылы санды білдіретін және санды тізбектей ілестіретін қажетті импульстар санымен қамтамасыздандырылады.
а - санды беру; б - санды беру және жағдайды бақылау; в - жағдайды санмен басқару; г - жағдайды және жылдамдықты санмен басқару.
2.8 сурет - Электр жетегін санды аналогты басқару жүйесі
Сигналды сан ретінде қарастырсақ, аналогты сигналдың деңгейі анықталған дискреттік уақыт немесе сигнал деңгейінің аралығында пайда болады. Онда аналогты сигналдың үздіксіз функциясы сатылы функцияға айналады. Бұл операция сигналдың квантталуы деп аталады [6]. Егер дискреттелу Т - 0 әртүрлі уақыт аралығында орындалса, онда мұндай квантталу уақыт бойынша квантталу деп аталады (2.9, а суретті қара), ал егер дискреттелу q мәні әртүрлі болғанда, шығыс сигналы бойынша квантталу болса, онда деңгей бойынша квантталу деп аталады (2.9, а суретті қара). Т0 және q аралығы квантталу қадамы деп аталады.
а - үздіксіз функция; б - торлы функция; в - импульсті элементтің шартты белгісі; г - амплитуда-импульсті модуляция; д - ендiк-импульстi модуляция. 2.9 сурет - Уақытпен шамаларды дискретизациялау
Уақыт бойынша кванттаған кезде үздіксіз сигнал (2.9, а суретті қара) торлы түрге өзгереді (2.9, б суретті қара)
(2.1)
мұндағы Т0 - дискреттік аралық.
Бұл операция импульстік элементпен (дискретизатормен) орындалады. Оның шартты белгіленуі 1.2, в суретте көрсетілген. Әдетте, дискретизатор ретінде модулятор қолданылады. Импульстардың амплетудасы (2.9, г суретті қара, амплитуда-импульсті модуляция - АИМ), импульстардың ұзақтығы, көлемі және т.б. бойынша үздіксіз кіріс сигналымен дискреттік аралықта Т0 импульлстардың тізбектігін модульдейді (2.9, д суретті қара, көлем-импульсті модуляция - КИМ). Сонымен қатар импульсті ілестіру жиілігі бойынша модуляция (ЖИМ-жиіллікті импульсті модуляция) қолданылады, ал фаза импульстері бойынша фаза импульсті модуляция (ФИМ) қолданылады.
Жиілікті кванттау дискретизациясының нәтижесіндео=2То=2fо дискретті функция мына формуламен анықталады
(2.2)
х(0)=0 болғанда жазылған дискретті функция п=0 кезде (1.2) теңдеу арқылы алынғано жиілігінің пайдалы сигналын құрады. Дискреттік моменттер арасындағы аралықта ақпараттың жоғалуынан пТ0 - ден жиілікпен солға және оңға ығысқан көлденең жоғарғы жиілікті гармоникалар пайда болады.
а - деңгей бойынша үздіксіз функцияның дискреттік функцияға өзгертілуі; б, в - квантталудың статискикалық сипаттамалары және оған сәйкес келетін квантталудың қателіктері; г - квантталудың шартты белгіленуі.
2.10 сурет - Шаманы деңгей бойынша кванттау
Сандық құрылғыларда деңгей бойынша кванттау кең қолданылады. Онда квант аралығы уақытпен анықталатын үздіксіз функция дискреттік функцияға өзгертіледі (2.10, а суретті қара). Бұл жағдайда үздіксіз сигнал сандық мәнде көрсетіледі. Оны мына формуламен анықтайды
(2.3)
мұндағы k - k = 1 тең кванттау сипаттамасының тіктілігі (2.10 суретті қара); ent - бұртін бөлігі; n = 0, +-1, +-2,... - кванттау шкаласының арасындағы номер.
Деңгей бойынша кванттау хq шығыс х кіріс сигналдарының арасындағы айырымдарға тең қателіктермен анықталады (2.10, а cуретті қара).
(2.4)
Қателік модулі кванттау сипаттамасының түріне тәуелді және 2.10, б мен 2.10, в суреттерінде көрсетілген сипаттамаларға сәйкес q және q2 тең. Кванттаудың санды аналогты (АСТ) түрде шартты белгіленуі 2.10, г суретінде көрсетілген.
Уақыт бойынша квантталу кезінде дискреттелген сигналдардың аналогты сигналдарға түрленуі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Алматы энергетика және байланыс университеті
коммерциялық емес акционерлік қоғамы
Ю.А. Цыба
Ж.Ж. Тойгожинова
ЭЛЕКТР ЖЕТЕГІН БАСҚАРУ ЖҮЙЕЛЕРІ
Оқу құралы
Алматы 2013
УДК 62 - 83 (075.8)
ББК 31.2 я 73
Ц 92 Электр жетегін басқару жүйелері:
Оқу құралы Ю.А. Цыба., Ж.Ж. Тойгожинова;
АЭжБУ. - Алматы, 2013. - 75 бет.
ISBN 978-601-7436-05-6
Электр жетегін басқару жүйелері курсы бойынша оқу құралында бейімдеумен (адаптивпен) және бағдарламамен басқарудың жұмыстарын бақылауды, моменттің және жылдамдықтың функциясын тұрақтандыруды орындайтын, электр жетегін автоматты басқарудың санды және санды аналогты жүйелерінің жұмысы мен құрылыстары, құру принциптері қарастырылған. Сонымен қатар ЭЕМ арқылы басқару жүйесін қазіргі кездегі әдістермен зерттеулер келтірілген.
Оқу құралы типтік оқу бағдарламасына сәйкес өңделген және 5В071800 - Электр энергетикасы мамандығының студенттеріне арналған.
Суреттер 54, әдеб. - 21 атау.
ББК 31.2 я 73
Пікір берушілер:К.Сатпаев атын.КазҰТУ,тех.ғыл.канд,проф.Д.Б. Акпанбетов
АЭжБУ, тех. ғыл. канд., профессор А.С. Байкенов
Алматы энергетика және байланыс университетінің Ғылыми кеңесі басуға ұсынады (№7 хаттама 21.05. 2013 ж.).
ISBN 978-601-7436-05-6
Ó Алматы энергетика және байланыс университеті КЕАҚ, 2013 ж.
Мазмұны
Кіріспе
4
1
Жетектің электр механикалық жүйелерін қазіргі кездегі принциптермен тұрғызу
5
1.1
Жүйе элементтерінің құрлысы және тағайындалуы
5
1.2
Қосалқы жүйе ретіндегі электр жетегі
6
1.3
Электр жетегі және қазіргі кездегі технологиялар
7
1.4
Жетектің электр механикалық жүйесінің жалпы талаптары
8
1.5
Электр жетегінде энергияның электр механикалық түрленуінің физикалық принципі
10
2
Электр жетегі басқарылатын электр механикалық жүйе
11
2.1
Басқару жүйесінің құрылысын тұрғызу принципі
11
2.2
Басқару жүйесінің жіктелімдері
15
2.3
Электр жетегін автоматты басқару жүйесінің сандық және санды аналогты жүйесін құру принципі
20
2.4
Жылдамдықты тұрақтандыратын санды аналогты және сандық жүйелер
25
2.5
Электр жетегінің жағдайын аналогты және санды аналогты жүйелермен басқару
29
2.6
ЭЕМ басқарылатын жағдайды санды жүйемен басқару
31
2.7
Бақылау электр жетегінің басқару жүйелері және оларды құрудың негізгі принциптері
33
2.8
Бақылау электр жетегінің аналогты және санды жүйелері
35
2.9
Электр жетегін бағдарламалық басқару жүйесі, құру принциптері және жіктелімі
40
2.10
Электр жетегімен бағдарламалық басқарудың циклдік жүйелері
43
2.11
Электр жетегін санды бағдарламалық басқару жүйелері
47
2.12
ЭЕМ санды бағдарламалық басқару жүйелері
53
2.13
Электр жетегін бейімделген жүйемен басқару және оны құру принциптері
55
2.14
Электр жетегін басқарудың ізделмейтін бейімделген жүйелері
57
2.15
Электр жетегін басқарудың бейімделген іздеу жүйесі
62
3
Қазіргі уақытта ЭЕМ-да басқару жүйесін зерттеу әдістері
63
3.1
Басқару жүйесінің компьютерлік үлгісі
63
3.2
MATLAB-та модельдеудің нәтижелерін бағалау
66
3.3
Simulink - модельдеудің интерактивті құралы
71
Әдебиеттер тізімі
75
Кіріспе
Электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіретін қазіргі кездегі өндірістік механизмдер мен агрегаттар күрделі көп компонентті электр механикалық жүйелерден және электр жетегінен тұрады. Берілген жүйелер аспапты электр механикалық жүйеден бастап, әр түрлі технологиялық кешенге дейінгі адамның барлық жұмыс салаларында қолданылады.
Электр механикалық жүйелерде (ЭМЖ) автоматты басқару әдістерін және ондағы физикалық процестерді түсіну, қазіргі кездегі технологиялық шешімдерді білу, олардың қабілеттілігін қолданып, бағалай білу және тәжирибе жүзінде қолдану - бұның бәрі энергияның электрлік түрленуін қолданатын техникалық объектілерді құру немесе тасмалдаумен жұмыс жасайтын мамандарға қажет. Сондықтан электр жетегін басқару жүйелері техникалық пән бойынша электр жетегінің элементтерін құруға (электр машиналары, аппараттар, түрлендіргіштер және т.б.) немесе электр жетегі қолданатын техникалық объектілерді құруға (станоктар, жұмыстар, технологиялық машиналар, электр энергетика жүйелерінде, агрегаттарда және т.б.) байланысы бар мамандардың бағдарламасына кіреді.
Соңғы кездері әр түрлі технологиялық процестерді автоматтандыру кезінде жетектің электр механикалық жүйелерін санды басқару кең қолданылады. Бұл статистикалық және динамикалық режимдерде жүйе жұмысының дәлдігінің жоғарлауы, олардың тез әсер етуі және өндірістегі жабдықтардың өнімділігіне байланысты.
Машиналарды санды басқару кең дамығандықтан қазіргі кезде электр жетегін басқару жүйелері аппаратты құрылғылармен тұрғызылмайды, ал электр жетегін басқару алгоритмі бағдарламалы болатын машиналарды қолдану арқылы тұрғызылады. Бұл мұндай жүйелерді жобалап және орындауға көмектеседі. Сонымен қатар, бірдей ақпаратты басқару кешенінен бірдей технологиялық процеспен байланысқан үлкен өндірістік құрылғылардың электр жетектерін басқаруға мүмкіндік береді, бұл икемді басқарылатын өндірісті құру үшін өте қажет. Электр жетегі жүйелерінде машиналарды санды басқарудың қолданылуына байланысты, дисплейде электр жетегінің жұмысын бақылау және диагностикалық жүйені құру сияқты олардың жұмыстарына жаңа мүмкіндіктер туады. Берілген дәріс жинағында санды басқару жүйесі ғана емес, сонымен қатар сандық жүйені құрайтын аналогты жүйе де қарастырылған. Бұл электр жетегін қазіргі кездегі күрделі жүйелермен басқарудың даму кезеңдерін және олардың талдау мен синтез әдістерін көрсетеді.
1 Жетектің электр механикалық жүйелерін қазіргі кездегі принциптермен тұрғызу
1.1 Жүйе элементтерінің құрлысы және тағайындалуы
Электр жетегі - басқарылатын электр механикалық жүйе. Оның тағайындалуы - электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді және керсінше механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді, осы процестерді басқарады [1,2,3].
Электр жетегі күшті және ақпараттық каналдардан тұрады (1.1 суретті қара). Күштік канал бойынша түрленген энергия тасмалданады (1.1 суреттегі үлкен бағытты қара), ал ақпарат каналы бойынша энергия ағымы басқарылады, жүйенің құрылуы мен жағдайы туралы ақпаратты жинап, өңдейді және оның жөнделмейтіндігін анықтайды (1.1 суреттегі жіңішке бағытты қара).
ЭЖ - электрлі түрлендіргіш; ЭМТ - электр механикалық түрлендіргіш; МТ - механикалық түрлендіргіш; АТ - ақпараттық түрлендіргіш.
1.1 сурет - Электр жетегінің жалпы құрылысы
Күштік канал электрлік, механикалық бөліктен және электр механикалық түрлендірудің байланыс буынынан тұрады.
Күштік каналдың электрлік бөлігі егер электр энергиясын түрлендіру қажет болса, қоректендіру көзінен (өндірістік электр жүйесінің шиналары, автономды электрлі генератор, аккумулятор батареялары және т.б.) электр механикалық түрлендіргішке немесе керсінше электр механикалық түрлендіргіштен қоректендіру көзіне электр энергияны беру құрылғысынан тұрады.
Механикалық бөлігі электр механикалық түрлендіргіштің қозғалмалы органынан, құрылғының орындау органынан және механикалық беруден тұрады, онда механикалық энергияны алу орындалады.
Ақпараттық канал ақпаратты түрлендірудің еңгізу, шығару құрылғыларынан және күштік каналының байланысынан тұрады.
1.2 Қосалқы жүйе ретіндегі электр жетегі
Электр жетегі техникалық жүйенің анықталған түрін көрсетеді. Басқа техникалық жүйелерге ұқсас, электр жетегі анықталған элементтерден тұрады және ірі жүйелерде өзі элемент (қосалқы жүйеде) ретінде қолданылады.
Электр жетегінің элементтеріне электрлі, электр механикалық, механикалық, ақпараттың түрлендіргіштері және ішкі өзара әсер ететін жүйелерден тұратын құрылғылардың байланысы жатады (1.1 суретті қара).
Электр жетегі электрді жабдықтау жүйесімен (электрлік желінің аймағымен байланысқан) немесе электр энергияның қоректендіру көзімен, техникалық құрылғылармен немесе машинамен (жұмыс органы арқылы байланысқан), жоғары деңгейлі ақпараттық жүйелермен, оператормен (байланыс каналына сәйкес жалғанған) өзара байланысып, әсер етеді (1.1 суретті қара).
Электр жетегі қосалқы жүйе ретінде берілген жүйеге кіреді және олардың бөлігі ретінде саналады. Электр жетегін электрмен жабдықтау маманын электр энергиясын пайдаланушы ретінде (1.2, а суретті қара), АБЖ тасмалдайтын немесе өңдейтін инженерді жүйені технологиялық процестермен немесе электрмен жабдықтау жүйесімен байланыстыратын дамыған интерфейс ретінде (1.2, б суретті қара), машинаны құраушы немесе технологты механикалық энергияның қоректендіру көзі ретінде қарастырады (1.2, в суретті қара).
1.2 сурет - Қосалқы жүйе ретіндегі электр жетегі
Электр жетегінің жүйесінде электр жетегінің ішіндегі барлық элементтер өзара байланысқан, ал электр жетегінің өзі жоғары деңгейлі жүйелермен байланысқан. Бұл өзара байланыстарды терең түсіну және есептеу тәжирибеде электр механикалық жүйелерді құру үшін аса қажет.
Ақпараттық каналда микропроцессорлық тәсілдерді қолдану күштік каналдың құрылу сапасына әсер етеді.
1.3 Электр жетегі және қазіргі кездегі технологиялар
Электр жетегі электрлі, электр механикалық және механикалық түрлендіргіштердің өзара әсер етуінен, басқаратын және ақпараттық құрылғылардан, сыртқы кедергілерден тұратын электрлі, механикалық, басқару және ақпараттық жүйелерден тұрады, жұмыс машиналарының орындау органдарын қозғалысқа келтіруге арналған және технологиялық процестерді орындау мақсатымен қозғалыстарды басқаратын электр механикалық жүйе.
Қазіргі кездегі технологияларда механикалық энергияға және қозғалысқа байланысты барлық процестер электр жетегімен орындалады. Элетрлі емес қозғалтқышты қолданатын автономды транспорттардың жабдықтарында (автомобильдер, ұшақтар, кей бір қозғалмалы құрылғылар) электр жетегі қолданбайды. Өнеркәсіптің қондырғыларында су жетегі кең қолданылады, пневможетегі аз қолданылады.
Электр жетегімен электр энергиясын кез-келген қашықтықта беруге болатындықтан, қолдануға әр уақытта дайын және кез-келген басқа энергиялардың түріне оңай өзгере алатындығына байланысты кең қолданылады.
Қазіргі уақытта аспаптық жүйелерде қуаты бір микроваттық электр жетегі қолданылады; газды айдайтын станциялардығы компрессор электр жетегінің қуаты он мегаватт, қазіргі кездегі электр жетектің қуаты мен жиілігінің деңгейі 1012 жоғары. Мысалы, жартылай өткізгіштердің кристалдарын тартатын қондырғының қозғалтқыш бірлігі қозғалыс бір қалыпты болу қажет деген қатаң талапта 10 сағатта 1 айналуы қажет. Қазіргі кездегі станоктың шлифті дөңгелегінің айналу жиілігі 150 000 айнмин.
Қазіргі кездегі электр жетегі жасанды жүректен қадамды экскаваторға дейін, желдеткіштен радиотелескопқа дейін, киім жуатын машиналардан өндірістік жүйелерде кең қолданылады. Сондықтан осы ерекшелігінің технологиялық ортаға әсер етуіне байланысты электр жетегінің дамуына үлкен әсерін тигізді. Электр жетегі дами отырып технологиялық аймаққа оң әсер етеді және жаңа жетістіктерге жетеді.
Энергетикалық көзқарас бойынша электр жетегі негізгі энергияны қолданушы болып саналады. Қазіргі уақытта дамыған елдерде электр жетегінің 60% электр энергиясын қолданады. Энергетикалық ресурстардың тапшылығы электр жетегін энергиямен жабдықтауды қиындатады.
Мамандар қазіргі уақытта энергетика ресурстарының біреуін үнемдейді деп есептейді. Мысалы 1 тонналық жанармайды өңдеп алуға қарағанда, оның өзі екі есе арзан тұрады. Осыған байланысты жанар майды өңдеп алу қиындай түсетіндігін, ал оның қоры азаятындығын байқауға болады.
Электр жетегінің электр механикалық жүйелерінің даму қиындықтары: бірінші - әр түрлі технологиялық қолдану кезінде функционалдық мүмкіншілікті кеңейту қажет; екінші - энергияны және басқа ресурстарды үнемдеу арқылы қолдану қажет.
1.4 Жетектің электр механикалық жүйесінің жалпы талаптары
Энергетиканың электр механикалық түрленуін басқаратын жүйе ретінде жетектің жалпы талаптарын құрамыз және электр жетегін сипаттайтын негізгі көрсеткішті анықтаймыз.
Электр жетегі берілген функцияларды келісілген шартпен анықталған уақыт аралығында орындау қажет. Егер ол орындалмаса, онда оның барлық басқа сапасы қажетсіз болады, сондықтан сенімділік талабын бірінші қарастырамыз. Сенімділік жүйе құрамын ең бірінші жобалауда, оны құру мен тасмалдау процестерінде қажет.
Екінші жалпы көрсеткіш дәлдік деп аталады. Ол қозғалысты басқаруды орындайды, сондықтан электр жетегінің негізгі функциясы болып саналады. Қандайда бір қозғалыстың көрсеткіші берілген мәннен ерекше болмауын және берілген мәннен аспауын жетекпен қажетті дәлдікпен орындау. Мысалы, лифт кабинасын тоқтатудың дәлсіздігі +- 1 мм; щупты дайындау процесінде микросұлбаны тестілеуді орындайтын щупты құру қателігі +-10 мкм жоғары болмау керек және т.б. Электр жетегі жүктемеге, сымның немесе жіптің оралуы кезіндегі тартылу күшіне тәуелсіз транспортер лентасының қозғалысын берілген жылдамдық деңгейінде ұстап тұру қажет, сонымен қатар берілген мәннен ауытқуға болатын белгілі мәні болады, ол мәннен ауытқуға болмайды. Егер жетектің функциясы қандайда бір траекторияны қозғалысқа келтірсе (ондай жетек бақылау деп аталады), онда траекторияны қозғалысқа келтіруде шектеулер болады.
Үшінші көрсеткіш екінші көрсеткішке байланысты - жүйенің әртүрлі әсерлерге тез әсер етуі. Мысалы, радиотелескоп антенасының желдің әсерінен берілген жағдайдан ауытқуын секундқа жетпей өте тез түзету қажет.
Тез әсер ету мен дәлдіктің арасындағы байланысты мына мысалмен көрсетуге болады: егер берілген өте тез өзгерсе жетек оның өзгерісін тез өңдеу қажет, әйтпесе берілгенмен нақты траекторияның арасындағы өзгешелік берілген мәннен жоғарлап кетеді және рұқсат етілген аумақтан шығады.
Тез әсер ету жүйеде динамикалық процестермен уақыт бойынша өзгерістермен байланысқан. Онымен төртінші көрсеткіш байланысқан - динамикалық процестердің сапасы. Динамикалық процестердің уақыт бойынша өтуін анықталған заңдылықпен қамтамасыз ету. Мысалы, лифте жақсы жұмыс жасайтын жетек болғанда қозғалыстың үдеуі мен тоқтауы сезілмейді, егер нашар жұмыс жасайтын жетек болса динамикалық процестер кезінде қолайсыз жағдайлар болады.
Қазіргі уақытта ең маңызды бесінші көрсеткіш энергетикалық тиімділік деп аталады. Энергетиканы беру және түрлендірудің кез-келген процестері кезінде шығындар болатындықтан, осы шығындардың үдеулік бөлігі қандай екендігін білу қажет. Электр жетегінде бұл көрсеткіш технологиялық соңғы нәтижені алуда электр энергиясының үдеулі шығынымен анықталады. Мысалы, егер электр жетегі станок арқылы алынатын материалды және диаметрі берілген сымды шығанаққа орау операциясын орындағанда, сапасы берілген (бұл жерде көрсеткіштерін білу қажет) 1 тонналық дайын өнімдер үшін қанша электр энергия шығындалатындығын білу қажет.
Энергетикалық тиімділікті ПӘК бағалайды. ПӘК пайдалы шығындалған энергияның берілген процеске толық шығындалу қатынасы арқылы анықталады. Үлкен шығындар дегеніміз электрлік ресурстар мен адамдардың еңбектерін босқа шығындау және қоршаған ортаға зиянын тигізу.
Алтыншы көрсеткіш - электр жетегінің электрді жабдықтау жүйесімен және өте жоғары деңгейлі ақпараттық жүйемен сәйкестігі. Соңғы кездері электр жетегінің құрамына қоректендіру желісіне және электронды басқару құрылғысына күші кері әсерін тигізетін жоғары гармоникаларды түзететін жартылай өткізгішті түрлендіргіштердің енуіне байланысты электр жетегі технологиялық құрылғыларға да сәйкес болады.
Жетінші көрсеткіш ресурс сиымдылық деп аталады. Оған өндірістің технологиясына және құрамына берілген материал сиымдылығы және энергия сиымдылығы, монтаждау, дайындау, тасмалдау және жөндеу кезіндегі еңбек сиымдылығы жатады. Бұл көрсеткіш өте күрделі, ауқымды, технологияның дәрежесімен және көрсеткішімен, экономикалық жағдайларымен, көптеген басқа факторлармен байланысқан.
Мысалы, электр жетегінің негізгі элементі болып саналатын, өнеркәсіптің, қуаты 1-10 кВт болатын асинхронды қысқа тұйықталған электр қозғалтқыштың салмағының өзгеруін қарастырамыз. Табиғи ресурстары аз, технологиялық деңгейі жоғары Жапонияда 1950 жылдан 1986 жылға дейін мұндай қозғалтқыштардың материалының жақсаруы, оларды өңдеу сапасының жоғарлауы, құрлысы тиімді және т.б. болғандықтан салмағы орташа есеппен 2,5 есе төмендеді. Қозғалтқыш салмағының төмендеу процесі әлі де жалғасауда.
АСШ 70 жылдары осы қозғалтқыштардың салмағы төмендеген. Бірақ қазір энергияның бағасы жоғарлағандықтан және материалдың қоры көбейгендіктен энергияны үнемдеу қозғалтқыштарының өндірісі жоғарлады, сондықтан оның салмағы 40-50% жоғарлаған.
Келтірілген көрсеткіштердің бір жалпы құрамын атап өтейік. Әдетте қандайда бір көрсеткішті жақсы деңгейде алу қиын емес (яғни, онша қымбат емес). Микросұлбаны шығаратын, бірнеше микрометрлерден аспайтын құрылғының жұмыс органын құру қателігін микроскоппен алу қиын емес. Бірақ 0,5-0,6 мс жылдамдықпен қозғалатын автоматты құрылғының жұмыс органын мұндай қателікпен тоқтату оңай емес және оны шешу біршама күшті, шығынды қажет етеді. Яғни, тек тез немесе дәл орындау күрделі емес, ал тез және дәл орындау күрделі. Тез, дәл және сенімді орындау өте күрделі, бірақ осы мақсаттарды және т.б. көптеген шарттарды орындауды қазіргі уақыттағы электр механикалық жүйелермен басқару кезінде инженер шешу қажет.
1.5 Электр жетегінде энергияның электр механикалық түрленуінің физикалық принципі
Кез келген электр жетегінің құрамына энергияны электр механикалық түрлендіретін - электр машинасы кіреді.
Қазіргі уақытта электр механикалық түрлендіргіштің бір ғана түрі белгілі, ол электр магнитті деп аталады.
Энергияның электр механикалық түрленуінің физикалық құбылысын және физикалық принципін қысқаша қарастырамыз.
Энергияны электр механикалық түрлендірудің бес физикалық құбылысы болады. Олар:
а) өткізгішке магнитті өрісте токпен күш әсер етеді. Өріс тұрақты магнитпен, арнайы ораммен немесе ток өткізгішімен пайда болады. Магнитті өріспен өткізгіш орын ауыстырған кезде, онда ЭҚК пайда болады;
б) ферромагнитті материалға магнитті өріспен оның орнын ауыстыруға тырысатын күш әсер етеді, онда өрістің әсері жоғары болады. Егер өріс токты ораммен пайда болса, онда орын ауыстыру кезінде өріс өзгереді және тармақтарында ЭҚК пайда болады;
в) зарядталған конденсаторды және диэлектрикті оқшаулағанда электр өрісіне күш әсер етеді. Олар өзара орналасқан кезде оқшаулағыштың заряды немесе кернеуі өзгереді;
г) анықталған бағытқа кернеуді берген кезде кейбір кристалдар аздап пішінін өзгертеді. Егер ондай кристалдардың пішінін өзгертсе электрлік заряд пайда болады. Бұл құбылыс пьезоэффект ретінде белгілі;
д) ферромагнитті материалдардың көбі магнитті өрістің әсерінен аздап пішінін өзгертеді. Пішінін өзгерткен материалдардың магнитті құрамы өзгереді. Бұл құбылыс магнитті стрикция деп аталады.
Энергияның электр механикалық түрленуіне жататын аталған бес физикалық құбылыстар қазіргі кездегі техникаларда қолданылады. Бірінші құбылыс бойынша магнит өрісіндегі өткізгіштік принципінің негізі арқылы барлық электр машиналары жұмыс жасайды.
Екінші құбылыс бірінші топқа қарағанда төменгі энергетикалық көрсеткіштен тұратындықтан және өте қарапайым техникалық шешімдерді алатындықтан әртүрлі электрлі аппараттарда кең қолданылады (электр магнитті реле, түйіспелер, іске қосқыштар және т. б. ).
Үшінші құбылыс осы уақытқа дейін электрлік машинаны құру мүмкіндігінің инерциялық емес үйлесімділігі ретінде қызмет атқарады, қажетті материалдардың болмауына байланысты тәжирибе жүзінде қолданылған жоқ, яғни сыйымдылықты түрлендіргіштер энергия сыйымдылығы (бірлік салмақ немесе көлемдегі энергия) бойынша электр магниттен жоғары болды, өте жоғары кернеуді және т.б. қажет етті. Сыйымдылықты құрылғылар ақпараттық түрлендіргіштер, әртүрлі бергіштер және т.б. ретінде қолданылды.
Төртінші және бесінші құбылыс өнеркәсіптегі электр жетекте әзірге қолданыс тапқан жоқ. Ол тек акустикалық құрылғыларда, әртүрлі бергіштерде және т.б. қолданылады.
2 Электр жетегі басқарылатын электр механикалық жүйе
2.1 Басқару жүйесінің құрылысын тұрғызу принципі
Бірінші бөлімде электр жетегін энергияның электр механикалық түрленуін басқаруды орындайтын физикалық жүйе ретінде қарастырдық.
Енді электр жетегін электр механикалық жүйелерді басқаратын түрде қарастырамыз.
Электр жетегінің алгоритмді құрылуы берілген мақсатқа жету үшін орындалудың қатаңдығымен, технологиялық процестерді қамтамассыздандырудың талап етілген сипаттамасымен орындалады. Мысалы, станокта бөлшекті жасау, сұйық металды шөмішпен А нүктесінен В нүктесіне жеткізу т.б.
Уақыт бойынша технологиялық процеспен анықталатын қалаулы заңның өзгеру шамалары басқарылатын немесе реттелетін айнымалылар (коор - динат) деп аталады. Бұл жылдамдық және жұмыс органының жағдайы немесе үдеуі болып келеді. Реттеу координаттары жылдамдық ретінде беріледі, ал қалғандары осы координаттың талап етілген өзгеру заңына сәйкес өзгеруі қажет. Мұндай айнымалы негізгі реттелетін координат деп аталады. Электр жетегіндегі металды кесетін станок қозғалысының негізгі реттеу координаты шпиндель жылдамдығы болып саналады және т.б.
Электр энергияның механикалық энергияға түрленуі мына түрде ұйымдастырылады: реттелетін координатты уақыт бойынша қажетті заңмен өзгеруін қамтамасыз етеді, сонымен қатар электр жетегі мен технологиялық құрылғылардың қажетті құру алгоритімі құрылады. Мұны электр жетегінде басқару деп қарастырамыз. Негізгі реттелетін координат бойынша басқаруды бір мөлшерлі деп, ал бірнеше реттелетін координат бойынша басқаруды көп мөлшерлі деп атаймыз.
Электр жетегінің күштік каналына кіретін элементтердің жиынтығын басқару объектісі деп атаймыз: электрлік, электр механикалық, механикалық түрлендіргіш және жұмыс органы. Бұл элементтер кіріс-шығыс айналымдардың немесе құрылымдық сұлбалардың модельдері түрінде болады. Мысалы, тиристорлы түрлендіргіш - тұрақты токты қозғалтқыш жүйесінің моделі. Кіріс әсерінің u(u1,...,um) барлық векторлар жиынтығын екі топқа бөлуге болады: басқару және қоздыру әсерлері, олардың өзгеру заңы сыртқы факторлармен анықталады (МЖ біліктің жүктеме моменті, желіні қоректендіру UЖ кернеуі және т.б.). Басқару процесі дегеніміз шығыс реттелетін координатты өзгерту заңын құру үшін басқару объектісінде басқару әсерлерінің құрылуы, ал басқару құрылғылары дегеніміз басқару процесін қамтамасыз ететін техникалық жабдықтардың жиынтығы.
Жалпы жағдайда басқару құрылғысы ең жоғарғы деңгейлі басқару жүйесінен және (немесе) адам-оператордан (2.1 суретті қара) бастап бұйрықты қабылдауды (іске қосу, басқару процестерін тоқтату және т.б.) және реттелетін координаттарды құруды қамтамасыз етеді, осы көрсеткішке сәйкес басқару процесін орындайды. Егер барлық басқару функциялары адам-операторының көмегінсіз орындалса басқару автоматты деп аталады, мұндай басқару құрылғыларынан тұратын электр жетегі автоматтандырылған деп аталады.
2.1 сурет - Электр жетегі басқарылатын электр механикалық жүйе
Басқару процесіне қатысатын ақпараттық канал элементтерінің жиынтығын электр жетегінің басқару жүйесі деп атаймыз (2.1 суретті қара). Ол басқару құрылғысынан, оператор бұйрығын еңгізу құрылғысынан, оператормен басқару мен бақылау шешімдерін қабылдау үшін технологиялық процестер мен жетектің жағдайы туралы ақпаратты еңгізу құрылғыларынан және ақпаратты өлшеу жүйелерінен және жоғарыда аталған құрылғылардан тұратын басқару құрылғыларының интерфейс сұлбаларынан тұрады (2.1 суретті қара).
Ақпаратты өлшеу жүйесі (АӨЖ) мыналардан тұрады: желі параметрлерінің бергіштері (датчиктері) (кернеу, жиілік және т.б.); электр түрлендіргішінің ішкі және шығыс қысқыштарындағы электрлік айнымалы бергіштер (кернеу, ток, қуат және т.б.); электр механикалық түрлендіргішті сипаттайтын электрлік және электр магниттік шамалардың бергіштері (кернеу, ток, ағым және т.б.); қозғалтқыш білігіндегі және (немесе) жұмыс органындағы (жылдамдық, жағдайы, үдеуі, момент, күшейткіш) механикалық айнымалы бергіштер; технологиялық процестердің параметрлер бергіштері (температуры, қысым, шығын және т.б.). Бергіштер дегеніміз физикалық айнымалы шамаларды электрлік сигналға түрлендіретін құрылғы. Анық бергіш айнымалының өлшенуі кезіндегі аралықта түрленудің сызықтылғын қамтамасыз етеді. АӨЖ құрамына бір немесе бірнеше бергіштер кіреді.
Басқару объектісі арқылы АӨЖ келіп түскен координаттың нақты мәндері туралы ақпараттар мен берілген әсерлердің мәндері туралы ақпараттың негізінде басқару құрылғысы басқару объектісінде басқару әсерлерін өңдейді. АӨЖ электр жетегінің ақпараттық және күштік каналдарының арасында орналасқан. Сондықтан оны басқару жүйесіне немесе кей кездері басқару объектісіне жатқызады. Электр жетегін жүйе ретінде бейнелеу автоматты басқару жүйесінде қолданылады (2.2 суретті қара).
2.2 сурет - Электр жетегін жүйе түрінде классикалық бейнелеу
Электр жетегімен басқару жүйесі және Электр жетектермен басқару жүйелері деген терминдерді бөлек электр жетегіне қатысты емес, ал технолгикалық қондырғыға қатысты ең жоғарғы басқару жүйесінің анықтамасы ретінде қолданамыз. Басқару жүйесіне қатысты мұндай қондырғыларда электр жетегі қосалқы жүйе болып саналады. Металды кесетін станоктың басқару жүйесі бірнеше қосалқы жүйемен басқарылады: негізгі қозғалыс жетегі, беру, көмекші жабдықтарымен (салқындатылған сұйықты өңдеу аймағына беретін сорғыштар, құралды автоматты ауыстыру құрылғысы және т.б.).
Бөлек электр жетегінің құрамын ең төменгі деңгейлі қосалқы жүйеге бөлуге болады. Мысал ретінде тиристорлы түрлендіргіштің басқару қосалқы жүйесін жатқызуға болады. Ол басқарудың ең төменгі деңгейінен тұрады. 2.3 суретте тиристорлы кіліттің басқару қосалқы жүйесі мысал ретінде келтірілген.
2.3 сурет - Түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесі бойынша электр жетегінде басқару сатысы
Көп деңгейлік сатылы басқару жүйесін құру принципі 2.4 суретте көрсетілген. Жоғарғы деңгейлі басқару жүйесі үшін барлық ең төменгі деңгейлі жүйелер басқару объектісі немесе қосалқы жүйе (ҚЖ) ретінде қарастырылады. Мұнда үшінші деңгейлі басқару құрылғысы (БҚ) n екінші деңгейлі қосалқы жүйе үшін басқару әсерін өңдейді, екінші деңгейлі басқару құрылғысы k бірінші қосалқы жүйе үшін басқару әсерін өңдейді және т.б. Әрбір қосалқы жүйеде өзінің жергілікті АӨЖ болады.
2.4 сурет - Көп деңгейлі басқару жүйесін құру принципі
Кейбір бергіштер (2.4 суретте үзік сызықпен көрсетілген) бір уақытта әртүрлі деңгейде басқару жүйесі ретінде қолданыла алады.
2.2 Басқару жүйесінің жіктелімдері
2.2.1 Басқару құрылғылары мен басқару объектісінің арасындағы ақпаратты беру каналдарының санына сәйкес барлық басқару жүйелері екі үлкен топқа бөлінеді: ажыратылған және тұйықталған. Ажыратылған жүйелерде басқару алгоритмі басқару объектісінің ағымдағы жағдайы туралы ақпараты болмағанда басқару құрылғысымен құрылады және ақпараттарды берудің бір ғана каналы болады, ол басқару әсерлерін басқару құрылғысынан басқару объектісіне дейін беру каналы. Сонымен ажыратылған жүйелерде реттелетін координаттың нақты өзгеруі бақыланбайды. Егер түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесі ажыратылған болса, онда жылдамдықты реттеу аймағы D=wMAXwMIN болғанда және дәлдікті онша жоғары деңгейде талап етпеген кезде жұмыс органының жылдамдығын реттеуге қолданылады.
Басқарудың ажыратылған жүйелері кең қолданылады: реттелмейтін жетекте іске қосу, реверстеу және тежеудің автоматтандырылған сұлбасынан бастап, күрделі микропроцессорлық басқару жүйелеріне дейін, басқару алгоритімі электр жетегінің динамикалық теңдеуін нақты уақытта шешу негізінде құрылады. Оның мақсаты кез - келген қалаулы заңға y(t) реттелетін координаттың өзгерісін және талап етілген заңмен u(t) басқару әсерінің өзгеруін алу. Мұндай басқару модельді басқару деп аталады. Сонымен қатар, егер төменгі деңгейде мақсатты басқару сапалы түрде орындалса, онда төменгі деңгейлі жүйеге сенімді және оны бақыламай басқару жүйесінің жоғарғы деңгейі ажыратылған жүйеде жұмыс жасай алады. Қарапайым жағдайда ол төменгі деңгейлі автономды жұмыс жасайтын жүйелерді ғана іске қоса алады.
Ажыратылған жүйелердің негізгі кемшілігі - егжей-тегжейін білмей басқару. Орындау механизімінде мысалы, қозғалтқыш немесе түрлендіргіш істен шыққанның өзінде басқару құрылғысы өз функцияларын үздіксіз орындай береді.
Басқару жүйелерінің жұмыс сапасы мен сенімділігін ақпаратты өлшеу жүйесімен (АӨЖ), АӨЖ-нен басқару құрылғысына ақпаратты беру каналын және кері байланысты еңгізіп жоғарлатуға болады (2.1, 2.2, 2.4 суреттерін қара). Мұндай басқару жүйелерін тұйықталған деп атаймыз.
Кері байланысты қолданып реттелетін координатты тікелей басқару 2.5 суретінде көрсетілген (тұйық жүйе).
Мысалы түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесінде басқару мақсаты адам - оператор немесе жоғарғы деңгейлі басқару жүйесінен келіп түскен жылдамдықты беруді дәл қалпына келтіру болып саналсын (2.1 суретті қара). Қарастырылған басқару жүйесі тұрақтандыру жүйесінің класына жатады. Олардың негізгі белгілері: беру әсерлерінің өзгермеуі, берілістің уақыт өте келе өңделуімен салыстырғанда нақты берілістің өте баяу өзгеруі. Сонымен қатар реттелетін параметрлер қателіктің ұйғарылған шегінде кез келген қозуда тұрақты болады.
Жалпы жағдайда кері байланысты еңгізгенде басқару құрылғысына компараторлар (салыстыру құрылғылары) және кейбір алгоритімдермен келіспеушілік сигналдарын басқару әсерлеріне түрлендіретін құрылғылардың Р реттегіші қоса беріледі (2.5 суретті қара).
2.5 сурет - Реттеумен тұйық басқару жүйесі
WP(p)=1Tир беріліс функциясымен реттегішті интегралды ретінде аламыз, мұндағы Ти - интегралдаудың тұрақтылығы. UБ=UК.Б кезінде жүйедегі қалыпты режим интегратор кірісіндегі сигнал нөлге тең болғанда болады. Сонымен қатар қалыпты режимдегі реттелетін координаты келіспеушілік сигналы мен берілісті нөлге тең етіп дәл құрады. Кейбір қоздырулар әсер еткенде келіспеушілік сигналдары нөл болатын басқару жүйелері астатикалық деп аталады, осы қоздыруларға сәйкес керсінше жағдай болса, онда оны статикалық деп атайды.
Статикалық жүйелерде қалыпты режим кезінде ылғида реттеудің қателігі болады. Реттелетін шамалар мен басқарылатын шамалардың арасында және қоздыру шамалары мен келіспеушілік (қателіктер) шамаларының арасында дәл сәйкестік болады. Статикалық сипаттама қалыптасқан қателіктің кіріс әсерінің шамаларына және қатені беру коэффицентіне тәуелділігін көрсетеді.
Бақыланатын келіспеушілік жоғалғанша басқару әсері модуль бойынша үздіксіз өсіуінің салдарынан астатикалық жүйелерде қозудың әр түрлі шамаларында реттеу қателігі нөл болады. Бұл жүйелер дәл болып келеді, бірақ қателікті жою үшін уақытты қажет етеді. Келіспеушілікті толық түзету уақытында басқару әсерінің шамасы кез келген болады.
2.2.2 Егер басқару әсері мен реттеу координатының арасындағы нүктеде басқа өлшенетін айнымалылар болса, онда осы айнымалылар арқылы кері байланыстар құрылады. Әрбір ішкі басқару контурлары қосалқы жүйелер болып саналады, бұл жағдайда ішкі контурдың басқару объектісінде басқару жүйесі көп контурлы болып келеді ( 2.6 суретті қара).
2.6 сурет - Жағдайды санды реттеуішінен тұратын көп контурлы аналогты санды басқару жүйесінің құрылымдық сұлбасы
Токты ТР, жылдамдықты ЖР және жағдайды реттеулермен басқаруға бағындыру принципі бойынша тұрғызылған, жұмыс органы жағдайын басқарудың көп контурлы жүйе құрылысын синтездеу. Мұндай жүйелердің реттеулерінің параметрлері электр жетегінде кең қолданылуы [1,2,3] қарастырылған. 2.6 суретіндегі жүйеде көрсетілген жағдайды реттеуде (ЖР) микропроцессорлық жүйе (МПЖ) қолданылады. Мұнда беру сигналы мен кері байланыс сигналы жағдай бергішінен (ЖБ) кейін санды түрде МПЖ беріледі, МПЖ кейін санды код санды аналогты түрлендіргішпен (САТ) басқару жүйесінің аналогты бөлігін басқару үшін аналогты сигналға түрленеді.
2.2.3 Егер беру әсері басқару объектісінде алдын ала берілген бағдарламамен уақыт функциясында басқару құрылғысымен құрылса, онда мұндай жүйе бағдарламалық басқару жүйесі деп аталады. Сондықтан басқару құрылғысының құрамында екі бөлім болатындығы белгілі - бағдарламаны қалпына келтіру мен еске сақтау құрылғылары. Мұндай жүйенің мысалы ретінде станоктарды санды бағдарламалық басқару жүйелерін (СББ) қарастыруға болады. Бұл өте күрделі микропроцессорлы басқару жүйесі. Алдымен ин - женер - технолог СББ-мен станокта бұйымды жасаудың технологиялық процесін жобалайды: құралдың қозғалыс траекториялары, құралдың түрі, өңдеу режимдері және т.б. Бұдан кейін инже - нер-бағдарламашы жұмысқа кіріседі. Ол арнайы тілмен барлық жұмыс органының қозғалыс траекторияларын бейнелейді де, соңында бұйым жасалынады. Бұл ақпарат басқару бағдарламасының тізбектелген кадрлар түрінде еске сақтау құрылғысына жазылады. Ағымдағы кадрдың ішінде нақты уақытта басқару әсерін құру үшін бағдарламаны қалпына келтірудің арнайы құрылғысы - интерполяторлар қолданылады. Интерполятор траекториялардың берілген тіректі нүктелерімен барлық траекторияларды қалпына келтіреді және басқару әсерін құрады. СББ жүйелерінде бұл әсерлер қозғалыстың қажетті траекториялары туралы жағдайы негізімен ғана емес, сонымен қатар жетектің моделін басқару объектісі ретінде есепке ала отырып құрылады. Сонымен қатар бағдарламалық басқару жүйелері тұйықталған жүйемен орындалады, сондықтан есепке алынбаған ауытқулар әсер еткенде траекторияларды қалпына келтіру қателігін түзетуге көмектеседі. Контурлы және позициялы СББ жүйелері болып бөлінеді.
2.2.4 Егер басқару объектісіне берілетін әсер алдын - ала белгілі емес заңмен өзгеретін болса, ал басқару жүйесінің мақсаты бұл әсерді талап етілген дәлдікпен өңдеу болса, онда мұндай басқару жүйесі бақылау жүйесі деп аталады.
Егер басқару әр түрлі аймақтарда орындалса, реттеу координаттарының өзгеруі әр түрлі басқару әсерлерімен құрылатын болса, онда басқару көп аймақты деп аталады (екі аймақты). Мысалы, түрлендіргіш - қозғалтқыш жүйесінде жылдамдықты реттеу, төменге негізгіден біліктегі кернеуді өзгерту арқылы және жоғарғыға негізгіден өрістің әлсіреуі арқылы орындалады.
Егер басқару кезінде бірнеше басқару әсерлері лезде құрылатын болса, онда мұндай басқару векторлы деп аталады. Мысалы, коллекторсыз тұрақты токты қозғалтқыштың жылдамдығын статордың қосынды кернеу (ток) векторларының фазалары мен амплитуда каналдары бойынша реттеу. Сонымен қатар фазалық басқару коммутация бұрышының өзгеруіне баламалы болып келеді (каллекторлы тұрақты токты машинада шөткелердің аналогты ығысуы бейтарапты болады).
2.2.5 Жұмыс шарттарының өзгеруіне байланысты басқару жүйесінің бейімделуі деген түсінік бар.
Қарастырылған қарапайым реттеу жүйелері жұмыс шарттарының өзгеруіне ілесе алмайды, олардың энергиядан тұратын сипаттамалары берілген басқару алгоритмі арқылы ілеседі.
Іздестіру (бейімделген) жүйелері сыналатын әсерлердің және олардың нәтижелерін талдау көмегімен объектінің жағдайы туралы көрсеткішті құрады.
Өзіндік бейімделген (адаптивті) жүйелер төмендегідей бөлінеді:
- өзіндік құру (мұндай жүйелер тасмалдау шартын мысалы, жүктемені, жылдамдықты, инерция моментін және т.б. өзгерту кезінде таңдалған реттеу элементтерінің параметрлерінің мәндерін өз бетінше өзгертеді);
- өзіндік ұйымдастыру (өзінің құрылысын өзгертеді - алго - ритм және реттеу параметрлері);
- өзіндік бағдарламаланатын (өзінің алгоритімді құрылымын өзгертеді).
Олар өз құрамында объектіні басқару процессінде келіп түсетін қосымша ақпараттар негізінде реттеудің бағдарламасын немесе құрылысын, күйін өзгертетін арнайы құрылғылардан тұрады.
Бейімделген жүйелерге экстремалды реттегіштер жатады. Олар басқа параметрлердi түрлендіру кезінде реттеу шамаларының экстремалды мәндерін жүйеге автоматты түрде шығарады. Сонымен қатар объектінің дрейфті экстремалды сипаттамалары кезінде шектеу шартының болуынан берілген критериясы бойынша ең жақсы басқаруды таңдайды. Экстремалды реттегіштерді реттеу заңы - бұл басқару әсерін сынамалық өзгерту жолдарымен реттелетін шаманың экстремумын іздеу. Бұл жүйеде реттеу шамасы үздіксіз автотербелісті орындайды, бірақ релелік реттегіштен ерекшелігі берілген мәннен шыққанан кейін емес, ал жұмысқа еңгізген уақытта орындалады.
Жоғарыда аталған жүйеде толық бейімделу процесі үш кезеңмен орындалады: басқару объектісін теңестіру немесе толық жүйені басқару; реттеу параметрлерін есептеу; реттеуді құру және (немесе) оның құрылысын өзгерту.
Бейімделу жүйесі кейбір критерияларға қолайлы басқару нәтижелерін алуды қамтамасыз етеді және тиімді басқару теориялары зерттеледі.
Бейімделу жүйесі соңғы уақыттары микроэлектроникалар мен микропроцессорлық техникалардың дамуына байланысты әр түрлі технологиялық процестерде электр механикалық жүйелерді басқару үшін кең қолданылады.
2.2.6 Басқару жүйесін ақпаратты (сигналдың сипаттамасы) қолдану түрі бойынша жіктеуге болады.
Үздіксіз (бейімделген) жүйелер жұмыстың барлық уақыт ағымында объектіге әсер етеді және бір қалыпты өзгеретін немесе үздіксіз периодты сигналдарда қолданылады.
Дискреттік жүйелердің жұмысы сигналдың үзікті өзгерісіне (квантталулар, дискретизациялар) негізделген. Импульстік жүйелерде уақыт бойынша кванттау (басқару әсері үзіліспен бөлінген уақыттың қысқа аралығында құрылады), релелік жүйелерде деңгей бойынша кванттау (позициялар) орындалады, сандық жүйелерде осы екі тәсілдер де қолданылады.
Әдетте, сызықты дискреттік жүйелердің құрамында жүйенің сызықтық бөлiгінің (СБ) маңызды басымдылығында, үздіксіз шамалардың дискреттік шамаларға түрлендіру элементі болады (2.7, а суретті қара). Мысалы, импульсті реттегіштің амплитудалық модульяциялармен (дискретті сызықты) жұмысы Т0 уақыт аралығына тең ілесетін а импульстардың амплитудасы сызықты u кіріс шамасына тәуелді болуымен сипатталады (2.7, б суретті қара).
Релелі екі жағдайлы реттегіш сезгішсіз аймақсыз umax және umin шекті екі жағдайлды реттеуді орындайды (2.7, в суретті қара). Оның жұмысы жүйенің yбер берілген мәнге шыққаннан кейінгі, осы мәнге жуық реттелетін параметрлердің автотербелістерімен ілеседі. Автотербелістің амплитудасы мен жиілігі реттелетiн объектiнiң инерциялылығы мен басқару әсерінің деңгейіне тәуелді болады.
а) б) в)
а - дискреттік жүйенің құрлымдық сұлбасы; б - амплитудалық модуляциямен импульсті реттеу жұмысының уақыттық диаграммасы; в) релелі екі жағдайлы реттегіш жұмысының уақыттық диаграммасы.
2.7 сурет - Дискреттік жүйені құру принципі
2.3 Электр жетегін автоматты басқару жүйесінің сандық және санды аналогты жүйесін құру принципі
Электр жетегін аналогты жүйемен басқару арқылы орындалатын жылдамдықты 1 - 0,5 % нақты тұрақтандыруы кейбір өндірістік механизмдеріне қажетті 0,1 - 0,01 % нақты тұрақтылықты қамтамасыздандыра алмайды. Бұл аналогты бергіштермен, жылдамдық бергіштерінің координатты тұрақтандыру мәндерін нақты өлшей алмағандығынан және салыстыру (күшейткіштер) аналогты құрылғылардың дреф нөлі болғандықтан кері байланысты және берілген аз сигналдарды нақты салыстыру қаблетсіздігінен болады. Мұндай кемшіліктер, координатты 0,01 % және одан да жоғарғы пайызда нақты реттейтін сандық басқару жүйесін құратын сандық құрылғыларда болмайды.
Әдетте, электр жетегін жүйемен басқару электр жетегінің координатын бақылаумен жүзеге асады. Мысалы, жылдамдықты және басқару объектісінің жағдайын (жұмыс машинасының атқарушы органдары ЖМАО) бақылау, оның жағдайы ЭЖЖБ мен КБЖБ бергіштердің көмегімен орындалады (2.8 суретті қара). Мұндай жүйелерде (санды сигналды аналогты сигналға түрлендіретін) санды аналогты түрлендіргішпен (САТ) сандық беріліс құрылғысының қолданылуы (БҚ) берілетін әсерлердің дәлдігін жоғарылатады және оның нақты индикациясын орындайды (2.8, а суретті қара). Беру сандық құрылғысы (БС), КБЖБ кері байланысы және санды аналогты түрлендіргішпен (САТ) салыстыру құрылғысының (СҚ) (2.8, б суретті қара) қолданылуы толық дәл реттеуді жоғарылатады. Сонымен қатар сандық жүйеде электр жетегін аналогты жүйемен (2.8, в суретті қара), толық сандық немесе аналогты (2.8, г суретті қара) реттеумен (АР) басқарудың нақты сандық реттеуі (СР) қолданылады.
Құрылғылардың сандық және аналогты болып бөлінуі, осы құрылғылармен өңделген ақпараттың көрсетілу түріне және осы құрылғыларды құру үшін қажетті аппараттарға байланысты. Айнымалы аналогты түрі әртүрлі физикалық шамаларға (кернеу, ток, жылдамдық, жиілік, біліктің айналу бұрышы және т.б.) тура пропорционалдығымен сипатталады. Сандық түрі тек қана 0 және 1 сандарды қолданып, шаманы сандық кодпен сипаттайды. Санды жазған кезде біртұтас код арқылы санды білдіретін және санды тізбектей ілестіретін қажетті импульстар санымен қамтамасыздандырылады.
а - санды беру; б - санды беру және жағдайды бақылау; в - жағдайды санмен басқару; г - жағдайды және жылдамдықты санмен басқару.
2.8 сурет - Электр жетегін санды аналогты басқару жүйесі
Сигналды сан ретінде қарастырсақ, аналогты сигналдың деңгейі анықталған дискреттік уақыт немесе сигнал деңгейінің аралығында пайда болады. Онда аналогты сигналдың үздіксіз функциясы сатылы функцияға айналады. Бұл операция сигналдың квантталуы деп аталады [6]. Егер дискреттелу Т - 0 әртүрлі уақыт аралығында орындалса, онда мұндай квантталу уақыт бойынша квантталу деп аталады (2.9, а суретті қара), ал егер дискреттелу q мәні әртүрлі болғанда, шығыс сигналы бойынша квантталу болса, онда деңгей бойынша квантталу деп аталады (2.9, а суретті қара). Т0 және q аралығы квантталу қадамы деп аталады.
а - үздіксіз функция; б - торлы функция; в - импульсті элементтің шартты белгісі; г - амплитуда-импульсті модуляция; д - ендiк-импульстi модуляция. 2.9 сурет - Уақытпен шамаларды дискретизациялау
Уақыт бойынша кванттаған кезде үздіксіз сигнал (2.9, а суретті қара) торлы түрге өзгереді (2.9, б суретті қара)
(2.1)
мұндағы Т0 - дискреттік аралық.
Бұл операция импульстік элементпен (дискретизатормен) орындалады. Оның шартты белгіленуі 1.2, в суретте көрсетілген. Әдетте, дискретизатор ретінде модулятор қолданылады. Импульстардың амплетудасы (2.9, г суретті қара, амплитуда-импульсті модуляция - АИМ), импульстардың ұзақтығы, көлемі және т.б. бойынша үздіксіз кіріс сигналымен дискреттік аралықта Т0 импульлстардың тізбектігін модульдейді (2.9, д суретті қара, көлем-импульсті модуляция - КИМ). Сонымен қатар импульсті ілестіру жиілігі бойынша модуляция (ЖИМ-жиіллікті импульсті модуляция) қолданылады, ал фаза импульстері бойынша фаза импульсті модуляция (ФИМ) қолданылады.
Жиілікті кванттау дискретизациясының нәтижесіндео=2То=2fо дискретті функция мына формуламен анықталады
(2.2)
х(0)=0 болғанда жазылған дискретті функция п=0 кезде (1.2) теңдеу арқылы алынғано жиілігінің пайдалы сигналын құрады. Дискреттік моменттер арасындағы аралықта ақпараттың жоғалуынан пТ0 - ден жиілікпен солға және оңға ығысқан көлденең жоғарғы жиілікті гармоникалар пайда болады.
а - деңгей бойынша үздіксіз функцияның дискреттік функцияға өзгертілуі; б, в - квантталудың статискикалық сипаттамалары және оған сәйкес келетін квантталудың қателіктері; г - квантталудың шартты белгіленуі.
2.10 сурет - Шаманы деңгей бойынша кванттау
Сандық құрылғыларда деңгей бойынша кванттау кең қолданылады. Онда квант аралығы уақытпен анықталатын үздіксіз функция дискреттік функцияға өзгертіледі (2.10, а суретті қара). Бұл жағдайда үздіксіз сигнал сандық мәнде көрсетіледі. Оны мына формуламен анықтайды
(2.3)
мұндағы k - k = 1 тең кванттау сипаттамасының тіктілігі (2.10 суретті қара); ent - бұртін бөлігі; n = 0, +-1, +-2,... - кванттау шкаласының арасындағы номер.
Деңгей бойынша кванттау хq шығыс х кіріс сигналдарының арасындағы айырымдарға тең қателіктермен анықталады (2.10, а cуретті қара).
(2.4)
Қателік модулі кванттау сипаттамасының түріне тәуелді және 2.10, б мен 2.10, в суреттерінде көрсетілген сипаттамаларға сәйкес q және q2 тең. Кванттаудың санды аналогты (АСТ) түрде шартты белгіленуі 2.10, г суретінде көрсетілген.
Уақыт бойынша квантталу кезінде дискреттелген сигналдардың аналогты сигналдарға түрленуі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz