Учебная программа дисциплины «Системы управления электроприводов»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Филиал ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

в г. Смоленске

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Направление

подготовки специалистов: 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии

Специальность

дипломированных специалистов: 140604 – Электропривод и автоматика промышленных

установок и технологических комплексов

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ»

Индекс дисциплины по учебному плану	ИП.01
По Госстандарту	СД.02
Часы (всего) по учебному плану	215
По Госстандарту	300

Основные разделы дисциплины по Госстандарту:

СД.02

Системы управления электроприводов: назначение, классификация систем управления; релейно-контакторные системы; защиты электропривода; методы анализа с использованием циклограмм и структурных формул булевой алгебры; дискретные схемы программного управления в многопозиционных электроприводах; синтез дискретных систем; построение дискретных систем на основе микросхем; непрерывные системы управления в электроприводах; непрерывные системы управления скоростью электропривода постоянного тока; модальное управление; наблюдающие устройства; адаптивно-модальное управление; адаптивный регулятор тока; системы управления с высокомоментными и вентильными двигателями; непрерывные системы управления скоростью электропривода переменного тока; непрерывные системы управления положением электропривода; режимы позиционирования и слежения; точностные показатели в следящем электроприводе; особенности оптимизации следящих электроприводов с детерминированными и стохастическими воздействиями; цифровые системы управления; особенности учета дискретности по уровню и времени; обобщенная структурная схема и дискретная передаточная функция; синтез цифровых регуляторов; аппаратные и программные реализации цифровых систем.

2010 год

Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе[1]

Целью преподавания дисциплины является приобретение знаний по способам управления движением и методам построения, расчету и наладке систем управления электроприводов.

Задачей преподавания дисциплины является приобретение навыков профессиональной оценки эффективности различных способов управления, анализа и синтеза систем регулирования, расчета переходных процессов, оценки количественных и качественных показателей процессов движения электроприводов.

Место дисциплины в профессиональной подготовке выпускника

Дисциплина занимает одно из важных мест в завершении образования студентов специальности 140604 – "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов". Она строится с учетом полученных студентами знаний по электрическим машинам и аппаратам, промышленной электронике, элементам систем автоматики и теории электропривода. Методической основой дисциплины служит теория автоматического управления. Базисные положения дисциплины являются неотъемлемой частью последующих курсов, а также выпускной работы и дипломного проекта.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

По результатам изучения дисциплины студент должен знать:

· методы создания и анализа теоретических моделей, позволяющих анализировать и прогнозировать свойства и поведение систем управления;

· принципы работы, технические характеристики, конструктивные особенности разрабатываемых систем управления электроприводов и используемого технического оборудования;

· методы проведения технических расчетов и определения технической эффективности исследований и разработок;

· достижения науки и техники, передовой и зарубежный опыт в области систем управления электроприводов.

По результатам изучения дисциплины студент должен уметь:

· формулировать цели проектирования в соответствии с технологическими требованиями, выявлять приоритетные варианты электроприводов;

· использовать информационные технологии и справочный материал при проектировании систем и выборе оборудования;

· применять методы анализа, синтеза и оптимизации процессов систем управления электроприводов;

· использовать компьютерные технологии моделирования и обработки результатов;

· оценить количественные и качественные показатели процессов движения электроприводов;

· проводить исследования систем управления электроприводов на лабораторных установках, обрабатывать результаты измерений и оформлять протоколы с применением компьютерной техники.

Содержание дисциплины «Системы управления электроприводов»

Лекции (72 часа) 9 семестр

Практические занятия (18 часов) 9 семестр

Лабораторные работы (18 часов) 9 семестр

Курсовой проект (60 часов) 9 семестр

Зачеты 9 семестр

Экзамены 9 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (47 часа) 9 семестр

I. Содержание лекций

_9 семестр

1.1. Замкнутые системы автоматического управления электропривода (САУЭП) (6 час.)

Функциональная схема, математическое описание, уравнение электромеханической характеристики, структурная схема, передаточные функции и динамические свойства САУЭП: – с отрицательной ОС по напряжению двигателя. Функциональная схема и уравнение электромеханической характеристики САУЭП: – с отрицательной ОС по напряжению и положительной ОС по току; – с отрицательной ОС по ЭДС двигателя (с тахометрическим мостом).

1.2. Формирование статики и динамики САУЭП с помощью отсечек (10 часов)

Формирование статики и динамики в замкнутых системах с помощью ОС с отсечками. Оптимальный вид переходных процессов при заданных ограничениях тока, скорости, напряжения и потерь в якоре двигателя. Оптимальный вид управляющего напряжения при поддержании постоянства тока (момента) в динамике. Функциональная схема САУЭП с ОС по скорости (напряжению) и отсечкой по току (токоограничением), техническая реализация узлов отсечки по току. Статические характеристики, динамические свойства и формирование напряжения управления в статике и динамике. Функциональная схема САУЭП с отсечками по скорости и току. Статические характеристики и формирование напряжения управления в статике и динамике. Функциональная и структурная схемы САУЭП с "упреждающим" токоограничением. Статические характеристики, формирование напряжения управления при пуске.

1.3. Анализ и синтез линейных и нелинейных САУЭП (12 часов)

Определение нелинейных систем. Методы линеаризации нелинейностей: кусочно-линейная аппроксимация, гармоническая линеаризация, линеаризация "в малом", техническая линеаризация. Метод гармонического баланса. Порядок синтеза САУЭП с помощью ЛАЧХ. Синтез САУЭП с помощью последовательной и параллельной коррекций. Принцип модального управления. Структурная схема САУ ТП-Д с модальным регулятором и её математическое описание. Порядок синтеза системы с модальным управлением исходя из заданной динамики и статики. Пример реализации системы с модальным управлением при переменных состояния w, dw/dt, diя/dt. Понятие наблюдающего устройства. Выделение производных скорости и тока якоря в ТП-Д с помощью наблюдающего устройства.

1.4. САУЭП с источником тока (8 часов)

Функциональная схема, статические характеристики и анализ динамических свойств системы стабилизации скорости ИТ-Д с суммирующим усилителем методом ЛЧХ. Функциональная схема и статические хар-ки систем стабилизации мощности ИТ-Д с суммирующим усилителем.

1.5. САУЭП с подчиненным регулированием координат (16 часов)

Понятие оптимального переходного процесса. Порядок синтеза систем с подчиненным регулированием координат. Настройка контуров регулирования на технический и симметричный оптимум, динамические свойства таких контуров. Настройка контура тока в системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат. Влияние внутренней отрицательной обратной связи по ЭДС на динамику САУЭП с подчиненным регулированием координат и меры по устранению этого явления. Анализ статики и динамики систем ТП-Д с контуром скорости, настроенным на технический оптимум. Анализ статики и динамики системы ТП-Д с контуром скорости, настроенным на симметричный оптимум. Реализация регулируемого статизма. Принцип построения системы подчиненного регулирования с переключающимися обратными связями. Формирование переходных процессов в системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат при ограничении тока (пуск "под отсечку"). Формирование переходных процессов в системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат при ограничении производной скорости (пуск с задатчиком интенсивности), влияние на динамику фильтра на входе двукратноинтегрирующей системы. Формирование переходных процессов в системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат при одновременном управляющем и возмущающем воздействиях.

1.6. Адаптивные САУЭП (6 часов)

Понятие об адаптивно-модальном управлении электроприводов. Функциональная схема адаптивных САУЭП. САУЭП подчиненного регулирования с адаптивным регулятором тока.

1.7. Непрерывные САУЭП (10 часов)

Системы управления с высокомоментными и вентильными двигателями; непрерывные системы управления скоростью электропривода переменного тока; непрерывные системы управления положением электропривода; режимы позиционирования и слежения; точностные показатели в следящем электроприводе; особенности оптимизации следящих электроприводов с детерминированными и стохастическими воздействиями.

1.8. Цифровые САУЭП (4 часа) Особенности учета дискретности по уровню и времени. Обобщенная структурная схема и дискретная передаточная функция. Синтез цифровых регуляторов. Аппаратные и программные реализации цифровых систем.

II. Темы практических занятий

9_ семестр

№1. Статика и динамика САУЭП с ООС по скорости двигачаса).

№2. Свойства САУЭП с ОС по току и напряжению якоря двигачаса).

№3. Свойства САУЭП с токоограничением (отсечка по току, "упреждающее" токоограничение) (2 часа).

№4. Примеры последовательной и параллельной коррекции с помощью ЛАЧХ (2 часа).

№5. Порядок применения номограмм качества для определения параметров переходных функций по ЛАЧХ разомкнутой системы (2 часа).

№6. Синтез и ЛАЧХ САУЭП с модальным управлением (2 часа).

№7. Свойства САУЭП с источником тока (2 часа).

№8. Определение параметров регулятора скорости в САУЭП с переменным статизмом при подчиненном регулировании координат (2 часа).

№9. Динамика САУЭП с подчиненным регулированием координат (2 часа).

III. Названия лабораторных работ

_9_ семестр

№1.Исследование статических характеристик ЭП постоянного тока с магнитным усилителем (4 часа).

№2.Исследование систем стабилизации координат в тиристорном ЭП постоянного тока (4 часа).

№3. Исследование стабилизации координат в тиристорном ЭП постоянного тока с подчиненным регулированием координат (6 часов).

№4. Исследование системы ТП-Д с модальным управлением (4 часа).

IV. Темы расчетных заданий, рефератов

9_семестр – отсутствуют

V. Темы курсовых проектов/работ

_9___семестр

Заданием предусматривается разработка студентом одного из вариантов системы стабилизации координат согласно списку по журналу: Система стабилизации координат «тиристорный преобразователь-двигатель» с суммирующим усилителем; Система стабилизации координат «источник тока-двигатель» с суммирующем усилителем; Система стабилизации координат «тиристорный преобразователь-двигатель» с модальным управлением; Система стабилизации координат «тиристорный преобразователь-двигатель» с подчиненным регулированием.

Задание включает в себя исходные данные, необходимые для формирования требуемых статических характеристик и динамических показателей переходных процессов. В процессе выполнения задания определяются и выбираются отдельные элементы, рассчитываются статические и динамические характеристики, подтверждающие правильность принятых в процессе проектирования решений систем стабилизации координат. Демонстрационная часть проекта представляется на двух листах.

VI. Использование информационных технологий при изучении дисциплины

В лекционном курсе, при проведении практических и лабораторных занятий информационные технологии не используются.

V1.1. Расчетные задания, рефераты

9__семестр – отсутствуют

V1.2. Курсовые проекты / работы

9_ семестр

При выполнении курсового проекта используется следующее программное обеспечение: AutoCad, MathCad, Twente-Sym, MatLab, Microsoft Offise. Доля времени выполнения проекта с использованием информационных технологий составляет 40 % по отношению к общему времени выполнения.

Названия используемого программного обеспечения

Автор(ы), название учебника	К - во в библ.
1. Mathcad 2000: учебный курс. – М.: Нолидж, 2000.	16
2. Моделирование процессов и систем в Matlab. Учебный курс. - СПб.: Питер.; Киев; Издательская группа BHV, 2005.	2
3. Дьяконов В. П. MATLAB 6/6.1/6.5 + SIMULINK 4/5. Основы применения. – М.: 2002.	12
4. Герман- Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. – СПб.: КОРОНА принт, 2001.	6

VII. Контроль и оценка качества изучения дисциплины

VII.1. Лекции и практические занятия

9 семестр: одна контрольная работа.

По контрольной работе знания студентов оцениваются по пятибалльной шкале.

VII. 2. Лабораторные работы

9 семестр: четыре защиты лабораторных работ.

В процессе защит лабораторных работ знания студентов оцениваются по пятибалльной шкале.

VII. 3. Расчетные задания, рефераты

9__семестр – отсутствуют

VII. 4. Методика определения итоговой зачетной оценки практических знаний

9 семестре

Итоговая оценка определяется как среднеарифметический результат п. п. VII.1. и VII.2.

VIII. Итоговый контроль теоретических и практических знаний студента в сессию

9 семестр: экзамен по учебному плану (вопросы приведены в приложении 1).

В приложение к дипломам выносится оценка за 9 семестр.

IХ. Литература

IХ.1. Учебники

Автор(ы), название учебника	К - во в библ.
1. , Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.	20
2. Автоматизированный электропривод промышленных установок / и др. Под ред. . – М.: РАСХН, 2001.	20
3. . Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 272 с.	5
IХ.2. Учебные пособия
1. Системы управления электроприводов: Учеб. пособие для вузов. -2-е изд., исправ. и доп. – Челябинск: Изд-во ЮУрГу, 2004. – 326 с.	15
2. Элементы автоматизированного электропривода: Учеб. для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 224 с.	71
3. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. – М.: Энергоатомиздат, 2006. – 359 с.	5
4. Непрерывные и цифровые системы управления скоростью и положением электроприводов: Учеб. пособие. – М.: Изд. МЭИ, 1996. – 99 с.	24
5. Системы управления электроприводами. Дискретные системы управления. Учеб. пособие. Ред. . – М.: МЭИ, 1989. – 80 с.	39
IХ.3. Методические указания
1. Метод. указания к расчётному заданию по курсу «Системы управления в электроприводами». – Смоленск: СФМЭИ, 2000.	8
IХ.4. Описания лабораторных работ
1. Лабораторные работы по курсу "Системы управления электропривода" / , ,	15
2. Системы стабилизации координат электропривода. Лабораторные работы по курсу "Системы управления электропривода"/ и др.	37
3. Исследование систем стабилизации координат электроприводов. Лабораторный практикум. Учеб. пособие по курсу “Системы управления электропривода”./ , , 2002.	22
IХ.5. Техническне и профессиональные справочники, обеспечивающие практическую деятельность по дисциплине
1. Электротехнический справочник: в 4-х Т., Т.4. Использование электрической энергии / Под общ. ред. и др. – 8-е изд., стереотип. – М.: Изд. МЭИ, 2004.	3
2. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / и др. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 319 с.	23
IХ.6. CD - носители информации по дисциплине отсутствуют

Программу составил:		к. т.н. доцент
	УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой
«Электромеханические системы»		к. т.н. профессор
Учебная программа дисциплины рассмотрена и утверждена на заседании кафедры ЭМС ________________протокол № _______

Приложение 1.

Перечень вопросов,

выносимых на экзамен по дисциплине «Системы управления электроприводов»

1. Функциональная схема, уравнение электромеханической статической характеристики САУЭП с отрицательной ОС по напряжению двигателя.

2. Структурная схема, передаточные функции по управляющему и возмущающему воздействиям, динамические свойства САУЭП с отрицательной ОС по напряжению двигателя.

3. Функциональная схема и уравнение электромеханической характеристики САУЭП с отрицательной ОС по напряжению и положительной ОС по току двигателя.

4. Функциональная схема и уравнение электромеханической характеристики САУЭП с отрицательной ОС по ЭДС двигателя ( с тахометрическим мостом).

5. Формирование статики и динамики в замкнутых системах с помощью ОС с отсечками.

6. Оптимальный вид переходных процессов при заданных ограничениях тока, скорости, напряжения и потерь в якоре двигателя.

Формирование статики и динамики в замкнутых системах с помощью ОС с отсечками.

7. Оптимальный вид управляющего напряжения при поддержании постоянства тока (момента) в динамике.

8. Функциональная схема САУЭП с ОС по скорости (напряжению) и отсечкой по току (токоограничением).

9. Техническая реализация узлов отсечки по току.

10. Статические характеристики, динамические свойства и формирование напряжения управления в статике и динамике САУЭП.

11. Функциональная схема САУЭП с отсечками по скорости и току.

12. Статические характеристики и формирование напряжения управления в статике и динамике САУЭП с отсечками по скорости и току.

13. Функциональная и структурная схема САУЭП с "упреждающим" токоограничением.

14. Статические характеристики, формирование напряжения управления при пуске САУЭП с "упреждающим" токоограничением.

15. Определение нелинейных систем. Методы линеаризации нелинейностей: кусочно-линейная аппроксимация, гармоническая линеаризация, линеаризация "в малом", техническая линеаризация.

16. Методы линеаризации нелинейностей: гармоническая линеаризация.

17. Метод гармонического баланса.

18. Порядок синтеза САУЭП с помощью ЛАЧХ.

19. Синтез САУЭП с помощью последовательной коррекции.

20. Синтез САУЭП с помощью параллельной коррекции.

21. Принцип модального управления.

22. Структурная схема САУ ТП-Д с модальным регулятором и её математическое описание.

23. Порядок синтеза системы с модальным управлением, исходя из заданной динамики.

24. Порядок синтеза системы с модальным управлением, исходя из заданной статики.

25. Система с модальным управлением при переменных состояния w, dw/dt, diя/dt.

26. Понятие наблюдающего устройства.

27. Выделение производных скорости и тока якоря в ТП-Д с помощью наблюдающего устройства.

28. Функциональная схема, статические характеристики систем стабилизации скорости ИТ-Д с суммирующим усилителем.

29. Анализ динамических свойств систем стабилизации скорости ИТ-Д с суммирующим усилителем.

30. Функциональная схема и статические характеристики систем стабилизации мощности ИТ-Д с суммирующим усилителем.

31. Понятие оптимального переходного процесса.

32. Порядок синтеза систем с подчиненным регулированием координат.

33. Настройка контуров регулирования на технический оптимум, динамика.

34. Настройка контура регулирования на симметричный оптимум, динамические свойства такого контура.

35. Настройка контура тока в системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат.

36. Влияние внутренней отрицательной связи по ЭДС на динамику САУЭП с подчиненным регулированием координат и меры по устранению этого явления.

37. Анализ статики и динамики систем ТП-Д с контуром скорости, настроенным на технический оптимум.

38. Анализ статики и динамики системы ТП-Д с контуром скорости, настроенным на симметричный оптимум.

39. Принцип и реализация регулируемого статизма в контуре скорости.

40. Принцип построения системы подчиненного регулирования с переключающимися обратными связями.

41. Формирование переходных процессов в системе ТП-Д с подчиненным регулирование координат при ограничении тока (пуск "под отсечку").

42. Формирование переходных процессов в однократноинтегрирующей системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат при ограничении производной скорости (пуск с задатчиком интенсивности).

43. Формирование переходных процессов в двукратноинтегрирующей системе ТП-Д при пуске с задатчиком интенсивности.

44. Влияние на динамику фильтра на входе двукратноинтегрирующей системы.

45.Формирование переходных процессов в однократноинтегрирующей системе ТП-Д при пуске с задатчиком интенсивности под нагрузкой.

46. Формирование переходных процессов в двукратноинтегрирующей системе ТП-Д при пуске с задатчиком интенсивности под нагрузкой.

47. Классификация систем позиционирования, режимы перемещения.

48. Настройка регулятора положения в системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат при малых перемещениях.

49. Настройка регулятора положения в системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат при любых перемещениях.

50. Функциональная схема, математическое описание и свойства следящей системы.

51. Понятие об адаптивном управлении электроприводов. Классификация адаптивных систем.

52. Функциональная схема адаптивных САУЭП.

53. Эталонные модели в беспоисковых адаптивных САУЭП.

54. Адаптивные САУЭП со стабилизацией частотных характеристик.

55. САУЭП подчиненного регулирования с адаптивным регулятором тока – математическое описание.

56. САУЭП подчиненного регулирования с адаптивным регулятором тока – техническая реализация.

57. Понятие и принцип действия поисковых адаптивных САУЭП.

58. Понятие цифровых СУЭП (ЦСУЭП).

59. Дискретная передаточная функция ЦСУЭП.

60. Цифровой контур регулирования координаты.

61. Аппаратные и программные реализации цифровых систем.

62. Системы управления с высокомоментными и вентильными двигателями.

63. Непрерывные системы управления скоростью электропривода переменного тока.

64. Особенности оптимизации следящих электроприводов с детерминированными и стохастическими воздействиями.

[1]Дисциплина изучается в 8 и 9 семестрах. Содержание дисциплины 8 семестра изложено в отдельной Учебной программе бакалавриата по направлению 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии