Автоматична система управління процесом пересування пасажирського ліфта

2.5 Вибір загального та спеціального програмного забезпечення на всіх рівнях АСУ ТП. 26

2.6 Принципи обміну інформацією між рівнями системи. Вибір інтерфейсних пристроїв і протоколів обміну. 26

3. Математичне моделювання системи управління технологічним процесом. 27

3.1 Вибір середовища моделювання та розробка математичної моделі технологічного процесу і технологічного обладнання з виконавчими електроприводами. 27

3.2 Структура і параметричний синтез регуляторів системи керування ТП. 35

3.3 Комп'ютерне моделювання алгоритмів управління. Графічне представлення результатів моделювання. 43

Висновок. 46

Література. 47

Введення короткий огляд існуючих автоматизованих ситема управління (в тому числі патентна інформація) глибина патентної інформації 5 років

Сьогодні вже важко уявити собі російське місто без працюючого вертикального транспорту. Для величезної кількості людей нормальна робота ліфтового господарства є синонімом нормального життя. Якісна робота ліфтів та підйомних механізмів та їх надійність залишається одним з ключових аспектів у справі забезпечення безпеки житлових і громадських будівель, тому необхідно безперервний розвиток і модернізація ліфтового обладнання.

Ліфт - механізм вертикального транспорту, призначений для транспортування пасажирів і вантажів у житлових і виробничих приміщеннях. Широке распростроненіе використання ліфтового електроприводу в промисловості і в повсякденному житті, визначає ліфт як найбільш розповсюдженний вид вертикального транспорту.

Видимий останнім часом тенденція до підвищення поверховості будинків у містах, а також до комфорту пересування в ліфтах веде до ускладнення систем управління процесом пересування. Завдяки розвитку сучасних мікропроцесорних систем управління дані завдання успішно вирішуються в даний час.

Сучасний ліфт - це складне електромеханічне пристрій, що працює в напівавтоматичному режимі за встановленою програмою. Програма роботи ліфта визначається дейтсвіе пасажирів, місцезнаходженням і становищем (вільна або зайнята) кабіни і регламентується за допомогою системи управління ліфтом.

Система керування ліфтом повинна вирішувати задачі безпечного та комфортного пересування пасажирів. Пересування повинно осуществяется з допустимим прискоренням, необхідної швидкістю і відсутність відчутних ривків. Для виконання наведених вимог необхідно отримувати інформацію про становище і швидкості руху кабіни за допомогою різних датчиків.

Велику увагу необхідно приділити питанню безпеки пересування у випадках пожеж та землетрусів, обриву канатів, спрацьовування уловлювачів.

Сучасні тенденції розвитку електропривода лебідки і ліфтового обладнання направлені у бік відмови від машинного приміщення і створення автономної конструкції ліфта. Тобто ліфт містить у собі всі механізми предвіженія включаючи лебідку.

Так патент № 2352514 виданий фірмі Коне Корпорейшн в 21.01.2024 містить наступний опис:

Винахід стосується ліфта, який переважно виконаний без машинного відділення. Лебідка ліфта взаємодіє з підйомними канатами за допомогою канатотягового шківа, при цьому зазначені канати мають несучу частину, сплетену із сталевого дроту круглого і/або некруглого поперечного перерізу, і утримують противагу і кабіну ліфта, що переміщаються по своїм направляючим. Вага лебідки не більше становить приблизно 1/5 ваги номінального навантаження ліфта. Зовнішній діаметр канатотягового шківа, що приводиться в дію лебідкою ліфта, становить не більше приблизно 250 мм, а кабіна ліфта і противага підвішені з використанням декількох проходів підйомного каната. Винахід дозволяє зменшити розміри та/або вагу чи

Також слід відзначити важливу роль здатності системи управління зупинити кабіну з точністю на заданому рівні. Патент № 2202508 виданий Лаврову В.В. 20.03.2005, описує спосіб точної зупинки підлоги кабіни ліфта на рівні посадочної площадки.

Винахід відноситься до ліфтостроенію, зокрема до способам, що забезпечує точність зупинок кабін пасажирських ліфтів. Спосіб точної зупинки підлоги кабіни ліфта на рівні посадочної площадки полягає в тому, що система управління ліфтом виробляє команди, що подаються на виконавчий пристрій, яким є гальмо лебідки, використовуючи сигнали, надходять від датчиків в шахті для загальмовування об'єкта регулювання ліфта, фіксує за допомогою вимірювального елемента положення кабіни ліфта і по результатами вимірювання виробляє команду на забезпечення впливу виконавчого механізму на об'єкт регулювання. При цьому об'єктом регулювання, на який надає дію виконавчий елемент, є підлога кабіни, суміщений з її порогом і відділений від цієї кабіни, а вплив згаданого виконавчого механізму, розміщеного на самій кабіні, здійснюється з можливістю вирівнювання рівня підлоги кабіни з рівнем порогу дверей шахти обраної посадкового майданчика і відбувається при нерухомій кабіні ліфта за час, що не перевищує часу відкриття дверей кабіни і шахти на обраній посадочному майданчику при отриманні відповідного сигналу вимірювального елемента. Сигнал на час включення виконавчого механізму, що визначає відстань, на яку необхідно перемістити підлога кабіни, виробляється пристроєм порівняння, яке зіставляє сигнал з вимірювального елемента з сигналом, записаним у запам'ятовуючому пристрої і характеризує точне місце розташування порогу дверей шахти обраної посадкового майданчика, і сигналом з датчиків-обмежувачів, контролюючих висоту підйому підлоги. Винахід забезпечує підвищення точності зупинки кабіни відносно посадкової майданчики

В даний час в нашій країні стоїть проблема заміни застарілого ліфтового обладнання. Заміни редукторного електроприводу з релейно-контакторною системою управління. Доцільно використовувати існуючого шахтного устаткування і проводки, зробити заміну лише системи управління та привідні механізми дверей і лебідки ліфта.

Також слід звернути увагу на використання системи управління не тільки для модернізації існуючого ліфтового обладнання, але і використання в новому будівництві.

Звідси випливає, що використання для модернізації існуючого обладнання лінійних двигунів або розташ...ування електроприводу на кабіні ліфта буде вимагати істотних грошових витрат. Тому слід звернути увагу на безредукторний електропривод. Виключення з конструкції ліфтової лебідки редуктора та використання в якості приводного двигуна високомоментного асинхронний електродвигун дозволить вирішити завдання модернізації з найменшими витратами.

Розвиток високомоментних двигунів дозволило відмовитися від використання дорогого редуктора. Що дозволило зменшити шуми, поліпшити узгодити з інерцією навантаження і знизити вартість системи електроприводу лебідки для ліфтів різної конструкції.

Прямий (безредукторний) привід означає відсутність елементів передачі потужності між двигуном і приводиться в обертання навантаженням, що, в свою чергу, дає переваги переміщення з високою динамікою практично без люфта і чудову жорсткість при статичних/динамічних навантаженнях.

1. Аналіз технологічного процесу як об'єкта управління

1.1 Опис технологічного процесу технологічного обладнання

Опис технологічного процесу та обладнання

Основними частинами ліфта є: лебідка, кабіна, противагу, направляючі для кабіни і противаги, двері шахти, обмежувач швидкості, тягові канати і канат обмежувача швидкості, вузли та деталі приямка, електрообладнання і електророзводка. Основні параметри технічної характеристики ліфта: номінальна вантажопідйомність кг, маса противаги кг, маса порожньої кабіни кг, номінальна швидкість. Ліфт дванадцятиповерхового будинку плюс поверх технічного обслуговування. Відстань між поверхами 3м. Розрахункова робота електроприводу пуск раз в 3 хвилини, 20 разів за час.Погрешность зупину.

Рисунок 1 - Кінематична схема ліфта

Кінематична схема ліфта представлена ​​на малюнку 1. Ліфт має поліспастний підвіску з кратністю поліспаста 2, при якій тягові канати 1, що сходять з канатотягового шківа 2, огинає поліспастний блок 3 на кабіні 4 і противазі 5 і кріпляться до верхнього перекриття шахти в машинному приміщенні.

Переміщення кабіни і противаги по напрямних здійснюється лебідкою 6, встановленою в машинному приміщенні, за допомогою тягових канатів 1. Там же розміщені обмежувачі швидкості, контролер, ввідний пристрій. Ліфт комплектується спеціалізованим контролером.

При натисканні кнопки викличного апарату в електроапаратуру управління ліфтом подається електричний імпульс (виклик). Якщо кабіна перебуває на зупинці, з якої надійшов виклик, відкриваються двері кабіни і шахти на даної зупинці. Якщо кабіна в іншому місці, подається команда на її рух. В обмотку електродвигуна лебідки і котушки електромагнітних гальм подається напруга, гальма відпускають, і ротор електродвигуна приходить в рух.

При підході кабіни до необхідної посадочної майданчику система управління ліфтом по сигналу датчиків точної зупинки перемикає електродвигун лебідки на роботу зі зниженою частотою обертання ротора. Швидкість руху кабіни знижується, подається команда на зупинку, і в момент, коли поріг кабіни поєднується з рівнем порогу дверей шахти, кабіна зупиняється, вступає в дію гальмо, включається в роботу привід дверей, і двері кабіни і шахти відкриваються. На ліфті з системою управління від контролера відбувається безступінчасте регулювання частоти обертання ротора двигуна за допомогою системи частотного регулювання, що забезпечує плавні зупинку і пуск кабіни.

При натисканні кнопки наказу на панелі управління, розташованої в кабіні, закриваються двері кабіни і шахти, кабіна відправляється на посадковий майданчик, кнопка наказу якої натиснута.

Після прибуття на необхідну посадочний майданчик і виходу пасажирів двері зачиняються, кабіна стоїть до тих пір, поки не буде натиснута кнопка будь-якого викличного апарату.

Рух кабіни можливий тільки при справності всіх блокувальних і запобіжних пристроїв. Спрацьовування будь-якого запобіжного пристрою приводить до розмикання ланцюга керування і зупинці кабіни.

1.2 Технологічні схеми процесу та обладнання

Технологічна схема обладнання

Основу конструкції ліфта становить механізм підйому на основі застосування лебідки з канатною системою передачі руху кабіні.

Пасажири переміщаються в спеціально-обладнаній кабіні з закриваються дверима, які мають блокувальні пристрої, що виключають можливість руху при відкритих стулках.

Для центрування кабіни і противаги в горизонтальній площині і виключення поперечного розгойдування під час руху, застосовуються направляючі, встановлювані на всю висоту шахти ліфта.

Напрямні забезпечують можливість гальмування кабіни (Противаги) уловлювачами при аварійному перевищенні швидкості і утримують її до моменту зняття з уловлювачів.

Простір, в якому переміщується кабіна і противага огороджується на повну висоту і називається шахтою.

Приміщення, в якому встановлюється підйомна лебідка і інше необхідне обладнання, називається машинним приміщенням.

Частина шахти, розташована нижче рівня нижньої посадочної майданчики, утворює приямок, в якому розміщуються упори або буфери, обмежують хід кабіни (противаги) вниз і зупиняють з допустимим прискоренням уповільнення.

Для запобігання аварійного падіння кабіни (Противаги) ліфт обладнується автоматичною системою включення уловлювачів від обмежувача швидкості, що спрацьовує при аварійному перевищенні швидкості.

Уловлювачі встановлюються по бічних сторонах каркаса кабіни (противаги) і приводяться в дію канатом, що охоплює шків обмежувача швидкості.

У приямку встановлюється натягач обмежувача швидкості.

Станція управління роботою ліфта. прилади та апарати знаходяться в машинному приміщенні.

З'єднання електричного обладнання кабіни зі станцією управління забезпечується за допомогою підвісного кабелю і джгута проводів, змонтованого в шахті.

Датчики уповільнення, шунти датчика точної зупинки та пристрої контролю шахтних дверей також встановлюються в шахті.

На малюнку 2 представлена ​​схема розміщення обладнання ліфта. Лебідка і шафа управління розташовуються в ліфтовому приміщенні, закритому від проникнення сторонніх осіб.

Малюнок 2 - Технологічна схема обладнання

Основна плата управління встановлена ​​в шафі контролера. Послідовна лінія передачі даних підрозділяється на канали кабіни і шахти. Канал кабіни, до якого підключена клемна коробка кабіни, являє собою підвісний кабель. На малюнку 2 прийняті наступні позначення: 1 - шафа контролера, 2 - позиційний індикатор, 3 - поверхові кнопки, 4 - датчик положення кабіни.

1.3 Класифікація та перелік технологічних змінних аналіз взаємодії між технологічними процесами

При управлінні пасажирським ліфтом система управління відстежує і контролює швидкість пересування кабіни, положенні кабіни в шахті, завантаження кабіни. У даному випадком технологічними змінними можна назвати мінливу завантаження ліфта і положення кабіни. Так як кабіна підвішена на металевих тросах володіють кінцевої жорсткістю, мінливої вЂ‹вЂ‹в Залежно від положення кабіни (чим ближче кабіна до машинного приміщення, тим більше жорсткість і навпаки), а також механічна система ліфта є трехмассовой. З перерахованого випливає, що взаємодія технологічних змінних і технологічним процесом пересування кабіни носить складний характер і вимагає докладного вивчення.

Залежно від поступили викликів і наказів відбувається управління обладнанням ліфта за заданою програмою.

Основними параметрами технічної характеристики ліфта є: вантажопідйомність, швидкість руху і висота підйому кабіни. Вони регламентуються Державними Стандартами ГОСТ 22011-95 Ліфти пасажирські і вантажні [1].

1.4 Класифікація та перелік вимірюваних змінних стану, визначення необхідної точності вимірювання змінних технологічного процесу. Визначення умов роботи вимірювальних пристроїв

Практично всі змінні стани пов'язан...і з електроприводом лебідки, перерахуємо основні з них:

мінливий вага кабіни в залежності від кількості пасажирів, отже мінливий момент навантаження на електроприводі лебідки.

Положення кабіни в шахті ліфта, отже кут повороту шківа.

Змінюються струми і напруги на двигуні, які надходять в систему управління перетвореними за допомогою координатних перетворювачів, для вироблення управляючих впливів на двигун.

Швидкість пересування кабіни - швидкість обертання приводу ліфта.

Отже можна зробити висновок - для управління пересуванням ліфта необхідно управляти описаними вище змінними станами.

Основними вимогами до технологічного процесу пересування ліфта є рух з необхідною швидкістю (1 м/с), обмеження прискорення (), і зупинка кабіни на рівні поверху (). За ГОСТ 22011-95 точність вимірювання прискорення і швидкості повинна укладатися в межі. За вимір положення кабіни відповідають датчики розташовані в шахті ліфта, необхідно узгодити їх розташування з необхідною точністю останову кабіни.

Умови роботи вимірювальних пристроїв визначаються обмеженням температури експлуатації обладнання.

1.5 Класифікація та перелік керуючих впливів визначення необхідної точності управління ТП. Визначення умов роботи силових регулюючих пристроїв

2. АСУ ТП

Верхній рівень

контролювати положення кабіни ліфта в режимі реального часу

формувати звіти про простої, несправності, технічному обслуговуванні

контролювати доступ в шахту або машинне приміщення

контролювати вихід ліфтового обладнання з ладу

У диспетчерську приходить вся інформація з ліфтів підключених до системи. Диспетчер по отриманим даним може направити бригаду на ремонт вийшов з ладу обладнання.

На базі звичайної SCADA системи реалізований діалог взаємодії диспетчера і даних, що надходять. Також ведеться журнал подій в Протягом місяця.

Середній рівень

На середньому рівні відбувається реалізація локальних керуючих алгоритмів (управління приводом);

взаємодія між технологічними об'єктами управління;

інформаційний обмін з рівнем III.

Для реалізації перерахованих функцій застосовуємо універсальний сервоконтроллер ELESY PCI-Servo 4 виробництва фірми В«ЕЛЕСІВ» Росія.

Контролер призначений для вимірювання безперервних сигналів, представлених напругою постійного струму і (або) постійним струмом, збору та обробки інформації з первинних датчиків, формування сигналів управління по заданих алгоритмах, прийому та передачі інформації по послідовним каналам зв'язку в системах вимірювання, контролю та управління об'єктами.

Основна область застосування - системи управління переміщенням технологічного устаткування у відповідності із заданою програмою руху.

Нижній рівень

Нижній рівень АСУ ТП складається з перетворювача частоти ESD-TCL фірми В«ЕЛЕСІВ», який є спеціальною розробкою для управління безредукторним асинхронним приводом ліфтової лебідки; джерело живлення Siemens LOGO для подачі напруги живлення 24В;

датчик положення, що визначає точне місцезнаходження кабіни в шахті; два механічних нормально замкнутих гальма; пости викликів і наказів; кінцеві вимикачі В«верхній поверхВ» і В«нижній поверхВ».

На дискретні входи сервоконтроллера подаються команди з постів викликів і наказів, сигнали про знаходження ліфта у верхньому і нижньому положенні в шахті, сигнали відкривання закривання дверей кабіни ліфта, сигнали аварій.

2.4 Блок схеми апаратних засобів рівнів системи. Вибір апаратних засобів на всіх рівнях управління. Варіант принципової схеми з'єднання між апаратними блоками системи

Малюнок 5 - Блок-схема з'єднання апаратних засобів рівнів управління АСУ ТП

2.5 Вибір загального та спеціального програмного забезпечення на всіх рівнях АСУ ТП

Для сервоконтроллера ELESY PCI-Servo 4 використовується наступне програмне забезпечення.

Драйвер під Windows XP/2000/NT.

Утиліта для конфігурування параметрів сервоконтроллера з можливістю тестування периферії.

DLL бібліотека з підтримкою набору функцій управління сервоконтроллером.

Приклади програмування сервоконтроллера на Borland Delphi, C + + Builder.

Перетворювач частоти реалізує векторне управління двигуном, програма роботи написана в середовищі Code Composer Studio v3.1.

2.6 Принципи обміну інформацією між рівнями системи. Вибір інтерфейсних пристроїв і протоколів обміну

Обмін інформацією між верхнім (АРМ оператора) і середнім рівнем здійснюється за допомогою локальної мережі PROFIBUS-DP по інтерфейсу RS-485.

3. Математичне моделювання системи управління технологічним процесом

3.1 Вибір середовища моделювання та розробка математичної моделі технологічного процесу і технологічного обладнання з виконавчими електроприводами

Моделювання роботи технологічного процесу будемо проводити в середовищі MATLAB Simulink, що володіє широкими можливостями виконання математичного моделювання, створюючи модель з простих блоків. Також в середовищі Simulink міститися блоки, які дозволяють візуалізувати процеси моделювання.

Математичний опис процесів в асинхронному двигуні

Математичний опис АД має відображати особливості експлуатаційних режимів роботи навантажувального моментного ЕП у складі випробувального стенду. Крім того, в подальшому дана імітаційна модель розглядається як об'єкт оптимального управління, на підставі якого виконується структурно-параметричний синтез системи векторного керування АД.

При складанні рівнянь електричної рівноваги в обмотках АД візьмемо за основу систему рівнянь для трифазної електричної машини та ряд припущень, загальноприйнятих в теорії електричних машин змінного струму:

параметри обмоток всіх фаз мають однакові значення, тобто має місце симетричний режим роботи;

магнітне поле електричної машини має синусоїдальну розподіл уздовж повітряного зазору;

приймаємо напруги на виході ПЧ синусоїдальної форми, свідомо не враховуючи взаємного впливу між АТ і ПЧ по силовому каналу;

не враховуються втрати в сталі, що викликаються протіканням вихрових струмів в магнітопроводі двигуна і його перемагніченіем;

насичення магнітного ланцюга АД не враховується завдяки накладенню обмежень на статорні струми;

ефект витіснення струмів в провідниках ротора пренебрежимо малий з огляду на те, що частота струмів ротора при живленні від ПЧ обмежена робочим ділянкою механічної характеристики.

На підставі другого закону Кірхгофа і з урахуванням вищенаведених припущень, рівняння для ЕРС в обмотках статора і ротора АД можна представити в наступному вигляді:

(2.1)

для ланцюгів статора і

(2.2)

для ланцюгів ротора.

У представлених системах рівнянь прийняті наступні позначення:

=== - активні опори фаз статора;

=== - активні опори фаз ротора;

,,,,, - миттєві фазні напруги статора і ротора;

,,,,, - миттєві фазні струми в обмотках статора і ротора;

,,,,, - потокозчеплення обмоток статора і ротора.

Для зв'язку між потокозчеплення і струмами в обмотках скористаємося законом Ампера, тоді:

(2.3)

для статора

(2.4)

для ротора.

Рівняння потокозчеплень показують залежність від струмів в кожній обмотці через взаємоіндукції. У рівняннях (2.3 і 2.4) коефіцієнти,,,,, є власн...ими індуктивностями відповідних обмоток, всі інші - індуктивності між відповідними обмотками.

Не забуваючи про те, що системи рівнянь (2.1 - 2.4) пов'язують виключно скалярні величини, вираз для електромагнітного моменту представимо в наступному вигляді [60]:

, (2.5)

де це число пар полюсів розглянутого АД.

На підставі другого закону Ньютона представимо рівняння для руху і рівноваги моментів на валу АД:

, (2.6)

де - момент інерції на валу АД, - кутова частота обертання ротора, - момент розвивається АД і - момент прикладений до вала двигуна з боку навантаження.

Спочатку АД є трифазною електричною машиною з неявнополюсним ротором. Аналізуючи режими роботи АД в складі навантажувального моментного ЕП і сукупність прийнятих вище допущень можна припустити правомірність використання для математичного опису еквівалентної двофазної моделі.

На шляху спрощення математичного опису АД виявився підходящим метод просторового вектора, що дозволяє істотно спростити і скоротити вищенаведену систему рівнянь; метод дозволяє пов'язати рівняння (2.1 - 2.6) в єдину систему з векторними змінними стану. Суть методу полягає в тому, що миттєві значення симетричних трифазних змінних стану (напруга, струми, потокозчеплення) можна математично перетворити так, щоб вони були представлені одним просторовим вектором.

Уявімо систему рівнянь з векторними змінними стану для випадку з довільною орієнтацією системи координат [21, 36]:

(2.7)

Тут,,,, і - Двохелементний вектори напруг, струмів та потокозчеплення, представлені в довільно орієнтованої ортогональної (двофазної) системі координат у вигляді складових по координатним осям. Змінна служить для завдання довільної частоти обертання координатної системи. Допоміжна матрична константа j служить для В«переворотуВ» компонентів векторних змінних і дозволяє спростити форму запису системи рівнянь.

Розкриваючи зміст просторових векторів, отримуємо наступне:

,,,,

,,. (2.8)

Система координат з примусовою орієнтацією за вектором потокозчеплення ротора

При вирішенні завдань розробки систем управління для АТ необхідно розглядати його імітаційну модель з позицій об'єкта оптимального управління. У теорії систем управління асинхронними електроприводами при моделюванні АД знайшов місце унікальний принцип орієнтації системи координат за вектору потокозчеплення ротора. В даному випадку імітаційна модель АД набуває певну схожість із структурною схемою машини постійного струму, де можливо роздільне управління магнітним станом і моментом на валу двигуна.

Математично умова орієнтації стосовно виражається наступним чином:

;;.

Рівняння, що описують АД в системі координат з примусової орієнтацією за вектором потокозчеплення ротора.

В системі являє собою ковзання системи координат, а відповідно швидкість її обертання. Дані параметри визначаються у відповідності з наступними виразами:

;.

У системі рівнянь змінні з індексами В«xВ» і В«yВ» відповідають компонентам просторового вектора в координатній системі з орієнтацією за вектором потокозчеплення ротора. За допомогою правил створення і перетворення структурних схем, прийнятих в теорії автоматичного управління, представимо систему рівнянь у вигляді структурної схеми. На рис. представлена структурна схема, імітаційної моделі АД у системі координат з орієнтацією по вектору потокозчеплення ротора.

Малюнок 6 - Структурна схема імітаційної моделі АД у системі координат з орієнтацією за вектором потокозчеплення ротора

Модель АД, представлена ​​на рис. зручна для реалізації та розрахунку в будь-якому з прикладних програмних продуктів, що підтримують об'єктно-структурне моделювання систем (Simulink-Matlab, Windora і т.д.). Для дослідження та перевірки адекватності створеної моделі АД зручно виконати її реалізацію в середовищі Simulink-Matlab. У даній системі симетричні трифазні напруги, представлені у відносних одиницях піддаються перетворенню Кларка і надходять у вигляді компонентів просторового вектора напружень і на входи координатного перетворювача Парку-Горєва. Формули для координатного перетворення Парка-Горєва, що дозволяє реалізувати перехід від стаціонарної системи координат до обертової представлені нижче:

Тут, - складові просторового вектора напруги статора, представлені в стаціонарній системі координат;

, - складові вектора напруги статора, представлені в обертовій системі координат;

- кут повороту обертової координатної системи (кут орієнтації). Параметр пов'язаний з кутовою швидкістю обертання координатної системи завдяки наступного виразу:

.

Графічно перетворення Парка-Горєва ілюструється на рис.

Рис. Графік перетворень Парку-Горєва для зв'язку між обертовою і стаціонарною системою координат

Координатний перетворювач Парку-Горєва зорієнтований спільно з системою координат розробленої імітаційної моделі АД. Завдяки цього на входи моделі по напрузі і надходять компоненти просторового вектора напруги, представленого в обертовій системі координат.

3.2 Структура і параметричний синтез регуляторів системи керування ТП

Синтез регуляторів проводився з стандартної методики налаштування контурів на модульний або симетричний оптимум. Далі наведемо лише передавальні функції регуляторів і короткий опис контурів.

Контур струму.

Налаштування контура струму проводилася на модульний оптимум з допомогою ПІ-регулятора.

Передавальна функція ПІ-регулятора струму

.

Коефіцієнт посилення регулятора струму:

,

де

коефіцієнт ОС по струму.

- коефіцієнт оптимізації.

Постійна часу регулятора струму:

Налаштування контура близька до налаштування на модульний оптимум (МО) системи 2-го порядку. Контур є астатичними системою 1-го порядку по управлінню.

Контур потокозчеплення.

При оптимізації контура потокозчеплення внутрішній оптимізований замкнутий контур струму представлений усіченої передавальної функцією 1-го порядку.

Передавальна функція ПІ-регулятора потокозчеплення

Коефіцієнт посилення і постійна часу регулятора потокозчеплення визначаються за виразами

де

- коефіцієнт оптимізації.

Налаштування контура близька до налаштування на модульний оптимум системи другого порядку. Контур є астатичними системою регулювання першого порядку по управлінню і забезпечує нульову сталу помилку.

Контур швидкості.

При оптимізації контура швидкості внутрішній оптимізований замкнутий контур струму представлений усіченої передавальної функцією 1-го порядку.

Передавальна функція ПІ-регулятора:

Коефіцієнт посилення і постійна часу регулятора швидкості визначаються за виразами:

Оптимізований контур при відпрацюванні східчастих управляючих впливів забезпечує високу швидкодію при перерегулювання в загальному випадку більше 43%. Налаштування контура без фільтрів на вході близька до налаштування на СО.

Для обмеження перерегулювання на рівні близько 8,1% на вході контуру швидкості включені два однакові фільтра.

Нелінійна система.

Подальше моделювання проводилося з урахуванням основних нелінійностей - насичення регуляторів, обмежене напруга перетворювача.

До нелінійної системі для регулювання швидкості пред'являються наступні вимоги:

Постійна швидкість обертання рівна, що відповідає лінійному руху кабіни з швидкістю.

Обмеження ускаренія. Прискорення повинно бути.

Щоб виконати висунуті вимоги необхідний задатчик інтенсивності, за допомогою якого встановимо час розгону до робочої швидкості.

Малюнок 0.6 - Імітаційна модель S-образного задатчика інтенсивності в середовищі Simuli...nk

Нехай час розгону буде 2,4 з.

Рисунок 8 - Перехідна характеристика S-образного задатчика інтенсивності.

Імітаційна модель РЕП в середовищі Simulink представлена ​​на малюнку 9. Перехідні характеристики отримані при моделюванні представлені на малюнку 10.

Рисунок 10 - Перехідні характиристики нелінійної системи РЕП,,

Прискорення обмежена на рівні, що відповідає лінійному прискоренню.

У САУ СЕП при використанні пропорційного регулятора в позиційних режимах спостерігається перерегулювання, що критично для управління позиціонування кабіни ліфта. З метою оптимізації перехідних процесів застосовують регулятор положення з нелінійною характеристикою. В найпростішій схемі другого порядку з обмеженням моменту (струму) двигуна це парабола.

Параболічний регулятор.

Характеристику регулятора положення задаємо у вигляді кусочно-лінійної функції має параболічний вигляд:

де

Визначимо точки лінійного ділянки характеристики регулятора положення з виразу:

,

де - коефіцієнт підсилення регулятора положення.

Вирішуючи систему рівнянь

, де n = 4, знаходимо точку перетину, де лінійна характеристика регулятора переходить в плавне зростання

Таблиця 3 - Характеристика

Розглянемо відпрацювання завдання на пересування на відстань п'ятого поверху в одномасової механічної системі. З урахуванням відстані між поверхами рівним 3 метра, завдання складе 15000. Отримані перехідні характеристики представлені на малюнку 11.

Малюнок 11 - Перехідні характиристики нелінійної системи СЕП,,,

Затягування швидкості гальмування викликано роботою параболічного регулятора а також корекцією інтегрального насичення в використовуваних нелінійних регуляторах. Перехідний процес по положенню проходить без перерегулювання і статична помилка дорівнює нулю.

3.3 Комп'ютерне моделювання алгоритмів управління. Графічне представлення результатів моделювання

Для моделювання алгоритмів управління скористаємося розширенням MATLAB Simulink Stateflow. Даний пакет являє собою графічне середовище проектування і моделювання схем з логічними переходами.

Рисунок 12 - Діалогове вікно додатка Statflow і модель алгоритму управління

Представлена ​​модель роботи системи дозволяє управляти рухом вниз (running_back), вгору (running_forward). При досягненні заданого рівня віддавати сигнал відкриття дверей (op). При початку руху виробляють закриття дверей (cl).

Рисунок 13 - Графічне представлення роботи системи управління

На малюнку 13 представлені результати моделювання роботи системи управління.

Розроблена система управління не здійснює повною мірою всі необхідні функції управління для пересування пасажирським ліфтом. В магістерської дисертації планується продовжити роботу над створенням системи управління, яка б повністю могла керувати пересуванням, включаючи всі види захистів і перемикання на знижену швидкість при спрацьовуванні датчика зупинки.

Висновок

У представленому курсовому проекті була спроектована автоматизована система управління пересування пасажирського ліфта.

Метою роботи було отримання початкових навичок проектування автоматизованих систем управління електроприводів.

Розробляється система управління дозволить модернізувати застарілі системи управління пасажирських ліфтів і використовувати дану систему у знову споруджуваних будинках. Також дана система побудована на мікропроцесорної системі управління, що дозволяє значно поліпшити якість управління.

У ході виконання роботи були обрані апаратні засоби Справить вибір програмного забезпечення для програмування логічного контролера і перетворювача частоти.

Література

1. Антропов А.А., Гарганеев А.Г., Каракулов А.С., Ланграф С.В., Нечаєв М.А. № 9. 2005. С.23-26

2. Башарін А.В., Новіков В.А., Соколовський Г.Г. Управління електроприводами: Навчальний посібник для вузів. - Л.: Енергоіздат. Ленінгр. отд-ня, 1982. - 392 с.

3. Бєлов М.П. 2004. - 576 с.

4. Бесекерскій В.А., Попов Є.В. Теорія систем автоматичного керування. Вид. 4-е, перераб. і доп. - СПб, Вид-во В«ПрофесіяВ», 2004. - 752с.

5. Ключів В.І. Теорія електропривода: Учеб. для вузів. - 2-е ізд.перераб.і доп. - М.: Вища школа, 2001. - 704 с.

6. Ковач К.П., Рац І. Перехідні процеси в машинах змінного струму/Пер. з нім. М. Л.: Госенергоіздат, 1963. 735 з.

7. Копилов И.П. Математичне моделювання електричних машин. - М.: Вища школа, 2001. - 274 с.

8. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояін Н.В. Проектування та дослідження автоматизованих електроприводів. Частина 1. - Введення в техніку регулювання лінійних систем. Частина 2. - Оптимізація контуру регулювання: Навчальний посібник. - Томськ: Вид. ТПУ, 2000. -144.

9. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояін Н.В. Проектування та дослідження автоматизованих електроприводів. Частина 6. - Механічна система електроприводу постійного струму: Навчальний посібник. - Томськ: Вид. ТПУ, 2004. -144с.

10. Чернишов А.Ю., Ланграф С.В., Чернишов І.А. Дослідження систем скалярного частотного керування асинхронним двигуном: методичні вказівки до виконання лабораторних і практичних робіт з курсу "Електропривод змінного струму "для студентів спеціальності 180400. Томський політехнічний університет. - Томськ: Изд-во ТПУ, 2002. - 23 с.

11. Енергозберігаючий асинхронний електропривод: Учеб. посібник для студ.висш. учеб. закладів/І.Я. Браславський, З.Ш. Ішматов, В.Н. Поляков; під ред. І.Я. Браславського. - М.: Видавничий центр В«АкадеміяВ», 2004. - 256с.