Document 872205

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 140400
зав. кафедрой ЭЭЭ
проф. А.Е. Козярук
_______________________
Зав. кафедрой ЭЭЭ
проф. А.Е. Козярук
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ»
Направление подготовки: 140400 «Электроэнергетика и электротехника»
Профиль подготовки: Электропривод и автоматика
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: профессор каф. ЭЭЭ А.Е. Козярук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Целью изучения дисциплины «Системы управления электроприводов» является
обучение студентов специальности 18.04.00 принципам построения, алгоритмам, методам
синтеза и аппаратной и программной реализации систем управления электроприводами
различных типов и назначений.
Задачами дисциплины являются:
- привить обучающимся представление о физических процессах, присущих
электроприводу как объекту управления;
- познакомить обучающихся с принципами построения систем управления
электроприводами и привить навыки по реализации этих принципов
современными аппаратными и программными средствами.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относиться к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной
образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Электропривод и
автоматика» направления 140400 Электроэнергетика и электротехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика»,
«Физика», «Теоретические основы электротехник», «Теория автоматического управления»,
«Электрические машины», «Силовая электроника», «Электрический привод».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении
бакалаврской
выпускной
квалификационной
работы
и
изучении
дисциплин
«Проектирование систем электропривода», «Проектирование систем автоматики»,
«Проектирование систем электроснабжения», «Математические модели и расчет
электромеханических систем» «Эксплуатация систем автоматики, электропривода и
электроснабжения».
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
- к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей
ее достижения (ОК-1);
- к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
- к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей
профессиональной компетенции (ОК-7);
- в условиях развития науки и изменяющейся социальной практики к
переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, готовностью приобретать
новые знания, использовать различные средства и технологии обучения (ОК-6);
- демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин
и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности,
применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования (ПК-2);
- выявить
естественнонаучную
сущность
проблем,
возникающих
в
ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения
соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);
- анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный
и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
- обосновывать
принятие
конкретного
технического
решения
при
создании электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-14);
- выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать
результаты экспериментов (ПК-44);
- понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41);
- проводить информационную подготовку решения проектных задач, анализ
технических решений (ПСК-2);
- разрабатывать и анализировать простые модели электроприводов (ПСК-5).
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие
результаты образования:
Знать:
- типы, технические характеристики электроприводов и технологий, технические
требования к регулированию выходных координат объектов (ОК-1, ОК-3, ОК-6, ПК-3);
- основы теории автоматического управления и методы синтеза алгоритмов управления
(ПК-2);
- аппаратные средства реализации систем управления. Методы алгоритмизации и
программирования задач управления (ПК-6, ПСК-2).
Уметь:
- применять методы анализа и синтеза систем автоматического управления (ОК-6,
ПК-41);
- понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41);
- применять статистические методы обработки результатов эксперимента для оценки
параметров объектов (ПК-2, ПК-44);
- обосновывать принятие конкретного технического решения при создании
электроэнергетического и электротехнического оборудования (ОК-7, ПК-14);
Владеть:
- навыками анализа своих возможностей, готовностью приобретать новые знания,
использовать различные средства и технологии обучения (ОК-6);
- навыками применения методов математического анализа и моделирования,
теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
- навыками обработки результатов экспериментов (ПК-44).
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 9.0 зачетных единиц.
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Всего часов
139
85
52
185
120
65
Вид промежуточной аттестации (зачет,
Зачет/экзамен
экзамен)
Обща трудоемкость
час
324
зач.ед.
9.0
-
-
Семестры
7
68
51
-
8
68
34
34
51
-
17
134
120
34
31
зач
экз
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. Релейно-контакторные системы управления электроприводами.
Типовые схемы релейно-контакторного управления электроприводами постоянного и
переменного тока. Принцип построения релейно-контакторных систем управления. Способы
блокировки срабатывания релейных элементов. Построение релейных защит
электропривода. Принципы формирования закона управления на основе релейной логики.
Характерные ошибки при построении релейно-контакторных систем управления.
Раздел 2.
Методы
анализа
систем
автоматического
управления
электроприводами. Анализ систем автоматического управления электроприводами с
использованием циклограмм. Анализ систем автоматического управления электроприводами
на основе структурных формул булевой алгебры.
Раздел 3. Непрерывные системы управления в электроприводах. Непрерывные
системы управления частотой вращения электропривода постоянного тока. Модальное
управление, наблюдающие устройства. Непрерывные системы управления частотой
вращения электропривода переменного тока. Частотно-токовое управление. Векторное
управление. Преобразователи координат, преобразователи фаз, умножители. Датчики и
регуляторы системы векторного управления электроприводом переменного тока.
Раздел 4. Адаптивные системы управления электроприводами. Адаптивномодальное управление, адаптивный регулятор тока в системах электропривода постоянного
тока. Адаптивные системы управления электроприводами переменного тока.
Раздел 5. Управление положением электропривода. Непрерывные системы
управления положением электропривода. Режимы позиционирования объекта. Точность
удержания объекта в заданном положении. Отработка электроприводом внешних
возмущающих воздействий. Особенности построения систем позиционирования при
стохастическом характере возмущающего воздействия.
Раздел 6. Управление следящими электроприводами. Непрерывные системы
управления электроприводом, следящим за положением объекта. Режимы слежения за
положением объекта. Следящий электропривод. Точностные показатели в следящем
электроприводе.
Особенности
оптимизации
следящих
электроприводов
с
детерминированными и стохастическими воздействиями.
Раздел 7. Дискретные системы управления электроприводами. Синтез
дискретных систем управления электроприводами.
Раздел 8. Цифро-аналоговые системы управления электроприводами. Цифровые
датчики основных параметров автоматизированного электропривода. Аналого-цифровые и
цифро-аналоговые преобразователи электрических сигналов. Согласование цифровой и
аналоговой частей системы автоматического управления. Типовой электропривод
постоянного тока с реверсивным тиристорным преобразователем и с цифро-аналоговой
системой подчиненного регулирования. Особенности настройки аналогового контура
регулирования тока. Особенности настройки цифрового контура регулирования скорости.
Раздел 9. Цифровые системы управления электроприводами. Особенности учета
дискретности цифровых систем управления по уровню и по времени. Обобщенная
структурная схема цифровой системы управления и дискретная передаточная функция
системы электропривода. Синтез цифровых регуляторов. Особенности синтеза цифровых
регуляторов при заданной структуре системы подчиненного регулирования. Аппаратная и
программная реализация цифровых систем управления электроприводами.
Раздел 10. Системы управления электроприводами, построенные на основе
методов нечеткой логики. Принцип построения систем управления электроприводами на
основе методов нечеткой логики. Лингвистические переменные системы электропривода.
FUZZY - логическое регулирование. Дефаззифицирование. Идентификация фазового
сектора. Построение передаточной характеристики системы в трехмерном пространстве.
5.2. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№
пп
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Раздел дисциплины
Релейно-контакторные
системы
управления
электроприводами
Методы анализа систем автоматического управления
электроприводами
Непрерывные системы управления в электроприводах
Адаптивные системы управления электроприводами
Управление положением электропривода
Управление следящими электроприводами
Дискретные системы управления электроприводами
Цифро-аналоговые системы управления электроприводами
Цифровые системы управления электроприводами
Системы управления электроприводами, построенные на
основе методов нечеткой логики
Лекции,
час.
6
ЛР,
час.
4
16
6
8
6
6
8
12
8
12
3
8
4
2
2
8
6
8
4
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Лабораторная работа 1
Локальное управление асинхронным двигателем.
Лабораторная работа 2
Исследование привода при различных законах управления
Лабораторная работа 3
Исследование привода при квадратичном законе управления и в режимах
торможения.
Лабораторная работа 4
Синтез электрического селектора лифта на бесконтактной аппаратуре.
Лабораторная работа 5
Цифровой регулятор.
Лабораторная работа 6
Исследование автономного ШИМ – инвертора.
Лабораторная работа 7
Исследование устройства выявления координат привода переменного тока.
Лабораторная работа 8
Программирование микроконтроллера Siemens Simatik S7-200/
Лабораторная работа 9
Синтез регуляторов и расчет переходных процессов в электроприводе
постоянного тока.
Лабораторная работа 10
Синтез модального регулятора и расчет переходных процессов в
электроприводе постоянного тока.
Лабораторная работа 11
Исследование пускового тиристорного устройства и расчет переходных
процессов в электроприводе переменного тока.
Лабораторная работа 12
Исследование векторной системы управления асинхронным короткозамкнутым
двигателем.
Лабораторная работа 13
Исследование системы управления асинхронным короткозамкнутым
двигателем с прямым управлением моментом.
Лабораторная работа 14
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Исследование регулируемого привода переменного тока с асинхронным
короткозамкнутым двигателем при работе от активного выпрямителя.
Лабораторная работа №15.
Исследование регулируемого привода переменного тока с синхронным
двигателем с постоянными магнитами.
Лабораторная работа №16.
Исследование активного фильтра.
2
2
2
7. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ (РАБОТ)
- Системы управления электроприводом подъема экскаватора.
- Система управления электроприводом турбонагнетателя.
- Система управления электроприводом подъема бурового станка.
- Система управления тяговым электроприводом автосамосвала.
- Система управления электроприводом лебедки якорного позиционирования
плавучей буровой платформы.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
8.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. Учебник.- М.:
Академия. 2005.
2. Усынин Ю.С. Системы управления электроприводов. Учебное пособие. Челябинск: Изд. ЮУГТУ. 2001.
3. Белов М.П., Зементов О.И., Козярук А.Е. Инжиниринг электроприводов и систем
автоматизации. Учебное пособие. – М.: Академия. 2006.
4. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Прямое управление моментом в электроприводе
переменного тока машин и механизмов горного производства. Учебное пособие. – С-Пб,
СПГГИ (ТУ), 2008.
Дополнительная
5. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода. СПб.: Энергоатомиздат, 2000.
6. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. – М.:
Энергоатомиздат, 1987.
7. Зимин С.М., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. М.:
Высшая школа, 1975.
8. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.:
Энергоатомиздат, 1982.
9. Фишбейн В.Г., Фишбейн Э.Г. Микропроцессорные системы управления
тиристорными электроприводами. М.: Энергоатомиздат, 1986.
10. Рудаков В.В. Электроприводы с программным управлением и последовательной
коррекцией. Л.: Изд. ЛГИ, 1990.
11. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с
векторным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1987.
12. Дроздов В.Н., Мирошник И.В., Скорубский И.В. Системы автоматического
управления с микроЭВМ. Л.: Машиностроение, 1989.
13. Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В. Электромеханические системы с
адаптивным и модульным управлением. – Л.: Энергоатомиздат, 1984.
14. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С.Г. ГерманГалкин и др. Л.: Энергоатомиздат, 1986.
8.2. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
При изучении студентами настоящего курса предполагается использовать пакет
прикладных программ Matlab (США, для работы в среде Windows) для расчета переходных
процессов в современных системах автоматического управления электроприводов.
Помимо этого изучение курса поддерживается имеющимися в учебных аудиториях
кафедры ЭиЭМ информационными стендами.
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лабораторные работы проводятся в специально оборудованных аудиториях кафедры
ЭиЭМ:
 По 1-части курса (7 семестр) – ауд. 7209. В лаборатории установлены учебные стенды по
указанной части курса.
 По 2-й части курса (8 семестр) – ауд. 6309. В компьютерном классе кафедры ЭиЭМ
установлены компьютеры, оснащенные указанными выше расчетными программами,
для проведения лабораторного практикума студентов по указанной части курса.