В работе [2] описана математическая модель определения параметров модального регулятора желаемой формы, проведено исследование качественных показателей переходных режимов при управлении электродвигателем рольганга прокатного стана c традиционными структурами регуляторов систем подчиненного регулирования, оценены показатели эффективности применения модальных регуляторов в системах управления электрических приводов.

В рамках развития исследовательской работы [3] выполнен синтез модального регулятора (МР) для двухмассового электропривода с нежестким механическим звеном. Упругое звено с коэффициентом жесткости С₁₂ связывает две массы: ротора и рабочего органа с моментами инерции J₁и J₂. В подобной системе при определенном соотношении параметров возможен незатухающий колебательный процесс изменения параметров режима электропривода. СМУ должна обеспечить заданные показатели в статике и динамике, устойчивость и стабилизацию движения.

Функциональная схема двухмассовой электромеханической системы с МР приведена на рис.1.

Рисунок 1 – Функциональная схема двухмассовой ЭМС с МР

Основные элементы схемы:

- усилитель У с коэффициентом усиления К_у,

- тиристорный преобразователь ТП с ЭДС Е_п ,коэффициентом усиления К_п и постоянной времени Т_п,

- двигатель постоянного тока независимого возбуждения Д с коэффициентом передачи К_д, сопротивлением якорной цепи R_я, электромагнитной T_э и электромеханической Т_м постоянными времени, угловой скоростью ω и моментом трения М_с1,

- модальный регулятор с коэффициентами передачи входов К_о1 - К_о5,

- упругое звено кинематическая цепь (КЦ) с коэффициентом жесткости С_12,

- рабочий орган РО с моментом инерции J₂ и моментом сопротивления М_с2.

Напряжение управления U_y формируется сравнением напряжения задания U_з и напряжения модального регулятора U_р.

Структурная схема моделирования этой системы приведена на рис. 2.

Рисунок 2 – Структурная схема моделирования двухмассовой ЭМС с МР

Расчеты проведены для электропривода рольганга с нежесткой механикой широкополосного стана горячей прокатки мощностью 25 кВт, 1000 об/мин. Показатели качества переходных процессов подобных устройств определяют эффективность, производительность и надежность работы прокатного оборудования.

В программном пакете MATLAB проведено моделирование процесса управляемого пуска системы без нагрузки. В качестве возмущения рассмотрен скачок нагрузки до номинала через 3 с. Графики изменения основных параметров режима (тока якоря I и скоростей двух масс w1 и w2) при управлении и возмущении приведены на рис. 3.

Рисунок 3 – Графики изменения параметров режима системы с МР

Результаты анализа изменения основных параметров при управлении и возмущении (время переходного процесса t_пп, перерегулирование σ, статическая ошибка ε и показатель колебательности М) сведем в таблицу 1.

Перерегулирование σ характеризует динамическую ошибку начала переходного процесса, а показатель колебательности М – количество полных колебаний до достижения установившегося режима.

Таблица 1 – Основные показатели качества регулирования

Анализ параметров и их сравнение с результатами исследования систем подчиненного регулирования [2,3]  показывает, что САУ ЭМС с модальным управлением позволяет существенно улучшить показатели качества переходных процессов: повысить быстродействие и устранить колебательность.

Выводы:

1. Разработана математическая модель системы управления двухмассовой электромеханической системы с использованием модального регулятора желаемой эталонной формы на примере электропривода рольганга широкополосного листового прокатного стана.

2. Проведено исследование показателей качества переходных процессов САУ нелинейной двухмассовой ЭМС с модальным регулятором.

3. Показана высокая эффективность использования модального управления электроприводами в металлургических агрегатах с нежесткой механикой .