Каскадное (подчиненное) и модальное управление

Разработку алгоритмов управления электроприводами технологических объектов разного производственного назначения выполняют, как правило, с учетом двух важнейших оценок качества — быстродействия (с учетом ограничений на потребляемую мощность) и связанной с ним производительности, а также интегральной квадратичной оценки ошибок управления и связанного с ней качества технологического процесса. Достижение положительных результатов по второй оценке предопределяет (с учетом энергетических ресурсов) положительный результат и по первой оценке.
В работе дан анализ методов синтеза оптимальных алгоритмов управления локальными и взаимосвязанными системами, и с позиции синергетической теории управления разработаны новые подходы к синтезу регуляторов в соответствии с оптимизирующими функционалами вида.
С единых позиций синтезируются алгоритмы управления локальными и взаимосвязанными объектами в режимах малых и больших отклонений переменных. На основе процедур агрегирования (получение из исходной модели эквивалентной ей модели с меньшим количеством переменных) и аттрактации (организации притягивающих множеств в фазовом пространстве) синтезируются алгоритмы управления, соответствующие функционалу и обеспечивающие оптимальность по быстродействию и точности.
В теории и практике управления взаимосвязанными электромеханическими системами сложилось направление, в котором формальные процедуры оптимального синтеза одномерных или многомерных регуляторов по тем или иным критериям используются редко. Чаще стремятся получить нормированные динамические процессы на основе типовых алгоритмов управления при малых и больших изменениях переменных, учитывая совокупность физических особенностей технических средств, на базе которых реализуется электромеханическая система.
Для автономных систем при малых изменениях переменных к ним относятся широко известные в методах каскадного (подчиненного) управления настройки контуров регулирования на «оптимум по модулю» (ОМ) и «симметричный оптимум» (СО), а в методах модального управления — стандартные распределения корней характеристических полиномов. Такая настройка соответствует стабилизирующим и следящим (контурным) режимам работы систем, а также режимам параболических, треугольных и трапецеидальных движений, характерных для больших изменений переменных и соответствующих пусковым, тормозным, циклическим, программно-логическим режимам работы систем электроприводов.
Последнее реализуется формированием соответствующих программных заданий на входы систем управления с использованием или без использования ограничений переменных регуляторов. Оптимизация динамических процессов при больших изменениях переменных осуществляется при условии оптимизации динамических процессов при малых изменениях переменных.
В унифицированных системах автоматизированных электроприводов, представляемых на рынок различными фирмами в виде управляемых преобразователей или комплектных ЭП, предусматривается, как правило, раздельное регулирование электромагнитного момента и тока двигателя. В частотно-регулируемых электроприводах переменного тока осуществляют регулирование модуля потока статора или ротора. В любых случаях структуры контуров регулирования электромагнитных переменных являются закрытыми для пользователя и возможна только настройка параметров в режиме самонастройки или в результате ввода в систему информации о параметрах используемого электродвигателя.
Поскольку включение электропривода в сеть и его работа при наличии только электромагнитных контуров невозможны, в основном электронном блоке контроллера привода предусматривается установка регулятора скорости, структура и параметры которого могут меняться. По отношению к контуру регулирования электромагнитного момента регулятор скорости включается и по структуре каскадного управления. Его же реализация, как и реализация регуляторов других механических переменных (положения, натяжения и др.), а также технологических переменных, может производиться методами каскадного и модального управления. Для этого, как правило, используют дополнительные интеллектуальные технологические модули.