关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 第8章自动控制系统的分析调试与故障的排除.ppt

第8章自动控制系统的分析调试与故障的排除.ppt

第8章自动控制系统的分析调试与故障的排除.ppt

上传者: 艾尔小茜茜 2018-09-15 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第8章自动控制系统的分析调试与故障的排除ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含第章自动控制系统的分析、调试与故障的排除 自动控制系统的分析步骤  在工程技术上经常会遇到陌生的控制系统。这时首先是搞清自动控制系统的工作原理(定性符等。

第章自动控制系统的分析、调试与故障的排除 自动控制系统的分析步骤  在工程技术上经常会遇到陌生的控制系统。这时首先是搞清自动控制系统的工作原理(定性分析)建立系统的数学模型然后对系统进行定量的估算和分析。关于分析系统的方法在前面各章中都已作了说明现再作一些补充的说明与分析。系统分析一般包括如下几个方面的内容:、了解工作对象对系统的要求、搞清系统各单元的工作原理、搞清整个系统的工作原理 了解工作对象对系统的要求这些要求通常是:.系统或工作对象所处的工况条件电源电压及波动范围[例如三相交流()V]供电频率及波动范围[例如()Hz]环境温度(例如~C)相对湿度(例如)海拔高度(例如m)等。.系统或工作对象的输出及负载能力额定功率(例如kW)及过载能力(例如)额定转矩(例如Nm)及最大转矩(例如额定转矩)速度对调速系统为额定转速(例如rmin)、最高转速(例如额定转速)及最低转速(例如额定转速)对随动系统则为最大跟踪速度(线速度νmax及角速度ωmax)(例如ms及rads)、最低平稳跟踪速度(线速度νmax及角速度ωmax)(例如cms及rads)最大位移(线位移及角位移)等。.系统或工作对象的技术性能指标 稳态指标 对调速系统主要是静差率(例如s)和调速范围(例如)对随动系统则主要是阶跃信号和等速信号输入时的稳态误差(例如mm或密位等)。 动态指标 对调速系统主要是因负载转矩扰动而产生的最大动态速降(例如rmin)和恢复时间(是指从扰动量作用开始到被调量进入并保持在离稳态值某一误差带内所需的时间。.系统或设备可能具有的保护环节 过电流保护过电压保护过载保护短路保护停电(或欠电压)保护超速保护限位保护欠电流失磁保护失步保护超温保护和联锁保护等。.系统或设备可能具备的控制功能 点动自动循环半自动循环各分部自动循环爬行微调联锁集中控制与分散控制平稳起动、迅速制动停车紧急停车和联动控制等。.系统或设备可能具有的显示和报警功能 电源通、断指示开、停机指示过载断路指示缺相指示风机运行指示熔丝熔断指示和各种故障的报警指示及警铃等。.工作对象的工作过程或工艺过程 在了解上述指标和数据的同时还应了解这些数据对系统工作质量产生的具体的影响。例如造纸机超调会造成纸张断裂轧钢机的过大的动态速降会造成明显的堆钢和拉钢现象仿形加工机床驱动系统的灵敏度直接影响到加工精度的等级再如传动试验台的调速范围就关系到它能适应的工作范围等。在提出这些指标要求时一般应该是工作对象对系统的最低要求或必需的要求因为过高的要求会使系统变得复杂成本显著增加。而系统的经济性始终是一个必须充分考虑的因素。  而在调试系统时则应留有适当的裕量因为系统在实际运行时往往会有许多无法预计的因素。同时还要估计到各种可能出现的意外故障并采取相应的措施以保证系统能安全可靠地运行。同样系统的可靠性也是一个始终必须充分考虑的因素 搞清系统各单元的工作原理对一个实际系统进行分析应该先作定性分析后作定量分析。即首先把基本的工作原理搞清楚这可以把电路分成若干个单元对每一个单元又可分成若干个环节。这样先化整为零弄清每个环节中每个元件的作用然后再化零为整抓住每个环节的输入和输出两头搞清各单元和各环节之间的联系统观全局搞清系统的工作原理。现以表所示的晶闸管直流调速系统的单元为例作一些说明。.主电路   主要是对电动机电枢和励磁绕组进行正常供电对它们的要求主要是安全可靠。因此在部件容量的选择上在经济和体积上相差不是太多的情况下尽可能选大一些。在保护环节上对各种故障出现的可能性都要有足够的估计并采取相应的保护措施配备必要的警报、显示、自动跳闸线路以确保主电路安全可靠的要求。  若主电路采用晶闸管整流则还应考虑晶闸管整流时的谐波成分对电网的有害的影响因此通常要在交流进线处串接交流电抗器或通过整流变压器供电。自动控制系统电动机(控制对象)主电路整流变压器(或交流电抗器)整流电路(单相或三相半控桥或全控桥可逆或不可逆等)(在可逆电路中又分为有环流或无环流等)电流互感器保护环节快速熔丝(短路保护)过电流继电器(过载保护)阻容吸收(交、直流两侧及元件两端)(吸收浪涌电压)过电压保护(硒堆、压敏电阻、电抗器等)检测电路检测装置(电流互感器、测速发电机、光电测速计、电磁感应测速计、光电码盘等)检测信号的分压或放大 检测信号的变换(如相敏整流)和滤波AD和DA变换等触发电路同步电源脉冲电源移相信号控制脉冲形成功率放大控制电路控制器(调节器)(如P、PD、PI、PID等调节器)给定积分器各种信号的综合 各种反馈环节(如电流、转速、电压等量的负反馈微分负反馈及截止负反馈等)及顺馈补偿。其他功能的控制(如点动调试、爬行调试、零速封锁、平稳启动、停车制动、最大电流限制等)辅助电路各种电源(如给定电压信号源、同步电压源、脉冲信号电源、运放器工作电源、电动机励磁电源等)继电保护电路或电子保护电路(如过电流继电保护、直流电动机失磁保护、快熔熔断后的缺相保护、逻辑控制保护、超速保护、限位保护及冷却风机的继电保护等)显示与报警电路(如电源指示开机、停机指示、过载断路指示、缺相指示、风机运行指示以及各种故障的报警等).触发电路主要考虑的是它的移相特性(即移相范围和线性度)控制电压的极性与数值以及它与晶闸管输出电压间的关系。此外还有同步电压的选择同步变压器与主变压器相序间的关系(钟点数)以及触发脉冲的幅值和功率能否满足晶闸管的要求各触发器的统调是否方便等等这些都涉及到触发电路与其他单元的联系需要进行综合考虑。.控制电路它是自动控制系统的中枢部分它的功能将直接影响控制系统的技术性能。对调速系统主要是电流和转速双闭环控制对恒张力控制系统除了电流、转速闭环外还要再设置张力闭环控制对随动系统除位置闭环外还可设置转速闭环。若对系统要求较高时还可设置微分负反馈或其他的自适应反馈环节。  对由运放器组成的调节器电路则还要注意其输入和输出量的极性输入、输出的限幅零飘的抑制和零速或零位的封锁等。.检测电路主要是检测装置的选择选择时应注意选择适当精度的检测元件若精度过高不仅成本增加而且安装条件苛刻若检测元件精度过低又无法满足系统性能指标要求因为系统的精度正是依靠检测元件提供的反馈信号来保证的。选择时还要注意输出的模拟量还是数字量对计算机控制则应选数字量输出对模拟控制则应选择模拟量输出否则还要增加AD(或DA)单元既增加费用又增加传递时间。此外检测装置要牢固耐用、工作可靠、安装方便并且希望输出信号具有一定的功率和幅值。.辅助电路则主要是继电(或电子)保护电路、显示电路和报警电路。继电保护电路没有电子线路那种易受干扰的缺点是一种有效而可靠的保护环节应给予足够的重视和考虑。但其灵敏度、快速性以及自动控制、自动恢复等性能不及电子保护线路。 搞清整个系统的工作原理  在搞清各单元、各环节的作用和各个元件的大致取值的基础上再集零为整抓住各单元的输入、输出两头将各个环节相互联系起来画出系统的框图。然后在这基础上搞清整个系统在正常运行时的工作原理和出现各种故障时系统的工作情况。自动控制系统的调试方法系统调试前的准备工作.了解工作对象的工作要求(或加工工艺要求)仔细检查机械部件和检测装置的安装情况。是否会阻力过大或卡死。因为机械部件安装得不好,开车后会产生事故,检测装置安装得不好(如偏心、有间隙、甚至卡死等)将会会严重影响系统的精度,形成振荡,甚至产生事故。系统调试是在各单元和部件全部合格的前题下进行的。因此在系统调试前要对各单元进行测试检查它们的工作是否正常并作记录记录要存档以便于追查事故原因。.系统调试是在按图样要求接线无误的前提下进行的。因此在调试前检查各接线是否正确、牢靠。特别是接地线和继电保护线路更要仔细检查(对自制设备或经过长途运输后的设备更应仔细检查、核对)。未经检查贸然投入运行,常会造成严重事故。.写出调试大纲。明确调试顺序。系统调试是最容易产生遗漏、慌乱和出现事故的阶段因此一定要明确调试步骤写出调试大纲并对参加调试的人员进行分工对各种可能出现的事故(或故障)事先进行分析并订出产生事故后的应急措施。.准备好必要的仪器、仪表。例如双踪示波器、高内阻万用表、代用负载电阻箱、慢扫描示波器或数字示波器、兆欧表和其他监控仪表(如电压表、电流表、转速表等)以及作为调试输入信号的直流稳压电源和印制电路接长板等。选用调试仪器时要注意选用仪器的功能(型号)、精度、量程是否符合要求要尽量选用高输入阻抗的仪器(如数字万用表、示波器等)以减小测量时的负载效应。此外还要特别注意测量仪器的接地(以免高电压通过分布电容窜入控制电路)和测量时要把弱电的公共端线和强电的零线分开(例如测量电力电子电路用的双踪示波器的公共线不可接强电地线)。.准备好记录用纸并画好记录表格。.清理和隔离调试现场使调试人员处于进行活动最方便的位置各就各位。对机械转动部分和电力线应加罩防护以保证人身安全。调试现场还应配有可切断电力总电源的“紧停”开关和有关保护装置还应配备灭火消防设备以防万一。 制订调试大纲的原则调试的顺序大致是:先单元后系统。先控制回路后主电路。先检验保护环节后投入运行。通电调试时先用电阻负载代替电动机待电路正常后再换接电动机负载。对调速系统和随动系统调试的关键是电动机投入运转。投入运行时一般先加低给定电压开环起动然后逐渐加大反馈量(和给定量)。对多环系统一般为先调内环后调外环。对加载试验一般应先轻载后重载先低速后高速高、低速都不可超过限制值。系统调试时应首先使系统正常稳定运行,通常先将PI调节器的积分电容短接(改为比例调节器)待稳定后再恢复PI调节器继续进行调节(将积分电容短接可降低系统的阶次有利系统的稳定运行但会增加稳态误差)。先调整稳态精度后调整动态指标。对系统的动态性能可采用慢扫描示波器或采用数字(记录性)示波器记录有关参量的波形(现在也可采用虚拟示波器来记录有关波形)。分析系统的动、稳态性能的数据和波形记录。对系统的性能进行分析找出系统参数配置中的问题以作进一步的改进调试。系统调试过程 今以双闭环直流调速系统为例来说明系统的调试过程。.系统控制回路各单元和部件的检查和测试(并记录有关数据)()拔出全部控制单元印制电路板断开电动机电枢主回路(可将平波电抗器一端卸开)。()检查各类电源的输出电压的幅值(如运放器工作电压给定信号电压触发器电源电压同步电压电动机励磁电压等)以及用来调试的给定信号电压。()核对主回路U、V、W三相电压的相序触发电路同步电压的相序以及它和主回路电压间的关系是否符合触发电路的要求(相序可用双线示波器来观察)。()触发电路调试。先调整其中的一块触发器。主要是检查输出触发脉冲的幅值与脉宽(用双线示波器观察下同)。然后通过改变调试信号电压(代替控制电压)来检查脉冲的移相范围(对三相全控桥则要求移相)。若移相范围过大或不够对锯齿波触发器则调节锯齿波斜率。在调好一块触发器后再以此为基准调试其他各块触发器若为双脉冲触发则应使两个脉冲间隔互为(若为锯齿波触发器则主要调节得使各锯齿波平行)。()调整电流调节器(ACR)和速度调节器(ASR)的运放电路。先检查零点飘移(整定运放器电路的调零电位器使之达到零输入时为零输出)。若调整后零点仍飘移则应考虑增设一个高阻值())的反馈电阻(如今许多运放模块内部已有抑制零飘功能毋需外部调整)。然后以调试信号电压输人整定其输出电压限幅值(一般为~V)。()对反馈信号电压(如及)在投入运行前先将调节电位器调至最上限(即使及为较大数值)这样在投入运行时不致造成电流和转速过大。同时还要检查反馈信号的极性与给定信号是否相反(若为负反馈的话)。.系统主电路、继电保护电路的检查和电流开环的整定()检查主电路时先将控制回路断路(可拔去.ASR和ACR运放插件)而以调试信号去代替ACR的输出电压去控制触发电路(调试信号通常通过印刷线路“接插件”接入)。改变调试信号即可改变整流装置输出电压。()在主电路输出端以三相电阻负载(灯泡或电阻箱)来代替电动机。合上开关接通主电路。()测定主电路输出电压与控制电压间的关系并调节触发电路的总偏置电压使时。()改变数值观察在不同控制角()时的波形是否正常(具体波形参见变流技术书籍)。()主电路小电流通电后可拔去一相快速熔丝以检验缺相保护环节的动作和报警是否有效。()检查电动机励磁回路断路时失磁保护是否正常。()调节调试信号使主电路电流达到最大允许电流即这时整定电流反馈分压电位器使电流反馈电压(~V)(此即整定电流反馈系数)。()若主电路设有过电流继电器则可调节电流至规定动作值然后整定过电流继电器动作并检验继电保护电路能否使主电路开关跳闸。.系统开环调试及速度环的整定由于电流环(内环)已经整定这里的开环主要指速度环(外环)开环。()电流环已经整定因此可插上电流调节器ACR的插件板并将ACR的反馈电容器短路(即将PI调节器改为P调节器)。这时速度调节器的输出()由调试信号来代替,先将调试信号电压调至零电动机电枢和励磁绕组均接上对应电源然后合上开关。观察主电路电压波形这时应该电动机不应该转动。若有爬行或颤动,则表明。这时应重新检查触发器、总偏置电压及电流调节器的运放电路以排除上述现象。()逐渐加大调试信号电压使电动机低速运行(工作对象应为空载电动机则为轻载)。这时应检查各机械部分运行是否正常主电路的电压及电流波形是否正常。()在开环低速运转正常的情况下逐渐增大转速同时监视各量的变化并作记录。当转速达到额定值时则整定速度反馈分压电位器使为给定电压的上限)。此即整定转速反馈系数。.系统闭环调试()由于速度环已整定可接上转速负反馈插上速度调节器ASR插件。先将ASR和ACR的反馈电容用临时线短接(即将PI调节器暂时改为P调节器)。并将调至零。合上开关然后逐步增大使转速上升继续观察系统机械运转是否正常有无振荡。观察输出电压、电流的波形并记录有关数值(例如等)。()待空载正常运行一段时间(几小时)后可分段如(…,)逐次增加负载至额定值并记录下等的数值。这时可作出机械特性曲线分析系统的稳态精度。()在系统稳定运行后可将调节器反馈电容两端的临时短路线拆除重复上述试验观测系统是否稳定特别是在低速和轻载时。若不稳定可适当降低电流调节器ACR的比例系数K适当增大ACR微分时间常数并适当增大反馈滤波电容量使电流振荡减小。当然电流振荡也与速度调节器ASR的参数有关也可同时适当降低ASR的比例系数K。适当增大ASR微分时间常数并适当增大速度反馈滤波电容。若仍不能稳定则对PI调节器再增加一个高阻值的反馈电阻。当然这会降低稳态精度。总之参数的调节首先保证系统稳定运行(然后是提高稳态精度)。()在系统稳定运行并达到所需要稳态精度后可对系统的动态性能进行测定和调整。这通常以开关作为阶跃信号观察并记录下主要变量如(对应转速n)(对应)等的响应曲线并从中分析调节器参数对系统动态性能的影响找出改善系统动态性能的调节趋向再作进一步的调整使系统动、静态性能逐渐达到要求的指标。 由专用的(或通用的)控制器驱动的自动控制系统的调试上节阐述的系统调试的方法通常用于新试制的控制系统(或非标设备或实验装置)。而如今许多控制系统多采用各种现成的(专用的或通用的)控制装置(市场产品)来进行控制。对现成的产品进行调试要简便得多但调试时仍要注意:  ()仔细、反复阅读控制器产品说明书摘录下要点列成表格用彩色笔醒目地标出重要注意事项并力争把这些全部记住(这是调试现成产品的关键)。  ()仔细检查控制对象有无故障(如机械传动、电气绝缘等是否正常)。 ()检查控制器与控制对象间的接线是否正确、牢靠。  ()根据说明书和系统对性能的要求对各种物理量逐一进行设定如转速(额定转速、最高转速、最低转速)正、反转向最大限制电流升、降速时的加速度(给定积分时间常数)采用的反馈方式(如位置负反馈或转速负反馈还是电压负反馈以及电流正反馈等)的选择PID调节器参数的选择与整定以及其他保护环节的选择等(这一切都要预先确定并做到心中有数)。  ()通电前可先将设定量先放在较低的量值上(如低压、低速、轻载、小电流等)若有可能也可先用电阻性负载来取代电动机进行测试。总之对现成的产品虽然它里面已设置较多的保护环节但调试者仍要仔细、按步就班地根据说明书一步一步地设定与调试并在调试时不断观察有无异常情况产生(如摩擦声振动声、焦味等)。 自动控制系统的维护、使用和故障的排除掌握要领、正确使用、维护检查、及时修理是提高生产效率保证产品质量充分发挥自动控制装置性能的根本保证。系统的维护和使用晶闸管、晶体管和集成电路等半导体器件的装置由于无机械磨损部分故维修简单。但由于装置中电子部件小巧对尘埃、温度和湿度要特别注意。  ()一般维护。保持清洁定期清理定期清扫尘埃时要断开电源采用吸尘或吹拭方法。要注意压缩空气的压力不能太大以防止吹坏零件和断线。吹不掉的尘埃可用布擦清扫工作一般自柜体上部向下进行接插件部分可用酒精或香蕉水揩擦。  ()长期停机再使用时要先进行检查检查项目如下:  外表检查:要求外表整洁无明显损伤和凹凸不平。  查对接线:是有松头、脱落尤其是现场临时增加的连线。  接地检查:必须保证装置接地可靠。  器件完整性检查:装置中不得有缺件对于易损的元件应该逐一核对已经损坏的或老化失效的元件应及时更换(如熔断器熔芯有无缺损转换开关转动、接触是否良好等)。  绝缘性能检查:由于装置长期停机可能带有灰尘和其他带电的尘埃而影响绝缘性能因此必须用兆欧表进行绝缘性能检查若较潮湿则应用红外灯烘干或低压供电加热干燥。  电气性能检查:根据电气原理进行模拟工作检查并且模拟制造动作事故查看保护系统是否行之有效。主机运转前电动机空载试验检查:可以参照上节“系统调试”中的电动机空负荷试验方法进行。 主机运转时系统的稳态和动态性能指标的检查:用慢扫描示波器查看主机点动、升速及降速瞬间电流和速度波形用双线或同步示波器查看装置直流侧的电压波形。检查系统性能、精度和主要参量的波形是否正常是否符合要求。()日常维护。经常查看各类熔丝特别是快速熔断器。快速熔断一般都有信号指示但也有可能信号部分失效因此可以在停电情况下用万用表R档测量熔丝电阻是否为Ω。有些连续生产的设备可以带电检查只要用万用表交流电压档测量若熔丝两端有高压则表明熔丝已经熔断。对大电流部分也要经常注意是否有过热部件是否有焦味、变色等现象。()定期检修。对于紧固件(晶闸管元件本身除外)在运行约个月时需检查一次其后~年再进行一次紧固。对保护系统~年需进行测试检查其工作情况是否正常。这可在停机情况下由控制部分通电进行检查并根据其原理制造模拟事故看其是否能有效保护(参见上节“系统调试”)。导线部分要查看有否过热、损伤及变形等有些地方需用V或V兆欧表检查其绝缘电阻。有条件的地方需经常用示波器查看直流侧的输出波形如发现波形缺相不齐要及时处理排除故障。 系统故障的检查与排除()表为晶闸管直流调速系统的常见故障产生这些故障的可能原因检查的方法和处理建议。()表FRNGPS系列变频器的故障情况、保护功能、检查要点和处理方法小结对一个实际系统进行分析应该先作定性分析后作定量分析。即首先把基本的工作原理搞清楚。这可以把电路分成若干个单元对每一个单元又可分成若干个环节。这样先化整为零弄清每个环节中每个元件的作用然后再化零为整抓住每个环节的输入和输出两头搞清各单元和各环节之间的联系统观全局搞清系统的工作原理。在这基础上可建立系统的数学模型画出系统的框图。在系统框图的基础上就可以分析那些关系到系统稳定性和动、稳态技术性能的参量的选择和这些参量对系统性能的影响。以便在调试实际系统时做到心中有数有的放矢。进行系统调试首先要做好必要的准备工作主要是检查接线是否正确和各单元是否正常并且准备好必要的仪器制订调试大纲明确并列出调试顺序和步骤。然后再逐步地进行调试并作好调试记录。当系统不稳定或性能达不到要求时则可从各级输出(如主回路的电压、电流调节器的输出电压反馈电压等)的波形中找出影响系统性能的主要原因。从而制订出改进系统性能的方案。出现故障时首先要仔细观察和记录故障的情况然后分析产生故障的各种可能的原因在这基础上逐一进行分析检查排除其中的非故障原因逐渐缩小“搜索圈”并最后找出产生故障的真正原因。再针对这原因采取相应的措施把故障排除使系统恢复正常。

用户评论(0)

0/200

精彩专题

上传我的资料

每篇奖励 +2积分

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

资料评价:

/21
¥19.9 购买

意见
反馈

立即扫码关注

爱问共享资料微信公众号

返回
顶部