Теорія електропривода: Підручник / М. Г. Попович, М. Г. Борисюк, В. А. Гаврилюк та ін.; За ред. М. Г. Поповича. – К.: Вища шк., 1993. – 494 с. 6 страница

Рис. 2.6 СУ на основе операционного усилителя

В результате, коэффициент усиления ОУ определяется только отношением сопротивлений обратной связи Rос к входному Rвх.

(2.5)

4. Цифровой суммирующий усилитель (сумматор)- алгебраически суммирует на входе код сигнала задания и код сигналов ОС. На выходе цифрового сумматора имеется код разности входных сигналов.

Особенности структуры системы с СУ:

1) Простота технологической реализации;

2) Высокое быстродействие;

3) Возможность получения различных по качеству ПП и различных статических характеристик за счет введения ОС с отсечкой.

ОС с отсечкой начинает действовать тогда, когда ее сигнал превышает уровень отсечки, до этого он будет равным нулю.

Недостатки структуры системы с СУ::

- невозможность регулирования отдельных координат, поскольку они все взаимосвязаны;

- сложность синтеза ОС и настройки системы;

- необходимость проверки устойчивости системы;

- сложность ограничения промежуточных координат.

2. Структура с независимым регулированием координат.

В данной структуре (рис.2.7) для каждой регулируемой переменой установлен отдельный регулятор. Разделение процессов регулирования производится во времени таким образом, чтобы в каждый момент времени работал только один контур регулирования. Это позволит независимо обеспечить для каждой переменной заданные статические и динамические показатели.

Подобные структуры относятся к классу систем с переменной структурой. Они содержат логическое переключающее устройство ЛПУ, которое переключает контуры регулирования в зависимости от времени или по заданной программе.

Рис. 2.7 Структура с независимым регулированием координат.

На рис. 2.7 обозначены: ЛПУ – логическое переключающее устройство; Р1-Р3 – регуляторы.

Достоинства структуры с независимым регулированием координат:

- возможность независимо регулировать каждую координату.

Недостатки структуры:

- сложность технической реализации ЛПУ;

- относительная сложность синтезу регулятора, который должен компенсировать сразу несколько постоянных времени объекта.

3. Структуры с подчиненным регулированием координат (СПР).

СПР строится таким образом, что для каждой регулируемой переменной имеется свой локальный регулятор в виде последовательного корректирующего звена (рис. 2.8).

Рис. 2.8 Последовательное и параллельное корректирующие звенья.

Выход регулятора является заданием на внутренний контур регулирования. Таким образом, внутренний контур регулирования подчинен внешнему.

Задачей регулятора в системе СПР является:

1. Компенсация «большой» постоянной времени в контуре регулирования;

2. Обеспечения не только устойчивости, но и заданного качества ПП;

3. Обеспечения ограничения координат подчиненного контура;

4. Обеспечения заданной статической характеристики данного контура;

5. Создания условий работы внешнего контура за счет придания замкнутому внутреннему контуру передаточной функции стандартного вида.

На рис.2.9 приведена структура двухконтурной СПР регулирования скорости. Она содержит внутренний контур регулирования тока с регулятором тока РТ и внешний контур регулирования скорости с регулятором скорости РС.

Рис. 2.9 Двухконтурная СПР регулирования скорости.

На рис. 2.9 обозначены: Кт, Кс – коэффициенты обратной связи по току и скорости.

Достоинства систем СПР:

- стандартные настройки контуров регулирования, обеспечивающие заранее известный переходный процесс в контуре и стандартный регулятор;

- простой аналитический расчет регуляторов, начиная с внутреннего контура.

Недостатки:

- быстродействие СПР уменьшается с увеличением числа контуров регулирования в системе.

Литература: 1, с. 213-218, с. 232-234; 2, с. 396-399.

СРС: Определение статизма системы. Астатические системы.

Литература: 1, с. 213-218, с. 232-234; 2, с. 396-399.

Контрольные вопросы:

1.Приведите основные показатели регулирования координат ЭП.

2. Приведите типовые структуры замкнутых систем ЭП.

3. На каких принципах реализуют суммирующие усилители?

4. Каковы задачи регулятора в системе СПР?

5. Назовите достоинства и недостатки систем СПР.

ЛЕКЦИЯ 13

Стандартные настройки контуров СПР

Настроить контур СПР - это значит, таким образом выбрать передаточную функцию регулятора в контуре, чтобы обеспечить стандартную переходную характеристику в замкнутом контуре.

Настройку СПР начинают с внутреннего контура регулирования. Контур регулирования СПР с единичной обратной связью представлен на рис. 2.10.

W_p.c.(p)

X_вых.

Рис. 2.10 Контур регулирования СПР

На рис. 2.10 обозначено: , W_р.с.(р) – передаточные функции объекта регулирования, регулятора и разомкнутой системы.

Объект регулирования в контуре , как правило, имеет одну большую постоянную времени и несколько малых постоянных времени. Пусть передаточная функция объекта регулирования имеет вид:

, (2.6)

где – коэффициент передачи объекта регулирования;

– малая постоянная времени.

При синтезе регулятора малые постоянные времени объединяются в одну и заменяються одним апериодическим звеном с малой некомпенсируемой постоянной времени

(2.7)

Если объект имеет несколько больших постоянных времени, то его разбивают обратными связями на несколько контуров.

В задачу регулятора контура системы СПР входит компенсация большой постоянной времени Т₀ и коэффициента усиления объекта , а также, формирование желаемой или стандартной динамики контура.

Различают две основные настройки СПР:

1) Настройка контура на модульный (технический или экономический) оптимум (МО). Эта настройка контура обеспечивает в полосе рабочих частот замкнутого контура модуль частотной характеристики близкий к единице.

При настройке на МО желаемая передаточная функция разомкнутой системы при единичной обратной связи имеет вид:

(2.8)

Если обратная связь в контуре регулирования не единична, то числитель (2.8) принимают равным обратному значению коэффициента обратной связи в контуре

Желаемая логарифмическая амплитудная характеристика (ЛАХ) разомкнутого контура имеет вид, приведенный на рис. 2.11:

Рис. 2.11 Желаемая ЛАХ разомкнутого контура при настройке на МО.

Передаточная функция желаемого замкнутого контура:

𝜉=

(2.9)

Переходная функция (реакция на скачок задания) желаемого замкнутого контура будет иметь вид, представленный на рис. 2.12.

Рис. 2.12 Переходная характеристика контура, настроенного на МО.

При настройке контура на МО время регулирования составляет , перерегулирование .

Необходимая передаточная функция регулятора находится аналитически:

(2.10)

Поскольку контур имеет высокое демпфирование, то его передаточную функцию можно упростить, пренебрегая малым коэффициентом при старшей степени:

(2.11)

Недостатки настройки контура на МО: контур имеет статизм по возмущающему воздействию.

2) Настройка контура СПР на симметричный оптимум (СО).

Настройка контура на СО применяется для устранения статической ошибки в контуре регулирования. С этой целью в передаточную функцию желаемой разомкнутой системы вводится дополнительное интегрирующее звено:

(2.12)

ЛАХ разомкнутого контура симметрична относительной частоты среза, (рис. 2.13), чем и обусловлено название настройки.

Желаемая передаточная функция замкнутого контура:

(2.13)

Рис. 2.13 Желаемая ЛАХ разомкнутого контура при настройке на СО.

Переходная характеристика замкнутого контура, настроенного на СО приведена на рис. 2.14:

Рис. 2.14 Переходная характеристика контура, настроенного на СО.

При настройке контура на СО время регулирования составляет , перерегулирование .

Для устранения значительного перерегулирования на входе контура устанавливается апериодический фильтр с постоянной времени 4Т_µ:

(2.14)

После установки фильтра (2.14) контур становится существенно задемпфированым и передаточную функцию замкнутого контура можно представить:

(2.15)

Достоинства настройки контура СПР на СО: отсутствие статической ошибки по возмущению в контуре и то, что переходный процесс по возмущению определяется только малыми постоянными времени.

Недостатком настройки является то, что быстродействие контура снижается вдвое по сравнению с настройкой на МО.

Литература: 1, с. 242-255; 2, с. 442-453.

СРС: Альтернативные настройки систем СПР.

Литература: 1, с. 242-255; 2, с. 442-453.

Контрольные вопросы:

1.Зависит ли переходная характеристика контура СПР от его параметров?

2. Как определить передаточную функцию регулятора системы СПР?

3. Каковы показатели качества при настройке контура на МО?

4. Каковы показатели качества при настройке контура на СО?

5. Назовите достоинства и недостатки настроек систем СПР.

ЛЕКЦИЯ 14

Тема 2.1. Регулирование момента (тока) в электроприводе

1. Реостатное регулирование момента

Значение момента двигателя и его скорости при данном М_с определяется механической характеристикой двигателя. Изменяя параметры и воздействия, от которых зависит вид механической характеристики, можно изменить М при данной скорости.

Из анализа уравнений обобщенного двигателя М=β(ω₀-ω), где β - модуль жесткости, следует, что отклонение момента от требуемого значения при изменении скорости тем больше, чем выше модуль жесткости.

Таким образом, для регулирования момента, наиболее эффективно использовать параметры, позволяющие существенно уменьшить β.

Таким параметром есть сопротивление якоря или ротора двигателя.

Схема реостатного регулирования момента и тока ДПТ и АД приведены на рис. 2.15:

Рис. 2.15 Схемы реостатного регулирования момента и тока.

При введении добавочного сопротивления, искусственная механическая характеристика ДПТ и АД на линейном участке принимает вид (рис. 2.16):

Рис. 2.16 Механические характеристики

Точность поддержания момента определяемая при заданных пределах изменения скорости, равна:

(2.16)

При увеличении добавочного сопротивления, относительная точность регулирования момента не меняется, а абсолютные ошибки уменьшаются.

Для поддержания момента в заданных пределах, при широких пределах изменения скорости, необходимо по мере изменения скорости, ступенчато или плавно изменять добавочное сопротивление в цепи якоря или ротора.

Необходимый закон изменения добавочного суммарного искусственного сопротивления

можно получить из уравнения искусственной механической характеристики. Учитывая, что жесткость искусственной механической характеристики:

(2.17)

где , – суммарные сопротивления силовой цепи на естественной и искусственной характеристиках соответственно.

Уравнение искусственной механической характеристики:

(2.18)

Для поддержании момента на заданном уровне М₁=const, из (2.18) следует:

(2.19)

Согласно (2.19), для поддержании момента на заданном уровне при уменьшении скорости ω, должно линейно увеличиваться (рис. 2.17). Это достигается изменением введенного добавочного сопротивления в якорной цепи в функции скорости.

Рис. 2.17 Изменение добавочного сопротивления.

2Релейное регулирование тока (момента) АД с фазным ротором

Высокую плавность реостатного регулирования момента обеспечивают способы автоматического регулирования R_добв целях поддержания момента.

Функциональная схема релейного автоматического регулирования тока и момента АД приведена ниже (рис.2. 18).

Рис. 2.18 Функциональная схема релейного регулятора тока АД.

Напряжение на входе релейного элемента (РЭ) равно:

, (2.20)

где – напряжение задания на требуемое значение тока;

– напряжение обратной связи по току;

– коэффициент обратной связи по току.

Характеристики идеального и реального реле приведены на рис. 2.19:

Рис. 2.19 Характеристики идеального (а) и реального (б) реле

Выходное напряжение релейного регулятора управляет силовым транзисторным ключом.

При открытом ключе ток I_d нарастает, увеличивается напряжение U_от, отрицательная разность между U_зт и U_от становится равной зоне нечувствительности РЭ. Релейный элемент выключается, ключ закрывается, и ток начинает спадать. При этом положительная разность U_зт - U_от увеличивается, релейный элемент включается и ток опять начнет нарастать.

Кривая изменения тока I_d приведена на рис.2.20:

Рис.2.20 Кривая изменения тока I_d

Точность поддержания тока определяется шириной петли гистерезиса релейного элемента.

Автоматическое регулирование тока (момента)

1. Регулирование тока (момента) в системе управляемый преобразователь-двигатель (УП-Д) с отрицательной ОС по току

Автоматическое поддерживание постоянного момента электропривода по системе УП-Д обеспечивается введением отрицательной обратной связи по току двигателя.

Функциональная схема системы приведена на рис. 2.21:

Рис. 2.21 Функциональная схема системы УП-Д с отрицательной ОС по току.

Получим уравнения механической характеристики в системе с отрицательной обратной связью по току.

ЭДС преобразователя равна:

, (2.21)

где – коэффициент усиления силового преобразователя;

– коэффициент обратной связи по току.

Уравнение для якорной цепи:

(2.22)

где - суммарное сопротивление якорной цепи.

Уравнение ЭДС двигателя:

(2.23)

Подставим уравнения (2.21) и (2.23) в уравнения (2.22):

(2.24)

Разделим уравнение (2.24) на и выразим из полученного уравнения .

Получим уравнение электромеханической характеристики в замкнутой системе:

(2.25)

Выразим ток из уравнения для момента двигателя:

(2.26)

(2.27)

Подставим выражение для тока (2.27) в (2.25) и получим уравнение механической характеристики:

(2.28)

Жесткость механической характеристики:

(2.29)

Жесткость зависит от коэффициента обратной связи по току. Чем выше коэффициент обратной связи по току, тем «мягче» характеристика, то есть ниже ее жесткость.

Пусть нам необходимо получить заданное значение момента стопорения привода (рис. 2.22):

Kот2

Kот1

Kот0

Рис. 2.22

Для этого положим в формуле (2.28) ω=0 , выразим необходимое напряжение U_зт и получим:

(2.30)

Из формулы (2.30) следует, что необходимый момент стопорения М_ст может быть получен при заданных значениях тока и разных значениях К_от.

Этому соответствует семейство механических характеристик при разных К_от,приведенное на рис. 2.19.

При отсутствии обратной связи по току К_от=0, для получения М_ст необходимо небольшое значение U_зт, которое обеспечит получение ЭДС преобразователя, равное падению напряжения на остановленном двигателе при токе стопорения.

Увеличение коэффициента К_от приводит к необходимости увеличения U_зт и ЭДС преобразователя.

При больших коэффициентах К_от будет сказываться ограничение выходного напряжения преобразователя на уровне Е_п_max.

Статическая точность регулирования момента в системе ограничена сильным возмущением, оказываемым внутренней обратной связью по ЭДС двигателя. Ее влияние (ЭДС) тем больше, чем меньше коэффициент обратной связи по току.

Благодаря своей простоте, одноконтурная схема с отрицательной обратной связью по току нашла применение в тех случаях, когда при регулировании момента не требуется регулирование скорости.

Литература: 1, с. 263-269, 273-275; 2, с. 455-456, 467-470.

СРС: Поясните, в каких пределах может изменяться коэффициент обратной связи по току в системе УП-Д для получения заданного момента стопорения М_ст.

Литература: 1, с. 263-269, 273-275; 2, с. 455-456, 467-470.

Контрольные вопросы:

1. Как зависит отклонение момента от требуемого значения при изменении скорости от жесткости механической характеристики?

2. Как следует изменять добавочное сопротивление в силовой цепи для поддержании момента на заданном уровне при изменении скорости?

3. Чем определяется точность поддержания тока в релейной системе автоматического регулирования тока и момента АД?

4. Как зависит жесткость механической характеристики от коэффициента обратной связи по току в системе УП-Д с отрицательной ОС по току?

5. От чего зависит точность регулирования момента в системе УП-Д с отрицательной ОС по току и как ее повысить?

ЛЕКЦИЯ 15

Регулирование тока (момента) в системе (УП-Д) с положительной ОС по скорости (комбинированая САУ)

Эффективным средством уменьшения зависимости момента от скорости является использование формирующей положительной ОС по скорости двигателя, то есть переход к комбинированному управлению.

Функциональная схема комбинированной системы приведена на рис. 2.23:

kпсω

Рис. 2.23 Функциональная схема комбинированной САУ.

Сигнал положительной обратной связи по скорости К_пс·ω снимается с тахогенератора BR.

Запишем уравнение для статического режима в данной системе:

ЕДС на выходе преобразователя:

(2.31)

Уравнение для якорной цепи:

(2.32)

Уравнение ЭДС двигателя:

(2.33)

Для получения статической механической характеристики в данной замкнутой системе регулирования, подставим значение ЕДС из уравнений (2.31) и (2.33) в уравнение (2.32):

(2.34)

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 Следующая ⇒