Онищенко Г.Б. Электрический привод

Подождите немного. Документ загружается.

2. Системы регулирования скорости, в которых задание скорости опре-

деляется оператором и отрабатывается электроприводом с требуемой точно-

стью.

3. Следящие системы электропривода - это замкнутые системы регули-

рования положения в соответствии с произвольно изменяющимся входным

сигналом управления, обеспечивающим воспроизведение рабочим органом

движения объекта слежения. Следящие системы применяются в электроприво-

дах копировально-фрезерных станков

, в системах наведения радиолокацион-

ных станций, которые работают в режиме слежения за летящими и при этом

маневрирующими объектами и др.

4. Системы с программным управлением - это системы, в которых при

выполнении технологического процесса сигнал задания и регулируемые пара-

метры изменяются по заданному закону, заложенному в программное устрой-

ство. Системы электропривода с

числовым программным управлением находят

применение в приводах металлорежущих станков.

5. Адаптивные системы - это такие замкнутые системы регулирования,

в которых автоматически выбираются целесообразные режимы работы элек-

троприводов в зависимости от конкретной технологической ситуации и усло-

вий работы объекта.

Системы регулирования электроприводов постоянного тока ТП-Д вы-

полняются

- с суммирующим усилителем;

подчиненным регулированием параметров электропривода.

Системы регулирования частотно-управляемых асинхронных элек-

троприводов по принципам регулирования различаются:

- системы параметрического управления;

- частотно-токовые системы управления;

- системы векторного управления.

10.5. Система регулирования электропривода постоянного тока с

суммирующим усилителем

Функциональная схема электропривода постоянного тока по системе

ТП-Д с обратной связью по скорости приведена на рис. 10.9. Уравнение меха-

нических характеристик для этой системы в соответствии с (4.7) будет:

замк

ββ

ωω

−=−=

(10.1)

где: ω

0з

- скорость холостого хода в замкнутой системе регулирования;

замк

- абсолютные значения жесткости механических характеристик в

замкнутой системе управления;

- э.д.с. преобразователя, питающего якорную цепь двигателя.

Как было показано в разделе 4.2, в системах управления с отрицатель-

ной обратной связью по скорости жесткость β механических характеристик

замк

увеличивается по сравнению с жесткостью характеристик в разомкнутой

системе в (1+К) раз, где К - коэффициент усиления разомкнутой системы. Для

рассматриваемой схемы этот коэффициент будет

ккк

спу

= (10.2)

Здесь: к

- коэффициент усиления усилителя;

- коэффициент усиления преобразователя;

= u

осс

/ω - коэффициент обратной связи по скорости;

С=кФ - машинная постоянная.

Электропривод с рассматриваемой схемой управления описывается

следующей системой уравнений

яцяd

упуd

сзсоссзсу

IСМ

RIСU

иккU

кииии

⋅=

+⋅=

−

(10.3)

Из этих уравнений получим выражение для механических характери-

стик привода в замкнутой системе

)1()1( К

Кк

ки

зс

−

(10.4)

Механические характеристики и принцип их формирования в замкну-

той по скорости системе управления представлена на рис.4.5. Из (10.4) следует,

что для увеличения жесткости механических характеристик нужно увеличивать

коэффициент усиления К, что может достигаться увеличением коэффициента

усилителя к

Обычно по условиям эксплуатации технологических установок и усло-

виям коммутации на коллекторе двигателя необходимо ограничивать макси-

мальный момент, развиваемый двигателем, на уровне (2+3)М

. С этой целью в

замкнутых системах электропривода применяется задержанная отрицательная

обратная связь по току якоря, называемая токовой отсечкой. Функциональная

схема электропривода постоянного тока с отрицательной обратной связью по

скорости и токовой отсечкой приведена на рис. 10.10. Токовая отсечка в этой

схеме реализована на стабилитронах VS1 и VS2. Уравнения цепи обратной свя-

зи по

току будет:

ост

= 0, если |I

| ≤ I

отс

ост

= (|I

| - I

отс

)к

, если |I

| > I

отс

- ток якоря, при превышении которого вступает в действие отрица-

тельная обратная связь по току;

ест

- сигнал (напряжение) отрицательной обратной связи по току.

В результате совместного действия

отрицательных обратных связей по ско-

рости и току формируется механическая ха-

рактеристика (см. рис. 10.11), которая состоит

из двух участков: рабочего(1) с высокой же-

сткостью и участка (2) ограничения момен-

та. На рабочем участке, пока не действует

отрицательная обратная связь по току, меха-

нические характеристики описываются уравне-

нием (10.4).

При I

> I

отс

работа электропривода может быть описана следую-

щими уравнениями

яцяd

упуd

Тотсясзсостоссзсу

IСМ

RIСЕ

иккЕ

кIIкиииии

⋅=

+⋅=

−

−=

)(

(10.5)

В результате решения этой системы уравнений относительно ой полу-

чим уравнение механической характеристики для второго участка

)1(

кккR

КС

Мккк

КС

икк

ТпуяцотсТпузспу

⋅

−

(10.6)

Первые два слагаемых уравнения (10.6) определяют скорость идеального холо-

стого хода механической характеристики для второго участка

020102

Жесткость механической характеристики на втором участке будет

тпуяц

замк

кккR

КС

)1(

Э.д.с. преобразователя U

при работе двигателя с замкнутой системой

управления не остается постоянной, а изменяется в соответствии с уравнением

яц

На рабочем участке механической характеристики скорость примерно

постоянна. С увеличением нагрузки на валу двигателя U

возрастает. После пе-

рехода на второй участок и дальнейшем повышении нагрузки скорость снижа-

ется до нуля, наступает режим стопорения и U

уменьшается до величины

RМ

яцст

Таким образом, для формирования желаемой механической характери-

стики преобразователь должен иметь необходимый запас по величине Е

в со-

ответствии с соотношением

яцотснмаксd

RIСU

В этом случае жесткость верхней механической характеристики β

замк1

будет постоянной при всех нагрузках в плоть до М

отс

10.6. Многоконтурные системы с подчиненным регулированием

параметров электропривода

Для решения задач синтеза замкнутых систем электропривода, обла-

дающих хорошим быстродействием и желаемым характером переходных про-

цессов, разработан инженерный метод синтеза, получивший название метода

последовательной коррекции с подчиненным регулированием параметров или

сокращенно метод подчиненного регулирования.

После формирования требуемых статических характеристик в электро-

приводе с системой регулирования с суммирующим усилителем может ока-

заться, что его динамические характеристики (поведение системы в переход-

ных режимах) будут неприемлемы: будет велика колебательность, перерегули-

рование, недостаточно быстродействие. В этом случае необходимо введение в

систему регулирования корректирующих устройств и/или гибких обратных

связей, действующих только во время переходных процессов. Методы коррек-

ции динамических характеристик в схемах с суммирующим усилителем рас-

смотрены в специальной литературе, например в [4].

Поскольку системы с суммирующим усилителем сложны в наладке, они

настоящее время применяются только для электроприводов с невысокими

требованиями к диапазону и качеству регулирования, уступив место системам

подчиненного регулирования параметров электроприводов.

Принцип подчиненного регулирования состоит в том, что каждый для

каждого из регулируемых параметров: тока, скорости и, если нужно, положе-

ния, организуется свой контур регулирования, содержащий объект регулирова-

ния, регулятор

и отрицательную обратную связь по регулируемому параметру.

В системах электропривода внутренним контуром является контур тока.

В системе привода ТП-Д объект регулирования в контуре тока состоит

из двух звеньев: тиристорного преобразователя ТП и цепи якоря двигателя по-

стоянного тока (см. рис.8.10).

Строго говоря, тиристорный преобразователь нельзя рассматривать как

пропорциональное звено с

передаточной функцией К

ТП

. Тиристорный преобра-

зователь по принципу своей работы является дискретным элементом. Воздей-

ствие на управляемый преобразователь осуществляется импульсно, подачей

отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора. После включения

очередного тиристора воздействие на преобразователь возможно только спустя

некоторое время, когда система импульсно-фазового управления подает им-

пульс на отпирание очередного тиристора. Поэтому тиристорный

преобразова-

тель следует рассматривать как динамическое звено с запаздыванием или при-

ближенно как апериодическое звено с постоянной времени Т

равной средней

величине запаздывания

)(

рТ

рW

ТП

(10.7)

Величина Т

принимается в пределах 0,0034-0,01с. Полупроводниковые

преобразователи с широтно - импульсным управлением также удобно пред-

ставлять в виде апериодического звена с постоянной времени

ТП

где f

- несущая частота ШИР-преобразователя. Эти преобразователи

обладают высоким быстродействием, т.к. несущая частота обычно составляет

несколько кГц.

Якорная цепь двигателя описывается апериодическим звеном с «боль-

шой» постоянной времени Т

(см.8.16)

)(

рТ

рW

(10.8)

Расчетная структурная схема контура тока представлена на рис. 10.12.

Найдем передаточную функцию регулятора тока W(p)

, который вклю-

чается последовательно с объектом регулирования. Тип регулятора выбирается

из условия, чтобы скомпенсировать «большую» постоянную времени в объекте

регулирования, т.е. Т

. Для этого в составе регулятора должно быть форсирую-

щее звено W(p) = Т

р + 1, которое компенсирует запаздывание, обусловленное

апериодическим звеном в объекте регулирования (см. 10.8).

Поясним, что ликвидировать постоянную времени в объекте регулиро-

вания нельзя, она вызвана физической природой объекта. Уменьшить вызван-

ное ею запаздывание можно, приложив к цепи якоря большее форсировочное

напряжение, которое затем регулятором будет снято.

Исходя из указанных соображений, передаточную функцию регулятора

тока принимают в следующем виде:

рТ

кК

рТ

ИТ

РТ

ИТ

ТТП

МТ

РТ

)( +=

(10.9)

где:

ТТП

МТИТ

кК

аТ

- постоянная времени интегрирования регулято-

ра тока;

РТ

= Т

/Т

ИТ

- коэффициент усиления регулятора тока.

Следовательно, регулятор тока представляет собой пропорционально-

интегральное звено. Передаточная функция контура тока, оптимизированного в

соответствии с (10.9) имеет вид:

)(

⋅=

рТарТа

рW

ТМТТМТ

КТ

μμ

Учитывая, что

очень мало, это выражение можно упростить и счи-

тать, что оптимизированный контур тока имеет передаточную функцию

)(

⋅=

рТа

рW

ТМТ

КТ

(10.10)

При ступенчатом сигнале и

зТ

установившаяся ошибка регулирования

тока равна нулю.

Передаточной функции контура тока в виде (10.10) соответствует так

называемая настройка на модульный оптимум. При

стандартной настройке а

МТ

, принимается равной а

МТ

= 2. При такой на-

стройке при подаче на вход контура единичного ступенчатого сигнала пере-

ходный процесс будет иметь следующие показатели: время нарастания до за-

данного значения t

= 4,7Т

μТ

, время переходного процесса t

пп

= 8,4Т

μТ

, перерегу-

лирование σ = 4,3 %.

Переходный процесс в контуре тока у = I

= f(t) при на настройки на

модульный оптимум показан на рис. 10.13.

Коэффициент обратной связи по току рассчитывается из соотношения

допмакс

зТмакс

где: и

зТмакс

=8В - для серийных операционных усилителей с учетом воз-

можных перерегулирований.

макс.доп

- максимально допустимый ток якоря.

ПИ-регулятор тока обычно реализуется на операционных усилителях по

схеме рис.10.14. Для этой схемы

освхИТвхосРТ

СRТRRК

В системе подчиненного регулирования заданием на контур тока явля-

ется выходной сигнал регулятора скорости.

В контуре скорости объектом регулирования в соответствии со струк-

турной схемой двигателя постоянного тока (см. рис.8.5) является механическая

часть электропривода, представляющая собой интегрирующее звено с переда-

точной функцией (см.8.11)

рТ

)( =

и контур тока, имеющий передаточную

функцию (10.10)

Расчетная структурная схема контура

скорости приведена на рис.10.15.

При настройке контура скорости на

модульный оптимум будем стремиться ком-

пенсировать «большую» постоянную времени

, а «малая» постоянная времени а

МТ

μТ

оста-

ется нескомпенсированной.

Полагая некомпенсируемую постоянную времени контура скорости

μс

=а

МТ

μТ

, получим передаточную функцию регулятора скорости, который

должен иметь передаточную функцию

рс

сСмс

мТ

рсмо

ТСка

Тк

pW ==

)( (10.11)

Таким образом, для настройки контура скорости на МО следует приме-

нять П-регулятор с коэффициентом усиления К

рс

. Значение а

мс

при стандартной

настройке принимают равным а

мс

=2.

Передаточная функция контура скорости по задающему воздействию

при настройке на модульный оптимум (МО) будет:

)(

→

рТарТа

СмССмС

моU

зс

μμ

(10.12)

Характер переходного процесса у = ω = f(t) в контуре скорости при по-

даче на вход контура единичного сигнала х=1 и к

=1 идентичен показанному на

рис. 10.13: время нарастания до заданного значения t

= 4,77Т

μС

, время пере-