1 Загальні теоретичні відомості з регулювання координат замкнених електроприводів постійного струму

1.1 Показники якості керування

Розрізняють статичні та динамічні показники якості керування. Процес вважається статичним, коли при незмінних завданні і збуреннях координати об’єкту залишаються сталими. Перехідний процес – перехід із одного статичного режиму в інший при зміні завдання або збурень.

На рис. 1.1 зображено сімейство статичних лінійних характеристик, а на рис. 1.2 три типових перехідних процеси, на прикладі яких розглянемо основні показники якості керування. Відзначимо, що статична характеристика – це залежність усталеного значення вихідної координати системи керування від збурення, а перехідний процес – часова функція вихідної координати при зміні завдання чи збурення.

Рисунок 1.1 ― Статичні характеристики

Рисунок 1.2 ― Характерні перехідні процеси

Виділимо наступні статичні показники якості керування:

1. Статична похибка ΔХ_ст – різниця між завданням і усталеним значенням

(в абсолютних величинах);

або статизм

(у відносних величинах);

Статична похибка виникає в результаті появи збурення або зміни параметрів в системах з статичними характеристиками, які не є абсолютно жорсткими. Вона визначається величиною збурення .

2. Діапазон регулювання – відношення максимально-можливого усталеного значення до мінімально-можливого

.

Максимальне та мінімальне усталені значення визначаються технічними і фізичними обмеженнями системи керування. Теоретично діапазон регулювання може бути нескінченним.

Розрізняють наступні динамічні показники якості керування:

1. Час перехідного процесу - t_пп. Процес вважається усталеним, якщо вихідна координата Х відрізняється від усталеного значення не більше ніж на 5%.

2. Характер перехідного процесу (рис. 1.2):

– коливальний, при якому похідна за часом dX/dt змінює свій знак більше одного разу (крива 1) (частковий випадок – процес з одним перерегулюванням, при якому dX/dt змінює знак лише одного разу (крива 2));

– монотонний, при якому dX/dt не змінює свій знак (частковий випадок – аперіодичний процес, при якому перехідний процес описується експоненціальною функцією (крива 3)).

3. Динамічна похибка – часова функція різниці між завданням та реальним значенням

.

При .

4. Перерегулювання – максимальне відхилення Х від Х_уст виражене у відсотках

.

5. Кількість коливань n за перехідний процес або ступінь затухання

.

1.2 Типові структури систем керування електроприводами

На рис. 1.3 зображено узагальнену структурну схему системи керування з підсумовуючим підсилювачем. Особливість системи полягає в тому, що керуючою дією є сигнал, пропорційний алгебраїчній сумі завдання та усіх зворотних зв’язків за координатами об’єкта керування (Х₁, Х₂, Х₃)

,

де k_n – коефіцієнт підсилення підсумовуючого підсилювача П, k_ззі – коефіцієнти зворотних зв’язків за відповідними координатами.

На схемі ВО позначає передаточну функцію виконавчого органу, функцію якого може виконувати керований перетворювач напруги. Об’єкт керування умовно розбито на три послідовно з’єднані передаточні функції. Об’єктом керування в даних лабораторних роботах виступає електродвигун постійного струму. Зворотні зв’язки у системі можуть бути як додатними, так і від’ємними.

Рисунок 1.3 ― Структурна схема системи за структурою з підсумовуючим підсилювачем

Основною перевагою системи є простота реалізації та висока швидкодія, оскільки регулятор (підсилювач) реагує одразу на зміну будь-якої з координат.

Основним недоліком є неможливість незалежного керування окремими координатами та складність налаштування.

На рис. 1.4 зображено структурну схему системи з незалежним регулюванням координат.

Рисунок 1.4 ― Структурна схема системи з незалежним регулюванням координат

Особливістю системи є те, що для кожної координати об’єкту організовано свій контур керування з відповідним регулятором Р_і. Проте, ці контури, як правило, не можуть працювати одночасно. Контур, який замикається в даний момент часу, визначає логічний перемикаючий пристрій ЛПП. Регулювання координат є незалежним, оскільки в кожному контурі є своє завдання.

Перевагами системи є можливість незалежного регулювання координат, простота настроювання кожного контуру та висока швидкодія.

Основний недолік – складність розробки і реалізації ЛПП.

Найбільш розповсюдженою структурою керування електроприводами на даний час залишається структура з підпорядкованим регулюванням координат (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 ― Структурна схема системи з підпорядкованим регулюванням координат

Особливість керування полягає в тому, що вихідний сигнал регулятора кожного зовнішнього контуру є завданням для внутрішнього.

Основні переваги – простота настроювання і наладки, можливість простого обмеження координат за рахунок обмеження вихідних сигналів регуляторів та висока якість керування.

Основні недоліки – зменшення швидкодії системи зі збільшенням числа контурів.