Структура с подчиненным регулированием координат

Рис 2.3. Схема управления с подчиненным регулированием координат

Эта структура получила наибольшее распространение. Число регулируемых координат равняется числу контуров регулирования, при этом контуры как бы вложены один в другой и внешние регуляторы являются задающими для внутренних (регулирование внутренней координаты подчинено внешней). Такая структура позволяет легко рассчитать параметры настройки любого регулятора и обеспечить высокое качество управления.

Мы рассмотрим две структуры управления ЭП: с суммирующим усилителем и с подчиненным регулированием координат на примере регулируемого привода постоянного тока.

2.2.Системы с суммирующим усилителем

В системах с суммирующим усилителем стабилизация скорости ЭП или момента обеспечивается за счет использования непрерывных и задержанных ОС. В приводах постоянного тока применяются три основные жесткие ОС:

1) по скорости;

2) по напряжению питания ЭД;

3) по току ЭД.

На практике чаще встречаются системы стабилизации скорости. В них используют ООС по скорости, ООС по напряжению и ПОС по току. В системах стабилизации момента, наоборот, используют ПОС по скорости и напряжению и ООС по моменту [4, 9].

Изобразим функциональную схему ЭП с суммирующим усилителем и тремя основными ОС (рис 2.4).

Рис.2.4. Функциональная схема электропривода с суммирующим усилителем

На схеме (рис 2.4):

ЗС (SR) – задатчик скорости

У (A) – суммирующий усилитель

П (U) – преобразователь

М – двигатель

ДС (BR) – датчик скорости

ДН (UV) – датчик напряжения

ДТ (UA) – датчик тока.

Работа ЭП в установившихся и переходных режимах при инерционном преобразователе и постоянном магнитном потоке ЭД описывается системой уравнений (2.1):

(2.1)

Здесь - напряжения задания, ОС, управления и управления преобразователем;

- коэффициенты усиления (промежуточного) суммирующего усилителя и преобразователя;

- ЭДС преобразователя;

- угловая скорость ЭД;

- момент и ток ЭД и момент и ток статической нагрузки;

- коэффициент передачи ЭД по скорости;

- коэффициент ЭД по моменту;

- постоянная времени преобразователя;

- суммарные сопротивление и индуктивность силовой якорной цепи УП-Д, включающие и сопротивления и индуктивности других элементов якорной цепи;

- момент инерции ЭП с учетом момента инерции ЭД и приведенного к валу ЭД момента инерции механизма ;

- коэффициенты передачи ОС.

Датчики ОС обычно полагают безынерционными. В качестве датчиков ОС в системах ЭП используют тахогенераторы, делители напряжения, шунты или трансформаторы тока.

Решая систему уравнений, для замкнутой системы ЭП, мы получим дифференциальное уравнение, описывающее всю систему в целом. В общем виде его можно представить так:

Обычно это уравнение записывают при одновременном действии всех ОС. В справочниках по автоматизированному ЭП приводятся коэффициенты этого уравнения для различных их сочетаний.

Из общего уравнения легко получить частное, оставив только коэффициенты, действующих в данном приводе ОС.

При расчете динамики используют структурную схему привода, которую можно составить по функциональной схеме при действии всех основных ОС (рис.2.5):

Рис.2.5.Структурная схема электропривода

На схеме показаны:

ОС по напряжению на двигателе, полученная как сочетание ОС по ЭДС преобразователя и ОС, учитывающей падение напряжения на внутреннем сопротивлении преобразователя;

ОС по току якоря;

ОС по скорости.

- передаточный коэффициент ОС по напряжению, токовая составляющая;

- сопротивление силовой цепи преобразователя.

Дифференциальное уравнение, описывающее систему ЭП, чаще всего находят из анализа структурной схемы, определив ПФ всей системы. Дифференциальное уравнение и ПФ системы при действии любой отдельно взятой ОС можно получить, если оставить на структурной схеме только эту ОС.

На практике для определения ПФ системы используют свернутую структурную схему (рис.2.6), в которой возмущающее воздействие перенесено на вход системы, а токовая ОС на выход.

Рис.2.6.Свернутая структурная схема электропривода

На схеме (рис. 2.6) общее воздействие на ЭП:

,

где - управляющее воздействие;

- возмущающее воздействие;

- передаточная функция звена, приводящего возмущающее воздействие к входу системы.

при действии трех основных ОС можно определить так:

,

где ;

- постоянная времени преобразователя;

- постоянная времени якорной цепи;

- постоянная времени якоря ЭД.

В этой схеме уравнениями (2.1) с учетом переноса точек воздействия определяются ПФ:

- усилителя;

- преобразователя;

- ЭД;

- ОС по напряжению;

- ОС по току;

- ОС по скорости.

Общую передаточную функцию системы записывают по отношению к суммарному воздействию системы:

В этом выражении:

.

Передаточная функция системы с любой ОС может быть записана в виде:

. (2.4)

Передаточные функции системы с суммирующим усилителем для случая действия различных ОС приводятся в справочниках по электроприводу.