15. С какой целью проводится линеаризация контура эдс в двухзонном аэп Оптимизация контура эдс и его линеаризация
Рисунок 5.63
,
где Тп = 2Т – эквивалентная постоянная времени контура потока, оптимизированного на МО.
,
где Тэ = Тп + Тяц/ – малая постоянная времени контура ЭДС.
МО:
.
РЭ – интегрального типа.
Оптимальная настройка контура ЭДС будет выполняться только в одной расчетной точке, т.е. при скорости, при которой была проведена оптимизация. Если оптимизация была проведена для номинальной скорости, то при увеличении скорости (за счет ослабления поля двигателя), коэффициент регулятора ЭДС увеличивается, что приведет к подъему ЛАЧХ.
Когда оптимизация контура ЭДС проведена для максимальной скорости, то уменьшение скорости будет уменьшать коэффициент в объекте, уменьшать частоту среза, а, следовательно, уменьшать быстродействие.
Снижение быстродействия в этом случае приводит к большему перерегулированию ЭДС при выходе во вторую зону. Это приводит к аварийным ситуациям, которые могут вызвать опрокидывание инвертора. Таким образом, перерегулирование не должно превышать 3%.
Для сохранения коэффициента усиления в контуре ЭДС неизменным при изменении скорости, на выходе регулятора ЭДС включают делительное (рисунок 5.64а), либо множительное устройство (рисунок 5.64б).
б)
Рисунок 5.64
а)
На практике чаще применяется вариант а).
Включение делительных или множительных элементов позволяет сделать контур ЭДС адаптивным, инверторным по всем изменениям скорости.
№16,17 Какими способами осуществляется линеаризация контуров регулирования в двухзонном АЭП ?
Структурная схема контура скорости в двухзонном АЭП представлена на рисунке 16.1.
Рисунок 16.1
Мдин
=
;
M(p) = Jp(p);
.
В двухзонном АЭП при уменьшении потока уменьшается коэффициент в объекте регулирования контура скорости (за счет ослабления поля двигателя). Если контур скорости был оптимизирован на модульный оптимум, то эти изменения вызывают уменьшение частоты среза и уменьшение быстродействия, т.е. контур становится более демпфированным (рисунок 16.2а). Если контур скорости был оптимизирован на симметричный оптимум (рисунок 16.2б), то при существующем уменьшении поля может произойти даже потеря работоспособности контура (если частота среза будет приходится на участок ЛАЧХ с наклоном –40дБ/дек).
а)
б)
.
Для того чтобы коэффициент в контуре скорости оставался неизменным при любом значении поля двигателя, на выходе РС устанавливают делительное (рисунок 16.3а), либо множительное устройство (рисунок 16.3б).
а)
б)
Рисунок 16.3.
№18 Ошибка регулирования (статическая точность) позиционной АЭП с П регулятором положения.
Рассмотрим режим, когда двигатель останавливается
=0
Рисунок 18.1
Оценим точность позиционной системы
;
;
– фактическое
значение перемещения.
По аналогии находим заданное перемещение
.
Считаем, что коэффициент регулятора по заданию и каналу ОС одинаковы, т.е. Rзп = Rдп.
Определим величину ошибки
;
– не
зависит от величины задающего сигнала,
а зависит от момента на валу и параметров
системы.
– ошибка
статической системы
Ошибка зависит от параметров ситемы и от нагрузкина валу задающего сигнала.
№19 расчёт регулятора положения для режима малых перемещений.
Режим малых перемещений, при котором не один из регуляторов не выходит на ограничение, т.е. система ведет себя как линейная.
Полагаем, что контура тока и скорости уже оптимизированы и остается оптимизировать только контур положения. Тогда структурная схема примет вид, представленный на рисунке 19.1.
Рисунок 19.1
Передаточная функция замкнутого контура скорости, оптимизированного на модульный оптимум имеет вид
,
где Тс = 4Тт – малая постоянная времени оптимизированного контура скорости (Тсмо = 2Тт, ТсСО = 4Тт).
Настроим контур на модульный оптимум. При такой настройке ЛАЧХ имеет вид, представленный на рисунке 19.2.
Тогда передаточная функция разомкнутого контура положения, настроенного на модульный оптимум, примет вид
,
где Кдп, Кдс – коэффициент передачи датчика положения и скорости соответственно.
Передаточная функция регулятора положения будет равна
,
где i – передаточное число редуктора.
.
Получили П-регулятор положения и астатическую систему по заданию.
,
где Тп = 2Тс – эквивалентная постоянная времени оптимизированного на модульный оптимум контура положения.
Тп = 2Тс = ... = 8Т
Полученная система по заданию является астатической 1-го порядка по заданию. Если контур скорости был оптимизирован на СО и регулятор скорости был ПИ, то данный контур положения будет астатическим даже с П-регулятором.
Знак ошибки зависит от направления действия статического активного момента (см. рисунок 19.3).
Рисунок 19.2.
рисунок 19.3.
№20 Особенности расчёта регулятора положения для режима средних премещений.
Режим средних перемещений – в этом режиме регуляторы положения и скорости выходят на ограничение, т.е. система перестает быть линейной, но скорость в процессе отработки не выходит на максимальный установившийся уровень. Тахограмма режима средних перемещений изображена на рисунке 20.1.
Рисунок 20.1
Наилучшим считается такой процесс отработки средних перемещений, при которой скорость двигателя изменяется по треугольному графику (это позволяет максимально использовать перегрузочную способность двигателя, т.к. он работает только в пусковых и тормозных режимах). Чтобы обеспечить такой процесс отработки, коэффициент регулятора положения должен быть своим для каждого задающего сигнала, т.е. Крп = f(3).
Принимаем упрощающее допущение: Тт = 0 – эквивалентная постоянная времени контура тока, отсюда
1)
– контур тока стал безинерционным;
2)
– т.е. при таком регуляторе малейший
сигнал на входе регулятора будет вызывать
ограничение, т.е. задание будет на
максимальный ток, который тут же будет
отработан.
Диаграмма сигналов при отработке средних перемещений представлена на рисунке 20.11.
равным заданному (при условии С = 0).
Целью последующего расчета будет нахождение Крп = f(3) – коэффициента регулятора в функции задающего сигнала.
Найдем величину перемещения при отработке за весь цикл
3
=
=
=
=
=
=
=
.
Перейдем к относительным единицам
Отсюда, коэффициент регулятора положения
С дотягиванием система предпочтительнее, поэтому расчет П-регулятора положения ведут для так называемого настроечного перемещения, которое является максимальным при отработке по треугольной тахограмме (рисунок 20.4).
Рисунок 6.13
.
Отсюда, настроечный коэффициент регулятора положения равен
Крп*=
.
Рисунок 6.14
Рисунок 6.15
Рисунок 20.4
№21 Как будут отрабатываться перемещения большие (меньшие) расчётного при линейном регуляторе положения.
К большим перемещениям относят перемещения больше настроечного *з*з(настр).
Тахограмма отработки больших перемещений показана на рисунке 21.1. Так как в этом случае торможение начинается при максимальной скорости, равной единице в относительных единицах, поэтому коэффициент регулятора должен быть таким же, как и для настроечного перемещения. Поэтому все перемещения будут происходить оптимально (см. рисунок 21.2.).
Рисунок 21.1.
Рисунок 21.2.
№22 Что такое настроечное перемещение и как для него рассчитывается линейный регулятор положения?
.
Чтобы обеспечить отработку 3 без перерегулирования и дотягивания, т.е. оптимально, коэффициент регулятора КРП должен быть разным для разных 3. При других сигналах задания 3 и неизменном коэффициенте регулятора графика и скорости будут отличаться от треугольного.
Диаграмма сигналов при отработке нового перемещения 3*/3* представлена на рисунке 6.12.
.
До точки t2 процесс идет точно так же, как и в предыдущем случае. Сам же момент t2 наступит раньше.
=
.
В момент времени t3 сигналы заданной и фактической скорости вновь будут равны, и регулятор скорости сойдет с ограничения. При большом Крп примерное равенство и ФАКТ будет соблюдаться на протяжении всего оставленного пути. Момент двигателя при этом снижается и позиционная система доходит до точки t4 с дотягиванием (будет пульсирующий режим).
В случае
,
перемещение будет отрабатываться с
перерегулированием.
С дотягиванием система предпочтительнее, поэтому расчет П-регулятора положения ведут для так называемого настроечного перемещения, которое является максимальным при отработке по треугольной тахограмме (рисунок 22.1.).
Рисунок 22.1.
№ 23 Что даёт применение параболического регулятора положения? Что улучшается и какой ценой это достигается?
Для того чтобы перемещения меньше настроечного, отрабатывались оптимально, регулятор положения должен быть нелинейным.
Если выходной сигнал регулятора в каждой точке является функцией ошибки, то и в точке, соответствующей моменту времени t2 выходной сигнал будет также являться функцией этой ошибки. Для этого выходной сигнал должен быть равен
Uрп*
=
.
Такую статическую характеристику имеет параболический регулятор (рисунок 23.1.).
Рисунок 23.1.
Найдем коэффициент параболического регулятора
Крп*=
.
При * Крп*0; при *0 Крп*.
Осциллограмма сигналов при отработке заданных перемещений позиционной системой с параболическим регулятором представлена на рисунке 23.2.
Рисунок 23.2.
Uрп*(нач)
= Крп*з*
=
;
*З(МАКС)
=
.
Сравнивая с настроечным перемещение *З(МАКС) можно сделать вывод, что оптимальность отработки сигналов с параболическим регулятором положения возможно в диапазоне перемещений, вдвое меньше настроечных *З(МАКС) = *З(настр)/2.
№ 24 Теоретическая характеристика параболического регулятора положения и её практическая реализация.
Для
общего случая практическая реализация
параболического регулятора положения
(ПРП) имеет вид, представленный на рисунке
24.1. При практической реализации начальный
угол должен быть ограничен коэффициентом,
который имеет контур положения в режиме
малых перемещений. Реализация такой
нелинейной зависимости осуществляется
методом кусочно-линейной аппроксимации
(рисунок 24.2.)
Рисунок 24.1. Рисунок 24.2.
В соответствии с рисунком 24.3, при реализации ПРП используется принцип смещенных диодов, который включается при достижении сигнала с выхода определенного уровня, и включает параллельно основному резистору R0 резистор R01, либо еще R02.
ПРП позволяет адаптировать (приспособить) позиционную систему, делая оптимальными процессы отработки задающих сигналов, меньших максимального значения.
К0
= R0/Rдп;
К1
=
;
Рисунок
24.3.
№ 25 Типы адаптивных систем АЭП . Задачи, решаемые ими.
Объект регулирования в процессе работы меняет свои параметры. Это вызвано нелинейностью характеристик самих объектов, действием возмущений (изменением температуры, напряжения сети, времени, момента нагрузки) и временным старением. Поэтому любая настройка является оптимальной лишь в расчетной точке. Во всех остальных случаях настройка системы отличается от оптимальной. Если изменения параметров небольшие (20-30)%, то это не приводит к существенным изменениям качества и с этим приходится мириться. Если изменения существенные (настройка контура тока в АВК, ТП-ДПТ при переходе из режима непрерывного тока в режим прерывистых токов), приходиться изменять параметры регуляторов, либо структуру регулирования для сохранения оптимальной настройки. Системы, в которых реализуется такая функция, называются адаптивными.
Обобщенная структурная схема адаптивного АЭП представлена на рисунке 7.1, где приняты обозначения: БАУ – блок адаптивного управления; БОИ – блок обработки информации; БППР – блок перестройки параметров регулятора.
БАУ = БОИ + БППР
Основные задачи, решаемые адаптивными системами АЭП
1) При произвольном изменении параметров объекта необходимо так изменять параметры регулятора, чтобы сохранялась оптимальная настройка системы (в этом случае предполагают, что система была оптимизирована, и эта настройка сохранилась бы). Эта задача решается в беспоисковых адаптивных системах.
2) При начальном отсутствии информации о параметрах объекта и воздействие на систему необходимо производить поиск оптимальных режимов работы. Эта задача решается в поисковых адаптивных системах АЭП.
Рисунок 7.1
Типы адаптивных систем:
Беспоисковые адаптивные АЭП
Системы с внутренними обратными связями
Системы с эталонными моделями
Системы с самонастройкой
Системы с переключающейся структурой регуляторов
№ 26 Простейший способ построения беспоисковой адаптивной АЭП. Каким образом осуществляется, когда применяется?
Беспоисковые адаптивные АЭП
Беспоисковые адаптивные системы решают первую задачу сохранения оптимальности настройки системы.
Системы с внутренними обратными связями
Система АЭП с внутренними обратными связями тех элементов, параметры которых меняются (см. рисунок 7.2). На рисунке 7.2 приняты обозначения: ВОС – внутренняя обратная связь; ГОС – главная обратная связь.
Обязательным условием работоспособности этой системы является более высокое быстродействие контура внутренней обратной связи по отношению контуру главной обратной связи.
Пример такой системы – система с внутренним контуром напряжения в тиристорном ЭП постоянного тока, с помощью которого линеаризуется характеристика тиристорного преобразователя.
Рисунок 7.2
№ 27 Беспоисковые адаптивные системы с эталонными моделями. Предельная передаточная функция адаптивной системы с сигнальной самонастройкой.
Эталонные модели в явном или в неявном видах присутствуют во всех адаптивных системах. В качестве эталонных моделей могут быть использованы модели звена, разомкнутой системы, замкнутой системы. Системы, в которых модели присутствуют в явном виде, называются системами с эталонными моделями. Их структуры представлены на рисунке 27.1а, б, где приняты обозначения: Wм – модель замкнутой системы; Wк – корректирующее звено.
а) б)
Рисунок 27.1.
Вариант б) – случай адаптивной системы с сигнальной самонастройкой. В случае, когда параметры объекта являются расчетными, фактические и желаемые сигналы будут совпадать, и поэтому сигнал с корректирующего звена равен нулю. При изменении параметров в объекте фактический сигнал будет отличаться от желаемого, что будет приводить к формированию сигнала на выходе корректирующего звена, который, алгебраически суммируясь с сигналом регулятора, формирует такое воздействие на объект, при котором фактический сигнал будет приближаться к желаемому.
– передаточная
функция замкнутой адаптивной системы.
,
Wк = Кк .
Передаточная функция такой замкнутой системы независимо от изменения параметров объекта стремится к передаточной функции модели, поэтому переходные процессы по управляющему воздействию Х будут оптимальными и стабилизированными, т.е. не будут изменяться при изменении параметров объекта. Такую сигнальную настройку применяют в системах АВК для сохранения оптимальной настройки в контуре тока при изменении скорости.
Достоинство – простая техническая реализация (пассивный фильтр с операционным усилителем).
Недостатки:
- применяется только для небольших изменений параметров в объекте (20-30-40)%;
- такие системы обеспечивают оптимальность настройки только по задающему сигналу, по возмущающему воздействию система оптимальность не обеспечивает.
№ 27 Беспоисковые адаптивные системы с эталонными моделями. Предельная передаточная функция адаптивной системы с сигнальной самонастройкой.
Эталонные модели в явном или в неявном видах присутствуют во всех адаптивных системах. В качестве эталонных моделей могут быть использованы модели звена, разомкнутой системы, замкнутой системы. Системы, в которых модели присутствуют в явном виде, называются системами с эталонными моделями. Их структуры представлены на рисунке 27.1а, б, где приняты обозначения: Wм – модель замкнутой системы; Wк – корректирующее звено.
а) б)
Рисунок 27.1.
Вариант б) – случай адаптивной системы с сигнальной самонастройкой. В случае, когда параметры объекта являются расчетными, фактические и желаемые сигналы будут совпадать, и поэтому сигнал с корректирующего звена равен нулю. При изменении параметров в объекте фактический сигнал будет отличаться от желаемого, что будет приводить к формированию сигнала на выходе корректирующего звена, который, алгебраически суммируясь с сигналом регулятора, формирует такое воздействие на объект, при котором фактический сигнал будет приближаться к желаемому.
– передаточная функция замкнутой адаптивной системы.
,
Wк = Кк .
Передаточная функция такой замкнутой системы независимо от изменения параметров объекта стремится к передаточной функции модели, поэтому переходные процессы по управляющему воздействию Х будут оптимальными и стабилизированными, т.е. не будут изменяться при изменении параметров объекта. Такую сигнальную настройку применяют в системах АВК для сохранения оптимальной настройки в контуре тока при изменении скорости.
Достоинство – простая техническая реализация (пассивный фильтр с операционным усилителем).
Недостатки:
- применяется только для небольших изменений параметров в объекте (20-30-40)%;
- такие системы обеспечивают оптимальность настройки только по задающему сигналу, по возмущающему воздействию система оптимальность не обеспечивает.
№29 Когда в беспоисковых адаптивных АЭП применяют регуляторы с переключающейся структурой?
Регуляторы с переключающейся структурой в беспоисковых адаптивных АЭП применяют , если параметры объекта меняются существенно, то оптимальность переходных процессов может быть получена за счёт изменения всей структуры регулирования. Существенное изменение параметров в системе АЭП постоянного тока имеет место при изменении режима работы тиристорного преобразователя (согласно рисунку 29.1, при переходе из режима непрерывного тока в режимы прерывистого тока).
Рисунок 29.1.
Из
осциллограмм видно, что при одних и тех
же приращениях входного сигнала в режиме
непрерывного тока (РНТ)
больше, но выход на новое значение тока
идет по экспоненте с постоянной времени
Тэ. В режиме прерывистого тока (РПТ)
,
будет меньше по уровню, но ток выходит
на этот уровень практически мгновенно
(см. рисунок 29.2).
Рисунок 29.2.
R/тп (РПТ) R/тп (РНТ) Тэ 0.
Если система АЭП была одноконтурной, то уменьшение коэффициента в звеньях ТП-ЯЦ будет вызывать уменьшение коэффициента в системе и приводить к более демпфированным переходным процессам, но система остается работоспособной. Если привод многоконтурный, то это вызывает снижение быстродействия в контуре тока и потере работоспособности системы в целом.
№30 Проанализировать работу двухконтурной АЭП с ПРП оптимизированной для режима непрерывного тока при перходе в режим прерывистого.
Проанализируем работу контура тока якоря с регулятором тока, рассчитанным для режима непрерывного тока при переходе ТП в режим прерывистых токов. Структурная схема контура тока в режиме непрерывного тока представлена на рисунке 7.11.
Рисунок 7.11
;
ЛАЧХ контура тока в режиме непрерывного и прерывистого токов представлена на рисунке 7.12.
Рисунок 7.12
– интегрирующее
звено,
где
.
.
При увеличении Rэ/ частота среза смещается в область более низких частот.
;
.
С переходом тиристорного преобразователя в режим прерывистых токов контур тока становится более инерционным.
Структурная схема контура тока в режиме прерывистого тока представлена на рисунке 7.13.
Рисунок 7.13
МО:
;
СО:
.
В режиме прерывистых токов
;
При настройке на МО
.
При настройке на МО ЛАЧХ контура скорости представлена на рисунке 7.14.
Рисунок 7.14
При настройке на СО ЛАЧХ контура скорости представлена на рисунке 7.15.
Рисунок 7.15
Для обеспечения оптимальной настройки системы как в РНТ, так и в РПТ, необходимо одновременно с изменением режима работы преобразователя изменять структуру регулятора тока.
№31 Пояснить работу адаптивного регулятора тока с переключающейся структурой.
Рисунок 7.18
Рисунок 7.16
БУР управляет состоянием ключей К1 и К2,с помощью которых изменяет структуру регулятора (может реализовать П или ПИ-регулятор).
РНТ:
;
РПТ:
.
Получили регулятор И-типа, постоянная времени которого ТИЭ уменьшается с уменьшением тока, что требуется для оптимальной настройки контура тока в режиме прерывистых токов.
Еще одним способом построения адаптивного контура тока является включение нелинейного звена в контур тока, последовательно с регулятором тока, коэффициент передачи которого изменяется обратно пропорционально изменению коэффициенту передачи цепи ТП-ЯЦ. Благодаря этому коэффициент в контуре тока остается неизменным, что и определяет неизменность переходных процессов и в РНТ, и в РПТ.
Структурная схема адаптивного регулятора тока в БТУ представлена на рисунке 7.17. ЛАЧХ контура тока в режиме РПТ с адаптивным регулятором тока и без НЭ и ФПЕ представлена на рисунке 7.18.
В режиме прерывистых токов у НЭ коэффициент kНЭ значительно больше, чем в режиме непрерывных токов.
Для выделения зоны прерывистых токов в электроприводе на базе БТУ используется положительная обратная связь по ЭДС, которая поступает в систему через ФПЕ. В режиме идеального холостого хода на выходе РТ должен быть нулевой сигнал и все напряжения преобразователя формируются только благодаря сигналу UФПЕ благодаря этому выделяется зона прерывистых токов.
№32 Варианты оптимизации контура скорости в одноконтурных системах АЭП.
Еще одним способом построения адаптивного контура тока является включение нелинейного звена в контур тока, последовательно с регулятором тока, коэффициент передачи которого изменяется обратно пропорционально изменению коэффициенту передачи цепи ТП-ЯЦ. Благодаря этому коэффициент в контуре тока остается неизменным, что и определяет неизменность переходных процессов и в РНТ, и в РПТ.
Структурная схема адаптивного регулятора тока в БТУ представлена на рисунке 32.1. ЛАЧХ контура тока в режиме РПТ с адаптивным регулятором тока и без НЭ и ФПЕ представлена на рисунке 32.2.
Рисунок 32.1.
Рисунок 32.2.
В режиме прерывистых токов у НЭ коэффициент kНЭ значительно больше, чем в режиме непрерывных токов.
Для выделения зоны прерывистых токов в электроприводе на базе БТУ используется положительная обратная связь по ЭДС, которая поступает в систему через ФПЕ. В режиме идеального холостого хода на выходе РТ должен быть нулевой сигнал и все напряжения преобразователя формируются только благодаря сигналу UФПЕ благодаря этому выделяется зона прерывистых токов.
Еще одним способом адаптации контура тока к режиму прерывистых токов является охват обратной связью по напряжению тиристорного преобразователя. В режиме прерывистых токов у преобразователя нелинейная регулировочная характеристика, а благодаря охвату обратной связью по напряжению мы это звено линеаризуем.
В этом случае классические системы однозонного ЭП с подчиненным регулированием становятся трехконтурными.
№33 Каким образом и за счёт чего осуществляется регулирование скорости вентильного двигаиеля.