16 Регуляторы с переменной скоростью исполнительного механизма
Использование в исполнительных механизмах электрических систем регулирования и управления электродвигателей с постоянной частотой вращения позволяет получить наиболее простые по устройству и надежные системы автоматизации.
Рассмотренные выше электрические регуляторы такого типа обеспе-чивают необходимые показатели поддержания регулируемых величин большинства судовых агрегатов и механизмов.
Однако, в ряде случаев требуемое качество регулирования (например, регулирования частоты вращения судовых дизелей) при постоянной скорости перемещения ИМ получить невозможно.
Основной причиной применения в судовой автоматике регуляторов с переменной скоростью ИМ является инерционность ИМ и регулирующего органа , которая не позволяет уменьшить зону нечувствительности регулятора настолько, чтобы обеспечить требуемую точность поддержания регулируемой величины и отсутствие автоколебаний в контуре регулятора.
Эта проблема имеет особо важное значение для регуляторов частоты вращения судовых дизелей, которые должны перемещать топливные рейки дизелей со скоростью на один-два порядка большей скоростей перемещения регулирующих органов остальных агрегатов и механизмов судовой энергетической установки, обеспечивая при этом повышенную точность установки топливных реек в заданное положение.
Устройство конкретных регуляторов с переменной скоростью ИМ определяется: - типом электродвигателя ИМ и усилителя, - способом управления усилителем, обеспечивающим переменную скорость ИМ, - типами элементов, используемых как задатчики и обратные связи.Как правило, такие регуляторы имеют типовую схему с последова-тельным КУ и следящей системой. Данную схему имеют судовые регуляторы фирмы Norcontrol, имеющие в своем составе универсальные микропроцессорные контроллеры [27], [34], [35].Схема системы регулирования с переменной скоростью ИМ, содержащая упомянутые контроллеры, приведена на рис. 10.1.
Рис. 10.1 Функциональная схема САР с переменной скоростью ИМ.
Таким образом, рассматриваемая система регулирования является 2-х каскадной (см. подраздел 2.4).
Следящая система представляет собой внутренний контур регулирования положения ИМ. (1-й каскад).
На схеме выделены как отдельные элементы: - электродвигатель исполнительного механизма ЭД; - последовательное корректирующее устройство КУ, формирующее сигнал за данного положения ИМ Мз, в соответствии с законом регулирования; - датчик положения исполнительного механизма ДПИМ, формирующий сигнал жесткой обратной связи Мд по положению ИМ с коэффициентом обратной связи Кос = 1, - корректирующее устройство позиционирования исполнительного механизма КУП.
Усилитель в таких регуляторах является довольно сложным устройством, который, однако, по своему поведению можно рассматривать как усилитель с непрерывной линейной характеристикой, описываемой передаточной функцией:
Wу(s) = Ку , где Ку - коэффициент усиления усилителя.
Можно считать, что выходной сигнал усилителя Uу изменяется пропор-ционально сигналу входному сигналу Uкуп. Вследствие этого частота вращения электродвигателя Fэд и скорость ИМ являются переменными величинами.
Электродвигатель ИМ рассматривается обычно как типовое динамическое инерционное звено с передаточной функцией
Независимо от технического исполнения можно считать, что ДПИМ имеет передаточную функцию равную 1.
Передаточная функция КУП Wкуп(s) выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемое качество переходных процессов перемещения ИМ.
Чаще всего, КУП формирует П или ПИ закон регулирования.
В большинстве случаев КУП может отсутствовать, то есть при расчетах можно принять Wкуп(s)=1.
Динамическое поведение рассматриваемого регулятора отражается его структурной схемой, показанной на рис. 10.2.
Рис. 10.2 Структурная схема регулятора с переменной скоростью ИМ.
В ряде случаев, например, при регулировании частоты вращения судовых дизелей, оказывается эффективным применять следящие системы с внутренним контуром регулирования частоты вращения электродвигателя ИМ [28], [30], [32].
Схема такой САР приведена на рис. 10.3. Система регулирования в данном случае является 3-х каскадной.