2.2. Выбор датчика положения

Оценка требуемой разрешающей способности датчика с учётом учетверения количества импульсов с помощью квадратурного счётчика производится на основании зависимости:

Из этого следует, что разрешающая способность датчика равна:

Выбираем инкрементный энкодер ЛИР – 180: N_датч = 1300 диск./об.; Δ_датч = 1,2∙10^-3 рад;

питание +5В; выходные сигналы – прямоугольные импульсы; максимальная частота вращения вала 10000 об/мин; масса 330 г.

Эквивалентный коэффициент передачи цепи обратной связи по положению:

Составляющая погрешности привода равно:

Для обработки сигналов энкодера выбираем компьютерную плату ЛИР–930–ISA–9pin–G1.

2.3. Синтез регуляторов следящего привода

2.3.1. Конкретизация требований к следящей системе, выбор её структуры

Структура системы контуров подчиненного регулирования изображена на рис.5.

Р ис.5. Структура системы контуров подчинённого регулирования.

Система управления содержит три контура регулирования, которые вложены друг в друга. Самый внутренний – это контур регулирования тока, охватывающего его контура регулирования скорости, а главным является контур регулирования положения. На второй вход регулятора положения поступает задающее воздействие, формируемое управляющей ЭВМ. Это задающее воздействие несет информацию о желаемом положении вала двигателя.

Требования к следящей системе:

1) δ_д.доп  δ_4доп · i_p = 2,5∙10^-3 · 100 = 0,025 рад;

2) Скоростная ошибка δ_ск с максимальной рабочей скоростью должна быть не более δ_д.доп = 0,025 рад;

3) Время переходного процесса не более

4) Перерегулирование не более 5%;

При синтезе вместо реального движения рассматривается эквивалентное гармоническое движение, где эквивалентная круговая частота равна:

Эквивалентная амплитуда равна:

2.3.2. Оценка требуемых значений частот среза разомкнутого следящего привода и разомкнутых подсистем

Так как перерегулирование не должно превышать 5% применим П – регулятор положения, тогда частота среза:

Так же необходимо чтобы

Скоростная ошибка при движении с постоянной скоростью, тогда

Окончательно выбираем ω_с = 30 с^-1.

Чтобы система обладала минимальной технической сложностью, достаточными запасами устойчивости и могла работать без перерегулирования, частоты среза по скорости и току, должны удовлетворять следующим соотношениям:

- частота среза внутренней подсистемы скорости,

- частота среза внутренней подсистемы тока.

Рис.6. Желаемая ЛАЧХ разомкнутой системы

2.3.3. Синтез подсистемы регулирования тока

Р ассмотрим контур регулирования тока, образованный с помощью датчика тока, измеряющего ток в якорной цепи двигателя, регулятора тока, силового преобразователя и якорной цепи двигателя.

Рис.7. Структурная схема математической модели подсистемы регулирования по току.

- передаточная функция объекта управления в контуре

регулирования тока, где

- коэффициент усиления силового преобразователя (значение должно соответствовать такому, при котором в установившемся режиме входное напряжение, равное 10В, обеспечивает формирование выходного напряжения, равного номинальному напряжению двигателя),

- коэффициент передачи датчика тока (значение должно соответствовать такому, чтобы при номинальном значении тока якоря выходной сигнал датчика был равен 10В).

- постоянная времени силового преобразователя.

При условии настройки на технический оптимум (при такой настройке получаем минимальное время переходного процесса и перерегулирование менее 5%)

;

При этом ,

где - период ШИМ, - характеризует границу пропускания разделительного усилителя.

Если то .

Тогда и частота ШИМ равна:

.

- коэффициент усиления регулятора тока, где - постоянная времени ПИ-регулятора тока (ее значение равно значению электромагнитной постоянной времени)

- электромеханическая постоянная времени двигателя.

- коэффициент интегральной составляющей регулятора тока

- передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора тока.