10.4. Структурная схема электропривода с цифровым управлением

Таким образом, мы получили представление о функциональной схеме, технических приемах получения информации о координатах и особенностях реализации основных операций управления в цифровом электроприводе. Для того чтобы перейти к исследованию особенностей настройки таких приводов из условия обеспечения заданной точности и динамических свойств рассмотрим их структурную схему. В наиболее общем виде она может быть представлена в виде рис. 10.5.а, где обозначено: УФСЗ – устройство формирование сигналов задания движения в цифровой форме; УР – цифровое устройство регулирования, формирующее сигналы управления преобразователем напряжения; ДОС – цифровой датчик обратной связи.

Рис. 10.5. Обобщенная структурная схема электропривода с цифровым управлением

Непрерывная часть структурной схемы описывается передаточной функцией Wн(p). Несмотря на принципиальные отличия в функционировании, УФСЗ и ДОС могут быть представлены одинаково (рис. 10.5.б) – они содержат четыре структурных элемента, полностью отражающих особенности их статических и динамически характеристик: идеальный импульсный элемент (ИЭ), показывающий дискретный характер формирования сигналов задания движения; элемент чистого запаздывания (ЭЗ), отражающий задержку получения информации по углу, скорости или току, обусловленную принципом действия датчиков; нелинейный элемент (НЭ), отражающий наличие квантования сигналов задания и обратной связи по уровню и фиксирующий элемент (ФЭ), представляющий собой экстраполятор, отражающий особенности запоминания сигналов в периоды между дискретными временными интервалами их получения. Структурная схема УР (рис. 10.5.в) также содержит четыре элемента. Отличие от предыдущих устройств заключается в том, что здесь нелинейный элемент представлен нелинейным цифровым устройством регулирования (ЦУР).

В ТАУ идеальным называют импульсный элемент, генерирующий импульсы в виде дельта функций δ(t). Уравнение, описывающее динамику идеального импульсного элемента, имеет вид

(10.6а)

где x(t) – величина на выходе импульсного элемента, x(nT0) – величина на входе импульсного элемента. δ(t−nT0) – дельта функция, n=0,1,2 – натуральные числа. T0 – период дискретности импульсного элемента.

Элемент чистого запаздывания записывается экспонентой e−τ, где время запаздывания τ является временем, необходимым для обработки информации в устройстве, например, в рассмотренном выше датчике угла с преобразованием его в цифровой код τ=Tс.

Принимая фиксирующий элемент экстраполятором нулевого порядка, запишем его передаточную функцию выражением

Wэ(p)=(1−e−T0p)/p.

Функции, реализуемые ЦУР, задаются либо разностными уравнениями, либо передаточными функциями вида D(z), являющимися дискретными аналогами передаточных функций регуляторов, например, представленных в табл. 7.1.

Рис. 10.6. Статическая характеристика элемента квантования по уровню

Нелинейный элемент – квантователь по уровню имеет статическую характеристику вида рис. 10.6. Квантование сигнала по уровню в некоторых случаях исключает возможность различия двух близких по величине квантуемых сигналов x1 и x2, если они отличаются на величину меньше единицы младшего разряда h.

Приведенная на рис. 10.5 структурная схема может быть существенно упрощена. Например, в тех случаях, когда период дискретности одного или двух из трех импульсных устройств значительно меньше остальных существенно и меньше меньшей постоянной времени непрерывной части, их дискретностью и временной задержкой можно пренебречь и отнести их к непрерывной части. В неавтономном приводе часто встречается ситуация, когда выработка задания, опрос датчиков и вычисление управляющего воздействия осуществляются с одним и тем же периодом дискретности T0. Тогда структурная схема привода получит вид рис. 10.7. Именно такую структуру в дальнейшем мы и будем рассматривать.

Рис. 10.7. Структурная схема электропривода с общим периодом дискретности