Преобразования структурной схемы

Выполним некоторые преобразования структурной схемы (рис. 4.9). Заменим звено чистого запаздывания с постоянной времени запаздывания  инерционным звеном с такой же постоянной времени, т.е. положим

е^-p  1 / (1 +  р) .

Смысл этой замены состоит в стремлении избавиться от неминимально-фазовых звеньев в системе регулирования. Оценим правомерность такой замены. На рис. 4.10 приведены частотные характеристики обоих звеньев. В диапазоне низких частот, когда  < 1 / , ЛАЧХ обоих звеньев практически совпадают. Фазовые характеристики их – арктангенсоида у инерционного звена и показательная функция у звена чистого запаздывания – также весьма близки. В точке с частотой  = 1 /  ЛАЧХ отличаются на 1,5 децилог, а ЛФЧХ – на 12°. В зоне высоких частот при  > 1 /  наблюдаются существенные расхождения в обеих характеристиках. Следовательно, замена звена чистого запаздывания инерционным допустима лишь в диапазоне частот  < 1 / . Так как в существующих схемах управления электроприводов частота среза настраиваемых контуров не превышает десятков радиан в секунду, а эквивалентное время чистого запаздывания в вентильных преобразователях составляет всегда менее 0,01 с, то описанная замена возможна.

Структурная схема электропривода (рис. 4.9) содержит перекрестную связь, обусловленную влиянием ЭДС двигателя, и в таком виде для расчета неудобна. Чтобы получить структурную схему электропривода, аналогичную изображенной на рис. 4.6, можно, например, при настройке системы по сигналу задания U_ЗИ, положив возмущение I_С = 0, выполнить приведение сигнала обратной связи по скорости во внутреннем контуре саморегулирования ЭДС двигателя к сигналу по току якоря. Тогда получим структурную схему электропривода, которая не содержит перекрестных связей и вполне пригодна для расчетов параметров регуляторов РТ и РС.

В практике расчетов электроприводов с подчиненным регулированием часто поступают проще, отбрасывая в схеме (рис. 4.9) обратную связь по ЭДС двигателя. В этом случае получается весьма простым путем приближенная структурная схема электропривода, также не содержащая перекрестных связей.

Оценим, насколько правомерно с целью упрощения расчетов пренебрежение обратной связью по ЭДС в двигателе. Для этого рассмотрим частотные характеристики двигателя постоянного тока (рис. 4.11) с учетом и без учета обратной связи по его ЭДС. Кривые L₁ и ₁ соответствуют последовательно включенным звеньям ЯЦ и Д. После охвата этих звеньев единичной обратной связью по ЭДС имеем уточненные частотные характеристики двигателя L₂ и ₂. Сопоставим между собой кривые L₁ и L₂, ₁ и ₂. В диапазоне частот  > _Э, где _Э – частота среза контура саморегулирования ЭДС в двигателе, аппроксимированные характеристики совпадают полностью. Точные характеристики несколько отличаются, но это отличие уменьшается по мере увеличения частоты .

Близкое совпадение кривых L₁ и L₂, ₁ и ₂ в рассматриваемом диапазоне частот объясняется тем, что в силу электромеханической (а затем и электромагнитной) инерции привода скорость вращения двигателя не успевает реагировать на колебания входного напряжения на якоре двигателя. Это приводит к слабому влиянию ЭДС двигателя на характер процессов в диапазоне высоких частот.

Так как кривая ₁ лежит ниже, чем ₂, то пользование при расчетах кривой ₁ вместо ₂ приводит к результатам, имеющим дополнительный запас устойчивости в системе регулирования. Расчетные же выкладки при этом упрощаются.

При  < _Э и аппроксимированные и точные характеристики отличаются существенно, но и здесь это отличие завышает запас устойчивости в системе.

Итак, с целью упрощения расчетов допустимо пренебрежение местной обратной связью по ЭДС двигателя, если частота среза настраиваемого контура регулирования тока якоря лежит выше _Э. Как показывает опыт наладки, в тиристорных электроприводах постоянного тока общепромышленных механизмов частота среза КРТ обычно находится в пределах _Т = (80...150) рад/c, в то время как _Э = (20...40) рад/c. В этих условиях отбрасывание на структурной схеме (рис. 4.12 б) местной обратной связи по Е_Д вполне правомерно.

Неучет обратной связи по ЭДС в двигателе является частным случаем весьма распространенного при предварительном анализе многоконтурных систем регулирования приема, при котором пренебрегается влиянием инерционного контура регулирования на работу и условия настройки связанного с ним более быстродействующего контура.

 Поясните физический смысл формы ЛАЧХ по каналу "напряжение на якоре – скорость двигателя": сначала в диапазоне частот  < _Э = 1 / T_М она идет горизонтально, затем при _Э <  < 1 / T_Я идет с единичным отрицательным наклоном и, наконец, при  > 1 / T_Я идет с двойным отрицательным наклоном.