Настройка контура регулирования скорости крс

В реальных электроприводах применяются П- и ПИ- регуляторы скорости РС. Если КРС с П-регулятором РС отвечает требуемой точности поддержания скорости электропривода, то его применяют как более простой. В тех случаях, когда требуемая точность оказывается выше, применяют более сложный ПИ-регулятор РС. Рассмотрим оба этих случая.

Случай 1. Выбор параметров в КРС с П-регулятором.

На расчетной структурной схеме (рис. 4.14) КРТ представлен упрощенной передаточной функцией. Структура и параметры звеньев, входящих в КРТ, при настройке КРС не изменяются.

При выборе желаемой величины коэффициента усиления КРС можно воспользоваться стандартным правилом технического оптимума. Тогда:

– чтобы представить передаточную функцию неизменяемой части системы электропривода стандартным выражением, введем расчетную постоянную времени КРС

Т_РС = Т_Д / К_РС;

– используя рекомендации технического оптимума, вычислим

Т_РС = (2...4)  Tj = (2...4) (Т_РТ + Т_П + ).

Заметим, что в соответствии с ЛАЧХ разомкнутого КРС (рис. 4.14) выполняется соотношение между частотой среза разомкнутого КРС и его расчетной постоянной времени:

_С = 1 / Т_РС.

Учитывая выражения для расчетных постоянных времени КРТ и КРС, обнаруживаем, что в рассматриваемой структуре подчиненного регулирования при стандартных настройках этих контуров наблюдается следующее соотношение величин их частот среза:

_С = _Т / (2...4) .

Случай 2. Выбор параметров в КРС с ПИ-регулятором.

Передаточную функцию ПИ-регулятора скорости можно записать:

W_РС = (1 + Т₄ р) / Т₃ р = К_РС + 1 / Т₃ р.

Идея выбора параметров этого регулятора состоит в том, чтобы в районе частоты среза _С заставить работать П-канал в регуляторе, а интегральному каналу оставить только район низких частот. Количественные рекомендации для этого случая дает правило симметричного оптимума, которое предлагает отодвинуть вправо частоту сопряжения И- и П-каналов в РС в соответствии с выражением

_СОПР = 1 / Т₄ = _С / (2...4).

При выбранных параметрах РС наблюдается равная (в 2...4 раза) протяженность единичного наклона на амплитудной характеристике разомкнутого КРС как влево (до частоты _СОПР), так и вправо (до частоты _Т) от частоты среза _С КРС.

Статические характеристики электропривода

Построим электромеханическую характеристику электропривода n = f (I_Я). Для этого воспользуемся его структурной схемой (рис. 4.9). Для уста_-новившегося режима работы в выражениях для передаточных функций звеньев положим р = 0. Тогда инерционные звенья можно заменить пропорциональными, а интегрирующим присвоить бесконечно большой коэффициент усиления, который обозначим через k _.

При принятых условиях структурная схема электропривода с ПИ-регулятором тока и П-регулятором скорости представлена на рис. 4.15. Здесь интегрирующие звенья Д и РТ заменены пропорциональными с коэффициентом усиления k _. Звено РС, статическая характеристика которого содержит зону ограничения, заменяется пропорциональным звеном с коэффициентом уси-ления k_РС, когда выходной сигнал РС меньше уровня насыщения, и коэффициент усиления РС принимается равным нулю, когда рабочая точка РС соответствует насыщенному участку его статической характеристики. Во втором режиме канал обратной связи по скорости размыкается, а на вход контура регулирования тока якоря подается постоянный сигнал задания U_РСМАКС, соответствующий уровню насыщения в регуляторе РС.

Так как система содержит существенно нелинейное звено РС, то в полном объеме общепринятые правила преобразования линейных структурных схем здесь неприменимы. Но, учитывая, что статическую характеристику РС можно представить кусочно-линейными отрезками, будем решать задачу в приращениях, одновременно наблюдая положение рабочей точки на статической характеристике РС.

Рассмотрим сначала режим идеального холостого хода привода, когда М_С = 0 и U_ЗИ = 1. В этом случае I_С = 0 и I_Я = 0. Так как в установившемся режиме результирующий сигнал на входе интегрирующего звена равен нулю и только нулю, то

U_РС = U_ДТ = 0.

Выполнение последнего условия требует

U_ЗИ = U_ДС = n = 1.

Перейдем к рассмотрению постепенного нагружения электропривода. Преобразуем исходную структурную схему электропривода (рис. 4.15 а). Сначала сигнал местной обратной связи по ЭДС двигателя приведем к входу РТ (т.е. сумматор 2 перенесем к сумматору 3). Тогда в преобразованном канале обратной связи по ЭДС появится согласующее звено с коэффициентом усиления

К_СОГЛ = 1 / К_РТ К_П.

Затем контур регулирования тока якоря, содержащий звенья РТ, П и ЯЦ в прямом канале и единичное звено в канале обратной связи, заменим одним звеном с коэффициентом усиления

К_КРТ = К_РТ К_П К_ЯЦ / (1 + К_РТ К_П К_ЯЦ) = 1.

Это означает, что I_Я = U_РС, т.е. в установившихся режимах работы в схеме с ПИ-регулятором тока ток якоря точно соответствует напряжению на выходе РС.

Наконец, отбросим местную обратную связь по ЭДС двигателя, содержащую звено с коэффициентом усиления 1 / К_РТ равным нулю.

 Почему в ходе преобразования структурной схемы мы прежде замкнули КРТ и лишь затем отбросили местную обратную связь по ЭДС двигателя? Почему этого нельзя было сделать сразу, обратив внимание на то, что в случае ПИ-регулятора тока 1 / К_РТ = 0?

Физический смысл возможности неучета влияния местной обратной связи по ЭДС двигателя в рассматриваемом случае заключается в абсолютно точной (без статической ошибки) работе КРТ. Здесь любое изменение ЭДС двигателя Е_Д вызывает в переходном процессе сначала изменение тока якоря и соответст-венно напряжения на выходе датчика тока ДТ, приводящего к изменению разницы напряжений (ошибки по току) на входе регулятора РТ. В результате регулятор РТ изменяет свое напряжение и заставляет измениться ЭДС преобразователя Е_П так, чтобы уменьшить отклонение тока якоря от исходного значения. А так как регулятор содержит интегральный канал, то переходный процесс длится до тех пор, пока не сравняются сигналы U_РС и U_ДС. В этом случае приращения в статике ЭДС двигателя и преобразователя оказываются равными, а величина тока якоря неизменной.

После указанных преобразований получим структурную схему (рис. 4.15 в), справедливую при положении рабочей точки регулятора РС на линейном участке его статической характеристики.

На основании последней структурной схемы

 n =  I_C / К_РС .

Этому уравнению соответствует механическая характеристика в виде наклонной прямой линии (кривая 1 на рис. 4.16 а в диапазоне токов 0 ≤ I_Я < I_М).

По мере увеличения нагрузки на валу двигателя сигнал на выходе регулятора скорости U_РС увеличивается (рис. 4.16 б), что препятствует снижению скорости электропривода. Но когда этот сигнал возрастет до значения U_РСМАКС , регулятор РС насытится. В результате контур регулирования скорости разомкнется (рис. 4.15 г), и дальнейшее увеличение нагрузки уже не будет вызывать увеличения U_РС . Это приведет к резкому снижению Е_П и скорости n. В схеме с регулятором тока, содержащим И-канал, при перегрузке электропривода обеспечивается точное выполнение равенства I_Я = U_РСМАКС, в результате электромеханическая характеристика привода при достижении током якоря значения I_М идет вертикально (рис. 4.16 а).

Наклон механической характеристики привода в зоне рабочих токов якоря I_Я ≤ I_М определяется величиной К_РС. Предельное же его значение ограничено условиями устойчивости КРС и в существующих схемах вентильного электропривода обычно не превосходит значений К_РС = 4...10. Для сопоставления укажем, что при работе двигателя в разомкнутой (без обратных связей) системе преобразователь-двигатель

 n_РАЗ =  I_C / К_ЯЦ ,

где К_ЯЦ – кратность тока короткого замыкания силовой цепи преобразователь-двигатель, которая обычно заключена в пределах К_ЯЦ = 5...15.

Сопоставляя величины К_ЯЦ и К_РС, следует сделать вывод, что электропривод с подчиненным регулированием, содержащий П-регулятор скорости, имеет жесткость механической характеристики почти такую же, как в разомкнутой системе преобразователь-двигатель.

В тех приводах, где необходимо получить жесткую механическую характеристику, применяют ПИ-регулятор РС. В этом случае механическая характеристика привода соответствует кривой 2 (рис. 4.16 а).

 В схеме с П-регулятором скорости и ПИ-регулятором тока увеличили в 2 раза величину сопротивления резистора R₄ на входе РТ (рис. 4.8). Как это повлияет на вид электромеханической характеристики электропривода?

 В той же схеме закоротили конденсатор С в регуляторе тока. Отразится ли это на величине тока упора и если отразится, то как? Определите в этом случае также величину наклона электромеханической характеристики в режиме ограничения тока якоря.

 В электроприводе с П-регулятором РС и ПИ-регулятором РТ нагрузку плавно изменяют так, что скорость электропривода изменяется в диапазоне от +n₀ до -n₀ , где +n₀ – скорость идеального холостого хода при работе привода "вперед". В каких энергетических режимах при этом работает электропривод?