Тема 2.3. Системы подчиненного регулирования. Системы автоматизированного управления с дпт.
2.3.1. Структура, принцип построения и функции замкнутых СУЭП. Построение систем подчиненного регулирования.
Замкнутые системы применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить управление движением исполнительных органов рабочих машин с высоким качеством (большие регулирования скорости и точность ее поддержания, заданное качество переходных процессов и необходимая точность остановки, а также высокая экономичность или оптимальное функционирование технологического оборудования и самого ЭП).
Замкнутые структуры ЭП строятся по принципу компенсации внешних возмущений и принципу отклонения, называемому также принципу обратной связи.
Принцип компенсации рассмотрим на примере компенсации наиболее характерного внешнего возмущения ЭП – момента нагрузки Мс при регулировании его скорости (рис.2.9,а). Основным признаком такой замкнутой структуры ЭП является наличие цепи, по которой на вход ЭП вместе с задающим сигналом скорости Uзс подается сигнал, пропорциональный моменту нагрузки: Uм=kмМс, где kм-коэффициент пропорциональности. В результате управление ЭП осуществляется суммарным сигналом U, который, автоматически изменяясь при колебаниях момента нагрузки, обеспечивает поддержание скорости ЭП на заданном уровне.
Несмотря на эффективность управление по этой схеме осуществляется редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента нагрузки Мс. Поэтому в большинстве замкнутых систем используется принцип отклонения (принцип обратной связи), который характеризуется наличием цепи обратной связи, соединяющей выход ЭП с его входом. В данном случае при регулировании скорости используется цепь обратной связи (рис.2.10,б), по которой информация о текущем значении скорости подается на вход ЭП, где он вычитается из сигнала задания скорости Uзс. Управление осуществляется сигналом отклонения U=Uзс-Uос, который при отличии скорости от заданной соответственно автоматически изменяется и с помощью СУЭП устраняет эти отклонения.
При необходимости регулирования других координат ЭП или рабочей машины используются обратные связи по этим координатам.
Обратные связи делятся на:
Положительную – это обратная связь, сигнал которой направлен согласно (т.е. складывается) с задающим сигналом;
Отрицательную – сигнал ее связи направлен встречно задающему сигналу;
Жесткая ОС действует как в установившемся, так и переходном режимах ЭП;
Гибкая – ОС, сигнал которой вырабатывается только в переходных режимах ЭП и служит для обеспечения требуемого им качества;
Линейная ОС, для которой характерна пропорциональная зависимость между регулируемой координатой и сигналом обратной связи Uос;
Нелинейная ОС, при которой эта зависимость нелинейная.
В зависимости от вида регулируемой координаты в ЭП используются связи по скорости, положению, току, напряжению, магнитному потоку, ЭДС.
Для обеспечения заданных хода и качества технологических процессов на ЭП кроме указанных «внутренних» ОС часто подаются сигналы различных технологических датчиков. В этом случае ЭП вместе с рабочей машиной или механизмом, реализующем технологический процесс или операцию, образуют систему автоматического регулирования (рис.2.11). В этой системе ЭП является силовым регулирующем устройством, выходная координата которого Xвых (например, скорость) является управляющим воздействием для рабочей машины РМ и обеспечивает заданный ход технологического процесса при изменениях как его задающего сигнала Xзт, так и возмущающего воздействия Xвозм2. Сигналом задания для ЭП в этом случае является сигнал отклонения между задающим сигналом технологического параметра Xзт и сигналом технологической обратной связи Xтос.
Для управления движением исполнительного органа иногда требуется регулировать несколько координат ЭП. В этом случае замкнутые ЭП выполняются по следующим схемам.
Схема ЭП с общим усилителем (рис.2.12). Схема обеспечивает регулирование двух координат – скорости и тока (момента). В этой схеме сигналы обратной связи по току Uост и скорости Uоос подаются на вход управляющего устойства УУ вместе с задающем сигналом скорости Uзс, где алгебраически суммируются. Схема отличается простотой реализации, но не позволяет регулировать координаты ЭП независимо друг от друга. За счет использования нелинейных обратных связей, называемых в теории ЭП отсечками, удается в некотором диапазоне осуществлять их независимое регулирование, что частично устраняет указанный недостаток.
Схема с подчиненным регулированием координат (рис.2.13) принципиально отличается от предыдущей. В ней регулирование каждой координаты осуществляется собственными регуляторами (тока РТ, скорости РС), которые вместе с соответствующими ОС образуют замкнутые контуры. Эти контуры располагаются таким образом, чтобы входным (задающим) сигналом для контура тока Uзт являлся выходной сигнал внешнего по отношению к нему контура скорости. Таким образом, внутренний контур тока будет подчинен внешнему контуру скорости – основной регулируемой координате ЭП.
Основное достоинство данной схемы заключается в возможности оптимальной настройки регулирования каждой координаты. Кроме того, подчинение контура тока контуру скорости позволяет упростить процесс ограничения тока и момента, для чего необходимо лишь поддерживать на соответствующем уровне сигнал на выходе регулятора скорости.
а)
б)
Рис.2.9.
Рис.2.10.
Рис.2.11.
Рис.2.12.