6.3. Системы программного управления. Способы ограничения координат су эп

К таким системам относятся, прежде всего, системы управления металлорежущими станками и промышленными роботами, исполнительные органы (струбцины резцов станка, схваты манипулятора и т. п.) которых имеют сложные программные законы движения по одной или нескольким пространственным координатам. Программное управление такого рода СУ ЭП осуществляют, как правило, с помощью систем числового программного управления (СЧПУ) того или иного класса (NC, CNC, SNC, DNC) [2].

К классу систем программного управления предъявляются те же требования, что и к системам стабилизации в динамических режимах плюс ряд специфических требований, связанных с ограничением координат состояния объекта управления на допустимых уровнях. В отличие от систем стабилизации СЧПУ при позиционном и позиционно-контурном управлении могут функционировать в режимах больших отклонений координат, в том числе – при больших отклонениях выходной координаты (положении исполнительного органа). В этой связи основные требования к программным системам управления можно сформулировать следующим образом:

а) максимум быстродействия при минимуме динамической ошибки отработки любых программно-задающих воздействий;

б) ограничение координат СУ ЭП на допустимых уровнях во всех динамических режимах.

Эти требования тесно взаимосвязаны и обеспечиваются следующими техническими (в общем случае - программно-аппаратными) средствами:

• применением дополнительных нелинейных обратных связей по ограничиваемым координатам СУ ЭП (типа “отсечек”);

• применением задатчиков интенсивности (первого или второго рода);

• ограничением задающих воздействий внутренних контуров регулирования в многоконтурных СУ ЭП, прежде всего в системах подчиненного регулирования координат;

• формированием таких программно-временных задающих воздействий, которые учитывают реальные динамические характеристики (возможности) объекта управления.

В СУ ЭП требуется ограничивать на допустимых уровнях следующие координаты:

• скорость электродвигателя (  _max);

• ток якоря двигателя постоянного тока (i_я  i_я,max, i_я,max= i_я,ном,  -перегрузочная способность двигателя) или ток статора

асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (i_c  i_c,max);

• скорость изменения тока якоря (статора) двигателя на допустимом уровне; для электрических машин обычного исполнения эта величина составляет (20-50) номинальных значений тока за секунду;

• ускорение электропривода (исполнительного механизма, рабочего органа) на уровне, определяемом требованиями технологического процесса, комфортности и др.

6.3.1. Ограничение координат сау применением дополнительных нелинейных обратных связей.

На рис. 6.11. приведена функциональная схема системы регулирования скорости электропривода постоянного тока с дополнительной обратной связью типа “отсечка”.

Нелинейная обратная связь по току якоря вступает в действие, когда

ток якоря превысит максимально допустимое значение. При этом реализуется условие: U_дт > U_отс, где U_отс – напряжение “отсечки” нелинейного звена. Напряжение отрицательной обратной связи U_нз приводит к снижению напряжения управления силового преобразователя и cтабилизирует ток якоря на уровне максимально допустимого. В режиме токоограничения среднее значение U_дт  U_отс .

Рис. 6.11. Функциональная схема САР скорости с “отсечкой”

по току якоря

Заметим, что регулятор скорости, обеспечивающий оптимальное в смысле какого либо критерия регулирование скорости, должен иметь переменную структуру, изменяющуюся при выходе тока на режим ограничения. С целью снижения выбросов тока якоря в такие моменты времени применяют так называемое “упреждающее токоограничение”, обеспечиваемое за счет дополнительной обратной связи по току двигателя, подаваемой на вход тиристорного преобразователя.

6.3.2. Ограничение координат СУ ЭП с помощью задатчиков

интенсивности.

Задатчики интенсивности (ЗИ) служат для ограничения промежуточных координат СУ ЭП. В электромеханических системах управления с помощью ЗИ ограничивают, прежде всего, ускорение и рывок рабочего органа (первую и вторую производные скорости электропривода).

Задатчики интенсивности 1-го рода служат для ограничения ускорения (замедления) электропривода и обеспечивают либо постоянство ускорения (замедления), либо постоянство времени регулирования при скачкообразном изменении сигнала задания скорости. Структурная схема ЗИ 1-го рода, обеспечивающего постоянство ускорения электропривода в переходных режимах, приведена на рис. 6.12.

Напряжение задания скорости U_зс можно изменять ступенчато. При этом выходной сигнал ЗИ будет меняться линейно в функции времени:

U_зи = U_зс = (1 / T_зи)U_рэ t,

где U_рэ – напряжение релейного элемента (РЭ), U_рэ = U_рэ.maxsign(U_зс - U_зс).

Рис. 6.12. Структурная схема ЗИ, обеспечивающая постоянство

ускорения электропривода

Р еакция ЗИ на различные по величине ступенчатые воздействия приведена на рис. 6.13.

Рис. 6.13. Реакция ЗИ на скачкообразное изменение задающего

воздействия

Задатчик интенсивности устанавливают на входе замкнутого контура регулирования скорости, который отрабатывает линейное задание скорости с некоторой динамической ошибкой, т. е. максимальное ускорение электропривода будет определяться только параметрами ЗИ (U_рэ.max, T_зи) и коэффициентом передачи замкнутого контура скорости (1 / K_c):

_max = (d / dt)_max = U_рэ.max / T_зи K_c .

С труктурная схема ЗИ, обеспечивающего постоянство времени регулирования при ступенчатых изменениях задающего воздействия, приведена на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Структурная схема ЗИ, обеспечивающего постоянство

времени регулирования скорости

Реакция такого ЗИ на ступенчатые изменения задающего воздействия приведена на рис. 6.15. Как видим, время отработки произвольного по величине скачка задания скорости постоянно и равно постоянной времени T_зи. Ускорение электропривода с таким ЗИ – величина переменная и зависит от приращения скорости за время T_зи .

Р ис. 6.15. Реакция ЗИ на скачкообразное изменение задающего

воздействия

Задатчик интенсивности 2-го порядка в отличие от рассмотренных ЗИ содержит интегратор 2-го порядка, что позволяет ограничить на допустимом уровне не только первую, но и вторую производную регулируемой координаты.