8.1.1. Синтез контура регулирования тока якоря

Структурная схема контура регулирования тока якоря приведена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Структурная схема контура регулирования тока якоря

Допущение при синтезе: пренебрегаем влиянием обратной связи по э.д.с. двигателя, т. е. полагаем e_д = 0. Допущение вполне оправдано, поскольку изменение скорости (э.д.с.), как правило, происходит гораздо медленнее в сравнении с током якоря. В качестве условия, гарантирующего обоснованность такого пренебрежения, принимают следующее: T_м  10T_ . Если это условие не соблюдается, то пренебрежение влиянием обратной связи по э.д.с. при синтезе приводит к тому, что контур тока якоря становится статическим и электропривод недоиспользуется по перегрузочной способности при пуске и торможении. В этом случае необходимо вводить компенсацию э.д.с. двигателя [2].

Применим типовую методику структурно-параметрического синтеза, рассмотренную выше в гл. 7.5. Этапы синтеза:

1. Параметрическая декомпозиция объекта управления:

- большие постоянные времени (БПВ): T_э ;

- малые постоянные времени (МПВ): T_тп , T_фрт , T_фдт ;

- эквивалентная малая постоянная времени контура (ЭМПВ):

T_т = T_тп + T_фрт + T_фдт ;

2. Задание критерия качества в виде желаемой передаточной функции разомкнутого контура (настройку замкнутого контура регулирования тока якоря будем осуществлять на технический оптимум - ТО):

3. Синтез структуры и параметров регулятора.

Передаточная функция регулятора тока якоря

.

Таким образом, структура регулятора тока - ПИ, обеспечивает компенсацию одной БПВ - T_э .

Параметры регулятора тока:

- коэффициент передачи регулятора

- постоянная времени интегрирования

- постоянная времени изодромного звена T_из = T_э .

Заметим, что здесь имеют место лишь 2 независимых параметра, поскольку K_рт = T_из / T_и .

4. Расчет параметров регулятора.

Большинство регуляторов реализуются на основе операционных усилителей в интегральном исполнении. В системах управления электроприводами наибольшее применение нашли серии микросхем К140 (К140УД5, К140УД6, К140УД7, К140УД8, К140УД14), К153 (К153УД1, К153УД 2), КР553 (КР553УД1, КР553УД2), КР157 (КР157УД1, КР157УД2) и др.). Питание этих микросхем унифицировано - 15 В.

Принципиальная схема регулятора тока на основе операционного усилителя приведена на рис. 8.2. Расчету подлежат значения резисторов R_зт, R_от, R_т и емкости конденсатора C_от, а также величина напряжения U_зт , обеспечивающего ограничение тока якоря на допустимом уровне. Заметим, что число параметров принципиальной схемы регулятора (их 5) значительно превышает число независимых параметров регулятора, полученных в результате синтеза (их только 2). Очевидно, что неоходимо задаться какими-то тремя параметрами, условиями или соотношениями. Введем следующие допущения:

а) зададимся значением емкости C_от в пределах (1…2)10^-6 фарады;

Рис. 8.2. Принципиальная схема ПИ – регулятора тока

б) примем, что максимальное напряжение задания, обеспечивающее ограничение тока якоря на допустимом уровне, U_{зт, max} = 10 В, т.е. несколько меньше напряжения насыщения операционных усилителей; фактически заданием этого напряжения мы однозначно определяем величину контурного коэффициента усиления, т. е. 1 / K_т = i_max / U_{зт, max} = i_max / 10 .

в) используем соотношения, справедливые для статических режимов любых операционных усилителей перечисленных серий (с собственным коэффициентом передачи свыше 20000):

U_{зт, max} / R_зт = U_{дт, max} / R_т = K_т / K_дт .

Тогда порядок расчета резисторов будет следующим:

1. R_от = T_из / C_от = T_э / C_от .

2. R_зт = T_и / C_от = 2 T_т K_тп K_т / R_э C_от = K_т R_т / K_дт ,

откуда R_т = 2 T_т K_тп K_дт / R_э C_от .

3. R_зт = R_т U_{зт, max} / U_{дт, max} ,

где U_{дт, max} = K_дт i_max , U_{дт, max}  10 В.

Если рассчитанные величины резисторов R_зт и R_т окажутся менее

1 кОм, необходимо изменить соответствующим образом значение C_от .

Примечание: величины резисторов и емкостей выбираются из стандартных рядов.

Передаточная функция синтезированного замкнутого контура регулирования тока якоря (ЗКРТ), настроенного на технический оптимум, имеет вид:

где T_т - постоянная времени замкнутого контура тока якоря, аппроксимированного апериодическим звеном 1-го порядка, . Величина T_т зависит, прежде всего, от пульсности тиристорного преобразователя и обычно находится в пределах 0,01…0,03с.