2.2. Метод проектирования автоматизированных электроприводов с подчиненным регулированием.

Современные унифицированные системы управления электроприводом строят по принципу подчиненного регулирования параметров. Для электроприводов постоянного тока метод подчиненного регулирования параметров, осуществляемый последовательной коррекцией динамических звеньев электроприводов, стал средством решения сложных задач при поиске (синтезе) таких его структур и параметров, которые обеспечивают требуемые статические характеристики и заданное качество переходных процессов, когда переход из одного состояния в другое происходит сравнительно быстро, а отклонение регулируемой величины от нового установившегося значения в процессе перехода было бы минимальным. Задача разработки и применения для данного объекта регулирования регулятора наиболее подходящего типа для обеспечения заданного качества переходных процессов называется оптимизацией контуров регулирования.

Принцип последовательной коррекции предусматривает деление системы на звенья, которые, как правило, содержат только одну постоянную времени и при этом каждое звено охватывается контуром регулирования, компенсирующим большую постоянную времени. На входе каждого регулятора сравниваются сигналы задания (желаемого значения) и действительные значения регулируемой величины, и выходные напряжение регулятора является сигналом задания последующего регулятора другой величины.

Как уже отмечалось, система с последовательной коррекцией характеризуется тем, что число замкнутых контуров регулирования равно числу регулируемых величин. Каждый контур регулирования состоит из регулятора и объекта регулирования. Объект регулирования каждого контура включает собственно объект регулирования данной регулируемой величины и замкнутые контуры регулирования, внутренние по отношению к рассматриваемому контуру.

В системе управления с последовательной коррекцией всегда имеется внутренний контур, для которого передаточная функция объекта регулирования совпадает с передаточной функцией собственно объекта регулирования W_об системы.

В таких системах последняя регулируемая величина является основной, определяющей главную цель автоматического регулирования технологического процесса. Остальные регулируемые величины являются вспомогательными и подчинены основной регулируемой величине. При этом каждая вспомогательная величина является подчиненной в отношении последующей регулируемой величины. Поэтому системы с подчиненной коррекцией называют системами подчиненного регулирования.

В комплектных тиристорных электроприводах в качестве основной регулируемой координаты могут быть: а) скорость; б) ЭДС двигателя; в) напряжение на его якоре; г) натяжение прокатываемого изделия; е) мощность на валу двигателя. В САР комплектных тиристорных электроприводов изменение основной регулируемой координаты осуществляется по заданному закону с необходимой точностью (во внешнем контуре) и ограничение на заданном уровне промежуточных координат электропривода ( во внутренних контурах). В системе регулирования скорости основной координатой является скорость электродвигателя, а промежуточной - ток якоря. В двухзонных системах регулирования скорости промежуточными координатами являются также ЭДС двигателя и поток возбуждения. В САР положения основной координатой является положение исполнительного органа механизма, а скорость и ток – промежуточными. В электроприводах регулирования натяжения или мощности, основной координатой является ток двигателя.

Общий метод проектирования автоматизированных электроприводов с подчиненным регулированием более подробно рассмотрен в учебном пособии [14].

В качестве примера на рис. 2.2 изображена синтезированная структурная схема системы подчиненного регулирования. Электродвигатель М питается от тиристорного преобразователя ТП. Якорный ток двигателя измеряется с помощью датчика тока ДТ. С валом двигателя связан тахогенератор BR, вырабатывающий сигнал частоты вращения двигателя. Двигатель приводит во вращение (или перемещает) исполнительный орган механизма МЕХ, с которым связан датчик положения BS, вырабатывающий сигнал текущего положения S исполнительного органа.

Основной координатой в этой системе является положение S, а внешним регулятором – регулятор положения РП. На входе РП сравниваются сигналы заданного S₃ и фактического S положения. Разность сигналов преобразуется в РП в выходное напряжение ₃, которое является сигналом задания для промежуточного регулятора скорости РС. На входе РС сравниваются напряжение ₃ и напряжение обратной связи по скорости . Разность напряжений преобразуется в РС в выходной сигнал , являющийся напряжением задания для регулятора тока РТ. На входе РТ сравнивается сигнал и напряжение, пропорциональное току якоря . Разность сигналов преобразуется в РТ в выходной сигнал задания напряжения преобразователя ТП . Выходной сигнал регулятора напряжения РН является напряжением задания в СИФУ.

Преобразование сигнала ошибки _U в выходное напряжение регулятора обычно заключается в усилении _U по напряжению, ограничении выходного напряжения регулятора значением, допустимым для промежуточного (внутреннего) контура, преобразовании напряжения ошибки по пропорционально-интегральному закону. Введение интегральной составляющей имеет целью уменьшение до нуля ошибки между заданным и фактическим значениями регулируемой величины, т.е. получить _, _I, _S = 0.

Нулевое значение ошибки получается следующим образом. Как известно, математически интеграл является пределом для суммы значений подынтегральной функции. В установившемся состоянии выходное напряжение регулятора должно быть постоянно и равняться напряжению обратной связи подчиненного данному регулятору контура. Для получения установившегося состояния сумма не должна меняться, а это имеет место только тогда, когда очередные слагаемые равны нулю. Так как эти слагаемые пропорциональны , то отсюда следует, что напряжение задания в точности равно фактическому значению регулируемой величины.

Рис. 2.2. Структурная схема системы подчиненного регулирования положения.

Регуляторы скорости являются наиболее массовой системой регулирования в электроприводах. Структурная схема такой системы показана на рис. 2.3. Сигнал задания скорости формируется на выходе узла задания скорости УЗС, представляющего собой сумматор. Напряжение ’ задается оператором с помощью бесступенчатого (сельсинного) или ступенчатого командоаппарата, воздействующего на ячейку задания ЗС типа СЗ или СЛЗ, и подается на задатчик интенсивности ЗИ. В ЗИ ступенчатый сигнал превращается в линейно нарастающий, что ограничивает значение ускорения двигателя. Кроме ’ предусмотрена возможность подачи или коррекции задания из других схем через задатчик интенсивности ’’ или, минуя ЗИ ’’’.

Рис. 2.3. Структурная схема регулирования скорости.

Регуляторы РН, РТ, РС выполнены аналогично как в схеме на рис. 2.2.