2.5.4. Инженерный расчет передаточной функции контура регулирования скорости с обратной связью по напряжению или эдс двигателя

При однозонном регулировании скорости и невысоких требованиях к динамическим качествам вместо обратной связи по скорости применяют обратную связь по напряжению или ЭДС двигателя. Структурная схема контура регулирования скорости с такой обратной связью показана на рис. 2.11,а.

Рис. 2.11. Структурная схема контура регулирования скорости, замкнутого по напряжению (ЭДС) двигателя (а), и та же схема в приведенном виде (б).

Сигнал обратной связи представляет сумму двух составляющих, одна из которых пропорциональна ЭДС, а другая – падению напряжения (омическому и индуктивному) на участке якорной цепи, с которого снимается сигнал обратной связи. Как правило, в цепь обратной связи включают RC-фильтр с постоянной времени Тф.н., величину которой выбирают, исходя из условий ограничения пульсаций в каналах САУ до допустимого уровня, обеспечивающего нормальную работу регуляторов в силовой части электропривода. Если обратная связь осуществляется с помощью датчика ЭДС, то фильтр является составной частью этого датчика. Его постоянную времени выбирают равной электромагнитной постоянной времени участка якорной цепи Тя, с которого снимается сигнал обратной связи. Контур регулирования тока представлен в виде системы второго порядка оптимизированного по МО-оптимуму с коэффициентом демпфирования

Для упрощения анализа реакции системы на управляющее воздействие структурная схема рис. 2.11, а преобразована в структурную схему рис. 11,б, в которой обе составляющие сигнала обратной связи сосредоточены в одном канале. Передаточная функция замкнутого контура имеет сложный вид. При оптимизации по МО-оптимуму выбором коэффициента усиления регулятора скорости Крс обеспечивается требуемый коэффициент демпфирования скорости а передаточная функция замкнутого контура скорости будет иметь следующий вид:

(2.54)

где: - эквивалентная постоянная времени контура равная:

(2.55)

Величина коэффициента усиления регулятора скорости для получения коэффициента демпфирования определяется по выражению:

; (2.56)

где: Вос – оптимальная величина эквивалентной постоянной интегрирования контура, определяемая по выражению:

; (2.57)

Если величина Вос оказывается отрицательной или комплексной, то при любом значении Крс коэффициент демпфирования контура , т.е. настойка по МО-оптимуму не может быть достигнута. Увеличение коэффициента усиления регулятора скорости приводит к росту быстродействия при перерегулировании не более 4 %, а при перерегулирование отсутствует даже при бесконечно большом Крс. При невозможности осуществить оптимальную настройку контура по (2.57), величину коэффициента усиления Крс ограничивают из соображений помехоустойчивости системы. При этом передаточная функция замкнутого контура регулирования скорости имеет вид:

; (2.58)

где: Вс – эквивалентная постоянная интегрирования контура равная:

; (2.59)

При такой настройке контур представляет собой систему первого порядка, а время нарастания скорости до установившейся величины примерно равно:

; (2.60)

Наиболее распространенными на практике являются следующие варианты обратной связи по напряжению (ЭДС):

1. без фильтра или с фильтром постоянная времени которого находится в сравнении - ;

2. с фильтром, постоянная времени которого , и с компенсацией омической составляющей напряжения на участке якорной цепи, с которого снимается сигнал обратной связи. Этот вариант имеет место в случае применения датчика ЭДС;

3. без фильтра (или с фильтром постоянная времени которого ), с компенсацией омической составляющей падения напряжения.

Эквивалентные постоянные времени контура скорости по соответствующим вариантам выполнения обратных связей по напряжению определяются выражениями:

1) ; (2.61)

2) ; (2.62)

3) ; (2.63)

Из сопоставления величин Т_С, полученных по формулам (2.60) – (2.62), можно выбрать вариант обратной связи, обеспечивающей максимальное быстродействие. Практически установлено, что контур замкнутый по напряжению или ЭДС оказывается менее быстродействующим, чем при обратной связи по скорости.

Для оценки влияния допущений, сделанных при получении передаточной функции контура регулирования скорости замкнутого по напряжению (2.54), необходимо сопоставить величины эквивалентных постоянных времени Т_С и 2Т_Т. Если что передаточные функции структурных схем на рис. 11, а и рис. 11, б можно считать эквивалентными. При формулы (2.61) – (2.63) следует рассматривать как приближенные.

Быстродействие электропривода с обратной связью по напряжению (ЭДС) двигателя может быть повышено применением одноконтурной схемы без подчиненного регулирования тока якоря. При управлении скоростью электропривода в такой системе обязательно наличие задатчика интенсивности. Ограничение тока якоря в аварийных режимах при работе привода «на упор» осуществляется снижением задания скорости. Сигнал обратной связи по току через пороговый элемент, определяющий уставку токоограничения, подается на вход инвертирующего усилителя задатчика интенсивности, выполненного в виде интегро-задающего устройства [14]. Благодаря этому динамическая составляющая тока якоря уменьшается или даже меняет знак, что обеспечивает ограничение полного тока якоря на заданном уровне. Регулятор при такой системе должен иметь ПИД-характеристику. Повышение быстродействия электропривода достигается благодаря уменьшению суммы малых постоянных времени.