3.2. Построение структурной динамической модели и синтез регуляторов

На основании разработанной функциональной схемы и передаточных функций звеньев СЭП необходимо построить динамическую структурную схему (ДСС) системы, обозначив на ней соответствующие функциональные звенья и переменные (регулируемые) параметры.

Для определения настроек регуляторов следует преобразовать исходную структурную схему САУ. В ряде случаев можно пренебречь внутренней отрицательной обратной связью по ЭДС двигателя. Возможность такого пренебрежения должна быть обоснована в пояснительной записке.

В системах подчиненного регулирования оптимизация контуров обычно выполняется в соответствии со стандартными настройками с учетом условий работы СЭП и соотношения параметров объекта управления.

В САР скорости контур тока чаще всего настраивается на оптимум по модулю (ОМ), а контур скорости – на симметричный оптимум (СО). При этом параметры ПИ-регулятора тока определяются формулами

; , (3.9)

где ; - суммарная малая постоянная времени контура тока.

Передаточные функции разомкнутого и замкнутого контура тока соответственно будут

; (3.10)

. (3.11)

В СЭП с упругой связью контур скорости настраивается в зависимости от соотношения механических параметров. При параметры ПИ-регулятора скорости выбирают по формулам

; , (3.12)

что обеспечивает частоту среза контура скорости при времени переходного процесса .

При параметры РС будут

; (3.13)

при .

В последнем случае для подавления упругих колебаний в механической системе следует ввести в САУ дополнительные средства последовательной или параллельной коррекции [5]. Введение последовательной коррекции на активном режекторном фильтре (АРФ) с передаточной функцией

, (3.14)

при ; - обеспечивает в большинстве случаев удовлетворительную динамику СЭП при управляющем и возмущающем воздействиях.

Структурная схема СЭП на этапе оптимизации контура скорости (при оптимизированном контуре тока) приведена на рис. 4,а.

После синтеза регуляторов следует определить статическую ошибку замкнутой СЭП на верхней и нижней скоростях и построить соответствующие механические характеристики.

Для однократноинтегрирующей системы с П-РС

, (3.15)

где - значение скорости в рабочей точке.

Для двухкратноинтегрирующей системы с ПИ-РС

, (3.16)

где - коэффициент усиления регулятора скорости в статике ( ).

В следящей САУ контур тока настраивается на наибольшее быстродействие (ОМ или компромиссный оптимум (КО)). Контур скорости желательно настраивать на ОМ с введением АРФ. Структурная схема САУ на этапе оптимизации контура положения (при оптимизированных контурах тока и скорости) приведена на рис. 4,б, где - передаточная функция регулятора положения (РП).

В качестве РП применяют чаще всего ПИ-регулятор, выбор которого диктуется необходимостью получения требуемой добротности следящей САУ. При введении ПИ-регулятора с передаточной функцией

его параметры определяются формулами

; , (3.17)

что обеспечивает компромиссную настройку между ОМ и СО при частоте среза контура положения .

Рис. 4. Динамические структурные схемы: а - САР скорости; б – следящая САУ

Следящая система с введением интеграла в закон регулирования становится двухкратноинтегрирующей и имеет добротность , т. е. ошибку при постоянной скорости ( ).

В некоторых случаях для повышения устойчивости САУ может потребоваться ПИД-РП, синтез которого целесообразно выполнить частотным методом. Для получения заданного качества переходного процесса по времени регулирования и перерегулированию следует обеспечить требуемую частоту среза и запас по фазе разомкнутой САУ, которые в первом приближении могут быть определены из формул

; . (3.18)

При синтезе СЭП с двухзонным регулированием скорости необходимо также оптимизировать процессы в цепи возбуждения ДПТ. Основные параметры контура тока возбуждения двигателя определяются из следующих выражений.

Постоянная времени возбуждения двигателя

, (3.19)

где - коэффициент рассеивания потока двигателя, учитывающий наличие потоков рассеивания;

- определяется из графика , который необходимо построить на основании данных рис. П3.13;

- число витков на полюс обмотки возбуждения.

Номинальный ток обмотки возбуждения

. (3.20)

Тиристорный возбудитель (ТВ) выбирается по току и напряжению (табл. П3.4 – П3.5), причем .