4.3.1. Комбинированные сар тока якоря
Структурная схема комбинированной САР тока якоря изображена на рис. 4.14.
Рис. 4.14. Структурная схема комбинированной САР тока якоря
с компенсацией внутренней обратной связи по ЭДС
Основу архитектуры комбинированной системы составляет рассмотренная выше замкнутая САР с регулированием по отклонению. Для этой системы внутренняя обратная связь по ЭДС двигателя, воздействующая на звено объекта регулирования, рассматривается как внешнее возмущение, оказывающее влияние на регулируемую величину, т.е. на ток якоря. С целью нейтрализации этого объективно существующего влияния регулирующая часть системы дополняется цепью компенсации влияния ЭДС двигателя, реализующей принцип регулирования по возмущению. Эта цепь состоит из датчика внешнего возмущения ДЭ, звена компенсации kп-1 и сумматора на входе фильтра, ограничивающего полосу пропускания САР. Благодаря этому сигнал на входе фильтра есть сумма двух составляющих - выходных сигналов регулятора тока Upт, и цепи компенсации Uk. Причем, внутренняя (присущая объекту регулирования) отрицательная обратная связь по ЭДС якоря компенсируется внешней положительной связью по этой переменной. Параметры эвена компенсации выбираются по формуле:
,
где kдэ– коэффициент передачи датчика ЭДС. В дальнейшем полагаемkдэ =1.
Введение компенсации влияния ЭДС дает гораздо большие основания для синтеза регулятора тока в соответствии с рассмотренной ранее стандартной методикой. Поэтому передаточная функция регулятора тока остается прежней:
.
Выбор параметров САР по приведенными формулами обеспечивает практически полное устранение влияния внутренней обратной связи по ЭДС на процессы регулирования тока не только при заторможенном, но и при расторможенном состояниях двигателя.
Варьируя коэффициентом передачи звена компенсации можно получить семейство кривых, изображенных на рис. 4.15.
Обратим внимание на некоторое различие кривых 2 и 4 обеспечиваемых комбинированной САР процессов регулирования тока при незаторможенном и заторможенном состояниях двигателя. Это различие объясняется тем, что компенсирующая связь по ЭДС не является идеальной, т.к. компенсирующий сигнал поступает на вход силового преобразователя через фильтр. Как отмечалось ранее, такой фильтр в принципе необходим по условиям технической реализуемости помехоустойчивой САР и поэтому не может быть исключен из системы. Хотя отмеченное различие процессов регулирования и существует, оно гораздо меньше, чем в системе без компенсации (соответственно кривые 1 и 4). Поэтому можно утверждать, что влияние внутренней обратной связи по ЭДС в комбинированной САР сравнительно невелико. Степень этого влияния тем ниже, чем меньше величина некомпенсируемой постоянной времени СПР.
Рис. 4.15. Реакции комбинированной САР тока якоря на скачок задания
при различной степени компенсации влияния ЭДС незаторможенного двигателя:
1 - без компенсации; 2 - при нормальной компенсации; 3 - при двукратной
перекомпенсации: 4 - при нормальной компенсации и заторможенном
состоянии двигателя
Таким образом, для улучшения процессов регулирования тока можно использовать комбинированную САР, сочетающую принципы автоматического регулирования по отклонению (с помощью регулятора тока) и по возмущению (с помощью цепи компенсации ЭДС).
Необходимо отметить особенности систем регулирования тока якоря нереверсивных тиристорных электроприводов, а также реверсивных электроприводов с раздельным управлением комплектами тиристорного преобразователя. Они связаны со значительным изменением свойств тиристорных преобразователей в режиме прерывистых токов, возникающем при малых нагрузках привода, в сравнении с режимом непрерывного тока [12]. Это неблагоприятно влияет на качество процессов регулирования. Другими неблагоприятными факторами являются нелинейность и зона нечувствительности в регулировочной характеристике преобразователей, а также наличие временной паузы при переключении комплектов реверсивных преобразователей с раздельным управлением. Неучет отмеченных факторов при построении САР тока может привести и к неработоспособной системе. Для улучшения качества регулирования в этих условиях служат различные решения:
- использование адаптивных регуляторов тока, структура и параметры которых автоматически изменяются в зависимости от режима работы преобразователя;
- введение в контур регулирования нелинейных элементов, компенсирующих нелинейность характеристики преобразователя методом последовательной коррекции;
- введение дополнительного внутреннего контура регулирования напряжения тиристорного преобразователя, подчиненного регулятору тока.
На основе этих решений обеспечивается вполне приемлемое для практики быстродействие и качество регулирования тока /2, 3/.