3. Моделирование следящего электропривода

Следящий электропривод:Электропривод, обеспечивающий перемещение исполнительного органа рабочей машины в соответствии с произвольно изменяющимися задающими сигналами (ГОСТ 50369- 92).

3.1. Функциональные схемы следящего электропривода

На рис.32,а приведена функциональная схема следящего электропривода, в котором контроль углового рассогласования осуществляется с помощью сельсинной пары, включающей в себя сельсин-датчик СД и сельсин-приемник СП, Связанный с валом исполнительного органа. Сельсины работают в трансформаторном режиме. Сельсинная пара в аналоговой форме дает информацию о рассогласовании между предписанными истинным значениемуглового положения исполнительного органа механизма, в котором требуется контролировать его положение на протяжении всего пути перемещения исполнительного органа. Подача на вход управляющего воздействия, которым является поворот сельсина-датчика, на некоторый уголотносительно согласованного с сельсином-приемником положения, вызывает появление на однофазной обмотке СП напряжения переменного токаu_с.п. Значение этого напряжения определяется значением угла возникшего рассогласования, а фаза — направлением поворота относительно согласованного положения, т. е. знаком управляющего воздействия. С помощью фазочувствительного выпрямителя (ФЧВ) это напряжение выпрямляется. Значение напряжения на выходе ФЧВ определяется значением угла рассогласования, а полярность – знаком рассогласования. Напряжение ФЧВ подается на вход регулятора положения и затем на аналоговый вход приводного преобразователя и двигатель вращается, отрабатывая рассогласование до тех пор, пока не установится равенство.

Параметрами, характеризующими неизменяемую часть контура положения, являются передаточное число редуктора i, коэффициент передачи пары сельсиновk_сс, связывающий напряжение на выходе СД с угловым рассогласованием=, и передаточный коэффициент фазочувствительного выпрямителяk_фчв. Хотя зависимостьимеет синусоидальный характер, можно считать, чтоk_фчв=const, так как уже при сравнительно неболь­ших значениях рассогласования регулятор положения ограничивается, т. е. замкнутому контуру положения соответствует работа в начальной, близкой к линейной, части синусоиды.

На рис. 32,б приведена упрощенная структурная схема следящего электропривода с рассмотренной измерительной системой. В регуляторе положения предусмотрен блок ограничения. Выражениемобозначена передаточная функция замкнутого контура скорости, входящая в состав приводного преобразователя.

Схема следящего электропривода (системы управления положением исполнительного органа) с датчиком положения исполниельного органа и вентильным двигателем приведена на рис. 33 [Л.1, стр. 202.].

Показанный на схеме датчик положения ротора ДПР включает в себя первичный датчик угла в виде вращающегося трансформатора или резольвера и преобразователь угол/цифра, который выдает на выходе мгновенное значение угла поворота ротора в цифровой форме. Этот сигнал вводится в блок преобразования координат , благодаря чему двигатель управляется частотой, задаваемой датчиком положения ротора.

Рис.33. Функциональная и структурная схемы следящего электропривода с вентильным двигателем и датчиком положения исполнительного органа

Двигатель получает питание от преобразователя частоты с автономным инвертором, управляемым током. Токовые контуры выполнены в неподвижной системе координат. Направление вектора тока статора по оси q обеспечивается равенством нулю сигнала задания токана входе блока преобразования координат. Показанный на схеме датчик положения ротора ДПР включает в себя первичный датчик угла в виде вращающегося трансформатора или резольвера и преобразователь угол/цифра, который выдает на выходе мгновенное значение угла поворота ротора в цифровой форме. Этот сигнал вводится в блок преобразования координат, благодаря чему двигатель управляется частотой, задаваемой датчиком положения ротора.

Как правило, преобразователь угол/цифра одновременно с углом определяет и мгновенное значение скорости двигателя. Это значение используется как сигнал истинного значения скорости и на входе регулятора РС сравнивается с сигналом задания скорости, получаемым с выхода регулятора внешнего контура – контура положения.

Полученное в ДПР значение угла может быть использовано для замыкания контура положения по углу поворота ротора. Если же, как это обычно бывает в системах регулирования положения, требуется замыкание системы не по положению ротора, а непосредственно по положению исполнительного органа рабочей машины ИО, связанного с двигателем через редуктор Рд, то контур замыкается через отдельный датчик положения, установленный на валу исполнительного органа, как показано на рисунке.

Расчетная схема следящего электропривода приведена на рис. 34. Без существенного снижения точности работы модели в схему вентильного двигателя внесено упрощение, состоящее в исключении из рассмотрения канала управления проекцией тока статора по оси α, так как она поддерживается равным нулю. Упрощено описание замкнутого быстродействующего токового контура, представленного в виде апериодического звена.

Предусмотрена возможность расчета с пропорциональными или пропорционально-интегральными регуляторами скорости и положения, а также ввести сигнал задания либо непосредственно на вход регулятора положения, либо сделать это через задатчик интенсивности. Узел задания нагрузки позволяет учесть момент потерь вращения в виде пассивного момента и момент внешней активной или пассивной нагрузки.

В ряде случаев упрощение расчетов может быть достигнуто путем перехода к записи переменных в относительных единицах (записанные в относительных единицах переменные помечены чертой сверху). За базовые значения рекомендуется принять момент и скорость. Переходя к относительным (нормированным) единицам, стремятся максимально возможное количество коэффициентов сделать равными единице.. В результате нормирования передаточная функция разомкнутого контура меняться не должна. Это означает что все из-

Рис. 34. Расчетная схема следящего электропривода с вентильным двигателем и датчиком положения

исполнительного органа

менения сконцентрируются в одном из коэффициентов. Обычно за него выбирается контурный регулятор. Основная часть расчетной схемы рис.34 представлена в абсолютных единицах на рис.35,а, а относительных единицах –на рис. 35,б.

Рис. 35. Упрощенная расчетная схема следящего электропривода с вентильным двигателем в абсолютных и относительных единицах

ПРИМЕРНЫЙ ОБЪЕМ РАБОТ НА ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ

1. Определение параметров силовой части электропривода и необходимые в этой части расчеты.

2. Освоение расчетных схем в среде MATLAB-Simulinkи в пакетеSimPowerSysstems.

3. Наладка расчетных схем электроприводов с разомкнутой системой регулирования.

4. Сравнительная оценка результатов, полученных с использованием различных расчетных схем.

СПРАВОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока частотным регулированием. Учебник для студ. высш. учеб. заведений. - М.: ИЦ «Академия». 2006/2007.

2. Герман-Галкин С.Г. MatlabSimulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб КОРОНА век,2008.

3. Дьяконов В.П. Simulink5/6/7. Самоучитепь. – М.: - ДМК Пресс, 2008.:

Оглавление