Системы управления электроприводами

121

14. СИНТЕЗ СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Следящая САР получает произвольные сигналы задания и повторяет их на выходе с минимально возможной ошибкой. Следящий электропривод

– электромеханическая САР, обеспечивающая слежение по заданному перемещению одной координаты. Задание на перемещение поступает от программных устройств, от ЭВМ, от датчиков слежения за перемещающимся объектом. Следящие ЭП применяются в копировальных станках, станках с числовым программным управлением, резательных механизмах, нажимных устройствах прокатных станов, механизмах сопровождения радиолокаторов и телескопов, в механизмах наведения оружия и т.д.

примерно один в/град.

Рис. 14.1. Сельсинный следящий ЭП.

На рис. 14.2 приведена потенциометрическая САР. Она обеспечивает меньшую точность. Но вследствие своей простоты и дешевизны она раньше имела применение в позиционных системах управления, например, в электроприводах роботов.

Рис. 14.2. Потенциометрическая следящая система перемещения.

122

В данных примерах задание на перемещение поступает от элемента, аналогичному датчику перемещения. Это обеспечивает высокую чувствительность аналогового узла сравнения. В современных следящих электроприводах задание на перемещение поступает в цифровом виде (унитарный или двоичный код), а датчиками перемещения являются вращающиеся трансформаторы, индуктосины, фотоэлектрические импульсные и другие датчики перемещения. Но сущность следящего электропривода прежняя – обеспечить в статике и в заданной полосе пропускания минимальную ошибку рассогласования по положению.

Следящий электропривод выполняется многоконтурным с использованием принципов подчиненного регулирования. Внутренними контурами являются, как правило, контуры тока и скорости, внешним – контур положения (рис.14.3). В последнем контуре i - передаточное отношение от двигателя к выходному перемещению угла или координат. Внешний контур для обеспечения точности выполняется фазоимпульсным или, что чаще всего в последнее время, цифровым с реализацией на микроЭВМ.

Рис. 14.3. Структура следящего многоконтурного ЭП.

Контуры тока и скорости реализуются в самом силовом преобразователе с использованием, как правило, ПИ-регуляторов. ПИ-РС обеспечивает исключение моментной составляющей ошибки по скорости. Для контура положения, чтобы его оптимизировать, необходимо знать передаточную функцию замкнутого контура скорости. Для двигателя постоянного тока с контуром скорости, настроенным на СО, имеем

123

2,51 TT ). Это приводит к некоторой трудности при аппроксимировании

Рис. 14.4. ЛАЧХ замкнутого контура скорости, настроенного на СО.

Однако в ряде случаев это возможно. Например, к следящим электроприводам подач станков предъявляют требования:

-перерегулирование недопустимо;

-переходные процессы должны быть апериодические.

Эти требования приводят к тому, что, во-первых в регуляторе положения не может быть использована интегральная составляющая, так как тогда система будет вида 2 – 1 – 2 и появляется перерегулирование.

Во-вторых единственно возможный П- регулятор положения должен быть настроен на апериодические переходные процессы. Поэтому

частоты среза контура положения не менее, чем на две октавы. В этом случае допустимо с погрешностью, не превышающей 5 %, аппроксимировать контур скорости звеном первого порядка с малой

126

системах идет задание во времени , ,(они все ограничены по величине). ЭВМ рассчитывает задание ХЗ согласно рис.14.10. Одновременно ЭВМ рассчитывает корректирующий сигнал, чтобы с выхода ЭВМ через АЦП выдать аналоговое задание Uзад ω на электропривод.

Рис. 14.10. Расчет задания по скорости при ограничениях координат.

В следящих электроприводах иногда используется управление с инвариантностью по возмущению (рис. 14.11.).

Рис. 14.11. Инвариантность по возмущению в следящем ЭП

Чтобы возмущение f(p) не сказывалось на выходной величине ХВЫХ ,

входного воздействия и введения производных (упреждения) в корректирующее воздействие. Данные требования обычно трудно реализовать практически.

127

14. ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Позиционный электропривод - частный случай следящего электропривода, когда требуется перемещение рабочего органа из одного фиксированного положения в другое за минимальное время без перерегулирования при высокой точности позиционирования без требований к точности траектории перемещения.

Наилучшим считается такой процесс отработки перемещения, при котором скорость изменяется по треугольному или трапецеидальному графику. Это позволяет в полной мере использовать перегрузочную способность двигателя и исключает перерегулирование по положению.

Различают три случая при перемещении:

-малые перемещения без насыщения регуляторов; -средние перемещения при насыщении регулятора скорости;

-большие перемещения при насыщении регулятора скорости и положения [28 (стр. 203 – 210)].

В[28] рекомендуется использовать регулятор положения с параболической зависимостью коэффициента усиления в функции рассогласования, чтобы регулятор положения не насыщался. Если

используется пропорциональный регулятор положения КРТ , то насыщение регулятора положения приводит к дотягиванию (увеличение tП.П) или перерегулированию. Однако выводы сделаны в предположении, что МС = 0,

Т= 0 (контур тока безынерцыонен), в контуре скорости П-РС с КРС . Реально этого нет.

Внастоящее время позиционные системы управляются от микроЭВМ. Задание на перемещение формируется программным путем так, чтобы не было насыщения регуляторов. Поэтому все выводы сделанные при анализе и синтезе следящих системах могут быть отнесены и к позиционным системам.

САР должна обеспечить переходные характеристики по координатам

тока I, скорости , положения Х в зависимости от заданной величины перемещения при ограничении тока (рывка) и скорости, которые при Мс = 0 показаны на рис. 15.1.

Чтобы исключить дотягивание и перерегулирование в конце переходной характеристики, ЭВМ должна определить начало торможения на основании допустимого ускорения и текущей скорости. Тормозной путь

величиной оставшегося перемещения до заданной точки и в момент равенства выдает задание на торможение и формирование соответствующих переходных характеристик

129

Рис. 15.2. Торможение в позиционных системах с переходом на пониженную скорость.

В ряде позиционных систем, изготовленных в 60-80-ых годах прошлого века, используются графики скорости, представленные на рис 15 2 Во время t1 следует переход на пониженную скорость, во время t2 (при срабатывании датчика точной остановки) происходит торможение до нулевой скорости электроприводом и механическим тормозом. Разброс тормозного пути за время t2-t3 при различных отклонениях МС и МТОРМ не должен превышать допустимой ошибки по положению.

130

16. ВЫСОКОТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ

К ряду электроприводов предъявляются повышенные требования к точности поддержания скорости или программного изменения скорости. Это приводы непрерывных прокатных станов, механизмов горячей резки, рольгангов, нажимных устройств в металлургии, приводы секций бумагоделательных машин, продольно резательных станков, испытательные стенды в авиационной промышленности и машиностроении, регулирование частоты в энергетике и т.д.[19, 21].

В подобных системах различают статическую погрешность при стабилизации скорости и динамическую погрешность при периодических воздействиях возмущений момента нагрузки на валу механизма, колебаний напряжения сети.

Динамическая погрешность тем меньше, чем выше полоса пропускания замкнутой САР (частота среза разомкнутой САР). В системах, замкнутых по скорости, динамическая ошибка по скорости также меньше при увеличении момента инерции.

Рассмотрим статическую погрешность поддержания скорости. Ранее доказано, что при астатизме второго порядка в двухконтурной САР с ПИ –

также статическая ошибки по ступенчатым возмущениям равны нулю. Однако это верно при определенных допущениях – при отсутствии погрешностей в цепях задания, датчика обратной связи, органа сравнения.

На самом деле точность поддержания установившейся скорости в системе стабилизации с ПИ-РС зависят от точностных показателей [29 ···

31]:

-задания уставки скорости;

-датчика скорости;

-органа сравнения.

Ваналоговых САР точность аналогового задатчика зависят от диапазона регулирования. Стабилизаторы напряжения имеют погрешность 0,05 ÷ 0,1 % номинальной величины. При диапазоне регулирования 10000 : 1 , что требуется для следящих электроприводов, и при

задания подобной аналоговой величины не приходится. Погрешность задания зависит от диапазона регулирования скорости и находится в пределах 0,05 – 3%.

Долгое время для точного задания уставок использовали частоту. Генератор частоты с кварцевым резонатором позволяет получить