книги из ГПНТБ / Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие

При сравнении входная и выходная величины должны иметь одинаковую природу. Поэтому в зависимости от принципа техниче­ ского осуществления измеряющего устройства ИУ, являющегося элементом главной обратной связи, оно может выполнять функции - преобразования одной физической величины в другую (например, механического перемещения в электрическую величину и др.).

Полученный таким образом сигнал ошибки х (t) поступает в уси­ литель У, который является промежуточным элементом между маломощным сравнивающим устройством и исполнительным меха­ низмом ИМ.

из электродвигателя и редуктора, соединяющего вал электродви­ гателя с управляемым объектом. Когда исполнительный механизм, а следовательно, и подвижная часть элемента обратной связи ИУ займут положение, при котором сигнал обратной связи будет ра­ вен по величине задающему сигналу, сигнал на выходе сравниваю­ щего устройства будет равен нулю. Мощность на выходе усилителя также станет равной нулю, и исполнительный механизм остановится. Следящий электропривод окажется в согласованном положении.

На следящий электропривод кроме полезных задающих сигна­ лов могут воздействовать нежелательные возмущения, которые будут являться помехой в системе. В этом случае следящий электро­ привод должен действовать так, чтобы ослаблять влияние возму­ щающих воздействий на регулируемый параметр. Каждый из рас­ смотренных элементов следящего электропривода характеризуется своими параметрами, т. е. коэффициентами усиления и постоянными времени, от соотношения которых зависит протекание переходных процессов в следящем электроприводе.

В системах управления технологическим оборудованием ис­ пользуются различные следящие электроприводы, которые отли­ чаются друг от друга своим назначением, длительностью действия, режимом работы, мощностью и т. п.

Классификацию следящих электроприводов можно производить по различным признакам, основными из которых являются способ действия системы управления, характер управления (закон обра-

60

зования управляющего сигнала), тип усилителя и исполнительного электродвигателя.

По способу действия системы управления следящие электро­

В следящих электроприводах с непрерывным управлением ре­ гулирование мощности (напряжения), подводимой к исполнитель­

В следящих электроприводах релейного действия напряжение на электродвигатель подается при достижении сигнала ошибки си­ стемы определенной величины. При этом электродвигатель подклю­ чается на полное напряжение, полярность которого определяется знаком сигнала ошибки. Исполнительный электродвигатель после включения приводит в движение нагрузку со скоростью и ускоре­ нием, величины которых зависят только от параметров самого электродвигателя (приведенных моментов инерции и сопротивле­ ния) и совершенно не зависят от величины сигнала ошибки. Отра­ ботка кончается при снижении ошибки слежения до требуемой ве­ личины.

В следящих электроприводах импульсного действия управле­ ние осуществляется путем подачи напряжения на электродвигатель периодически, с определенной частотой, пропорциональной сиг­ налу рассогласования.

В данной главе рассматриваются только следящие электропри­ воды непрерывного управления.

По характеру управления (закону образования управляющего сигнала) следящие электроприводы непрерывного управления под­ разделяются на следующие системы:

По типу усилителя следящие электроприводы, можно разделить на следующие группы:

1) с электронными или полупроводниковыми усилителями;

2)с магнитными усилителями;

3)с электромашинными усилителями.

Следящий электропривод может содержать несколько последо­ вательно включенных усилительных устройств различного типа, например, магнитный и электромашинный усилитель, электронный

61

1)с исполнительными двигателями постоянного тока;

2)с исполнительными двигателями переменного тока. Целесообразно также классифицировать следящие электропри­

воды по мощности исполнительного механизма (двигателя): 1) малой мощности (до 50 вт);

В системах управления технологическим оборудованием в ос­ новном используются следящие электроприводы малой и средней мощности.

§17. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

КС Л Е Д Я Щ Е М У Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д У

процесс по прошествии некоторого времени затухает и сигнал рас­ согласования принимает установившееся значение, такая система

По кривой переходного процесса (кривая 1, рис. 44), возникаю­ щем при единичном ступенчатом входном воздействии g (() - 1 (/), можно определить склонность системы к колебаниям. Эти колеба­

процесс протекает монотонно (кривая 2, рис. 44), .перерегулирова­ ние отсутствует (ст 0), а сигнал рассогласования непрерывно уменьшается во времени. При неустойчивом электроприводе рас­ согласование будет непрерывно увеличиваться.

Следовательно, величиной перерегулирования можно охаракте­ ризовать запас устойчивости системы. Практически запас устойчи-

62

Другим показателем качества следящего электропривода яв­

которого переходный процесс, возникший под действием возму­ щающего воздействия, заканчивается. Практически окончанием переходного процесса считают уменьшение его колебаний до допу­

Точность следящего электропривода обычно определяется кос­

можно определить, зная добротность системы по скорости, из вы­ ражения

(6.4)

63

Если имеем систему с астатизмом второго порядка, то С0 С х — ~-- 0, а коэффициент С, можно определить, зная добротность системы по ускорению, из выражения

(6.5)

Таким образом, чем выше порядок астатизма следящей системы, тем большее количество коэффициентов ошибок равно нулю. Но повышение точности увеличением порядка астатизма неблагопри­ ятно сказывается на устойчивости системы. Поэтому в следящей системе необходимо будет также использовать корректирующие звенья, повышающие запас устойчивости.

Для повышения точности следящей системы можно восполь­ зоваться увеличением общего коэффициента усиления разомкнутой системы. Это будет способствовать уменьшению ошибок практи­ чески во всех режимах работы. Одновременно с повышением общего коэффициента усиления система обычно приближается к колеба­ тельной границе устойчивости и при некоторой определенной ве­ личине в следящей системе могут возникнуть незатухающие коле­ бания.

Следовательно, при повышении точности работы следящей си­ стемы путем увеличения общего коэффициента усиления необхо­ димо также увеличивать запас устойчивости системы.

Из вышесказанного можно заключить, что повышение точности отработки рассогласования, как правило, ограничивается ухудше­ ниями работы следящего электропривода в динамике и возмож­ ностью возникновения в нем неустойчивости. Поэтому при повыше­ нии точности работы электропривода должны учитываться его ди­ намические свойства,'которые можно улучшить посредством добав­ ления к системе корректирующих устройств.

Таким образом, к следящим электроприводам предъявляются такие основные требования:

1) следящий электропривод должен быть устойчивым и должен обладать определенным запасом устойчивости;

2)время переходного процесса /п не должно превышать опре­ деленной, заранее заданной величины;

3)величина перерегулирования а должна находиться в преде­ лах допустимого значения;

4)статическая и установившаяся динамическая ошибки по окон­ чании переходного процесса в следящем электроприводе не должны превышать заданных величин;

5)регулируемая величина следящего электропривода в пере­ ходном режиме не должна переходить через установившееся значе­ ние больше некоторого, заранее заданного числа раз.

Корректирующие устройства, изменяющие динамические свой­ ства следящего электропривода с целью повышения его запаса устойчивости, представляют собой звенья с определенными переда­ точными функциями. Они могут включаться в цепь регулирования

64

в виде последовательныили параллельных устройств или в виде местной обратной связи.

Применение конкретного вида корректирующих устройств оп­ ределяется удобством технического осуществления их в реальной системе регулирования. В следящих электроприводах наибольшее распространение нашли электрические корректирующие звенья, составленные из электрических R-, С- и L-элементов.

В качестве электрических корректирующих устройств исполь­ зуются интегрирующие и дифференцирующие звенья, а также раз­ личные сочетания их, так называемые интегро-дифференцирующие звенья. Эти корректирующие звенья применяются в том месте цепи регулирования системы, где сигнал представляет собой напряжение постоянного тока. В этом случае корректирующее устройство вы-

Рис. 45

полняется сравнительно просто. Если же сигнал — модулирован­ ное напряжение переменного тока, то корректирующие устройства, построенные из R-, С-, L-элементов, представляют собой сложно рассчитываемые и трудно настраиваемые динамические звенья. Поэтому на практике при наличии модулированного сигнала в цепи переменного тока устанавливают фазочувствительный демодулятор. Выпрямляют сигнал и подают его на корректирующее звено посто­ янного тока. Затем, при необходимости вести дальнейшее усиление на переменном токе, после корректирующего звена ставят модуля­ тор.

На рис. 45 представлена функциональная схема следящего элек­ тропривода с последовательным корректирующим устройством. Корректирующее звено КЗ включено между каскадами усилителя по напряжению Уг и по току (мощности) У2 . Это дает возможность, с одной стороны, не уменьшать чувствительность системы к вход­ ному сигналу, снимаемому с задающего устройства ЗУ, поскольку используются обычно пассивные корректирующие R-, С-, L-звенья, и, с другой стороны, применять маломощные элементы корректи­ рующих звеньев.

С выхода усилителя напряжение и2 , которое является усилен­ ным и скорректированным сигналом рассогласования, поступает на исполнительный электродвигатель ИД. Последний перемещает через редуктор Р управляемый объект У О, а вместе с ним и подвиж­ ную часть датчика обратной связи ДОС до тех пор, пока ошибка рассогласования не станет равной требуемому значению.

Особенно широкое применение для изменения динамических свойств следящего электропривода находят обратные связи вследст­ вие простоты технического осуществления.

На рис. 46 изображена функциональная схема дистанционного следящего электропривода с тахометрической обратной связью, осуществляемой с помощью тахогенератора ТГ. Тахометрическая обратная связь охватывает усилитель У и исполнительный электро­ двигатель ИД. Сигнал рассогласования Au задается с помощью дистанционного устройства, которое состоит из датчика Д и при­ емника Пр.

Рис. 46

зывается на увеличении коэффициента усиления системы и, сле­ довательно, на повышении точности работы и быстродействия сле­ дящего электропривода, а с другой стороны, уменьшает устойчи­ вость системы, т. е. способствует колебательному режиму, который может перейти к незатухающему процессу. При увеличении влия­ ния отрицательной обратной связи повышается устойчивость сле­ дящего электропривода, но в то же время понижается коэффициент усиления системы и, следовательно, уменьшается точность работы и быстродействие системы.

Выбор того или иного типа обратной связи, вводимой в систему следящего электропривода для улучшения ее статических и дина­ мических свойств, в каждом конкретном случае обусловливается заданными условиями работы следящего электропривода.

Для повышения точности работы следящего электропривода без изменения его устойчивости применяют метод точного и грубого отсчета. На рис. 47 дана функциональная схема дистанционного двухканального электропривода. Датчики и приемники каналов грубого (Дго и Прто) и точного (Дто и Ярто) отсчета соответст­ венно связаны друг с другом через ускоряющие механические ре­

66

сигнал ошибки Au поступает на вход усилителя системы из канала грубого отсчета, он равен

А « Г О - / ( 0 п Х ) -

При уменьшении угла рассогласования до величины 02 и соответст­

тической ошибки измерительных элементов (датчиков и приемни­ ков) каналов грубого и точного отсчетов.

Рис. 49

На рис. 49 приведена принципиальная схема следящего электро­ привода, у которого в качестве измерителя рассогласования ис­ пользованы сельсины (датчик СД и приемник СП), работающие в трансформаторном режиме. Такая система применяется для уп­ равления производственными процессами в машиностроении.

Сигнал ошибки, формируемый измерительной схемой, через входной трансформатор Трх поступает на полупроводниковый уси­ литель.

Полупроводниковый усилитель состоит из двух каскадов. Пер­ вый каскад, собранный на полупроводниковом триоде Т1г является

68