книги из ГПНТБ / Кулесский, Р. А. электропривод постоянного тока с цифровым управлением

Согласно (6-16) значения /г22 я Uі следует выбирать по возможности большими, так как они определяют вре­ мя перехода Ux, на очередной квантованный уровень.

В момент времени, когда значение UN(tu) станет рав­ ным Uj\(niixn- l), релейный элемент отключается и фор-

Рнс. 6-7. Временные диаграммы в модели квантизатора по схеме рис. 6-6,6.

мирование Ux (tN) осуществляется вновь согласно (6-14). Уравнения (6-14) и (6-16) справедливы при условии безынерционности релейного элемента РЭ. Значение Hjv(mitn-i), при котором происходят отключение релей­ ного элемента и очередной цикл формирования UN(tм) согласно (6-14), зависит от вида моделируемой харак­ теристики квантизатора и определяется из характеристик

182

При выбранных масштабах значения коэффициентов в схеме рис. 6-6,6 находятся следующим образом:

(6-17)

Конечность времени перехода Uх. с одного кванто­

ванного уровня на другой приводит к ошибке в опреде­ лении момента отключения релейного элемента, так как за время изменения сигнала UN на величину mNa сигнал и х успеет измениться на некоторую величину.

Поэтому при отключении РЭ приращение выходного сигнала Uх. несколько больше величины тх,а и опреде­

ляет систематическую ошибку. Один из способов ее уменьшения предложен в [Л. 49]. На величине ошибки сказывается также и временное запаздывание в сраба­ тывании и отключении РЭ, которое для решающих уси­ лителей может достигать (1ч-2) мс.

Осциллограммы рис. 6-7 иллюстрируют работу мо­ дели рис. 6-6,6 с релейным элементом, выполненным по схеме рис. 6-3, при моделировании квантователя с ха­ рактеристикой (1-4). Осциллограммам соответствуют следующие значения параметров: тх^ = 1 В, &ш=1,

^20= Ю, == 0,1j ^22 = 50, t/t= 60 В, 6=10 В.

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

ПОСТРОЕНИЕ И РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

7-1. УСТРОЙСТВА КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХ КВАНТОВАНИЯ

Компенсация ломех квантования, «ак .показано в § 2-2, осо­ бенно эффективна в случае позиционных электроприводов, для ко­ торых период квантования по времени обычно достаточно мал и вы­ числение корректирующих сигналов NKx, NKy в линейной зоне изме­

нений координат объекта управления можно осуществить с высокой точностью, пренебрегая квантованием по времени. Рассмотрим спо­ собы формирования сигнала NI<yi так как NIix либо вычисляется аналогично NKy, либо известен заранее (в случае программных элек

т.роприводов).

Если в качестве датчика производной используется аналоговый датчик скорости, например тахогенератор постоянного тока ТГ

183

(рис. 7-1), то при вычислении Nuy на основе (2-11) соответствую­

щее устройство может быть построено по схеме рис. 7-1,а. Условные обозначения для дискретных л аналоговых элементов здесь и далее соответствуют приведенным и табл. 7-1.

пропорционально значению NKV(t).

Рис. 7-1. Схемы формирования корректирующих сигналов в пози­ ционном электроприводе.

184

Т а б л и ц а ?-!

Условные обозначения некоторых элементов систем управления

185

Здесь и далее примем, что 0 соответствует низкому потенциалу сигнала, 1 — высокому. Формирование сигнала С п осуществляется

логическим блоком в зависимости от того, какой из алгоритмов преобразования ,в цифровую форму (1-2) — (1-4) принят в системе. Для позиционных электроприводов преимущественно используется алго­ ритм (1-4). В этом случае

нал начинает 'быстро изменяться в направлении, противоположном имевшемуся ранее. При i7^(Tn) = t/jv(Tn- i) логический блок форми­ рует сигнал Сл=0, ключ К закрывается и процесс формирования

/Vк.у вновь осуществляется в соответствии с (7-4). При Са= 0 схема

переходит в исходное состояние.

Для реализации схемы могут быть использованы элементы общепромышленной серийной аппаратуры. Аналоговая часть схемы (ключ К., усилители Уі, Уг) строится из элементов серии УБСР-А

[Л. 11], а именно: усилителей УПТ-3 или УПТ-4 и блоков ограниче­ ния £0-2. Для построения дискретной части могут быть использо­ ваны элементы серии «Логика-Т» (или «Спектр») (Л. 50] типов Т101—Т107, Т.202 и Т402.

186

Усилитель Уі с резисторами R і, R* и конденсатором С\ в схеме рис. 7-1,я образуют блок БИ в схеме рис. 2-2,6, а остальные элемен­ ты в схеме рис. 7-1,а относятся к блоку БН У в схеме рис. 2-2,6.

Возможны и иные способы построения позиционного электропривода в соответствии с другими способами установки 'Начальных условии интегрирования.

Формирование корректирующего сигнала NKy'(t) в соответствии с принципом, положенным в основу схемы рис. 2-2,а, можно осуще­

и положительным напряжениями, поступающими от логического

соответственно обеспечивая скачкообразное уменьшение или увеличе­ ние UN на величину k^a. Расчет элементов, входящих в схему

рис. 7-1,6, производится так же, как и для схемы рис. 6-4. Парамет­ ры цепей заряда и разряда определяются из требуемых значений времени заряда /а и разряда tP согласно выражениям

/3«'5[ЯзС 2 + (1 -А)і/?5С2 ;

мальное значение тока разряда конденсаторов.

Определение величины резистора R і может быть осуществлено согласно (7-1) при выбранной величине k N.

Для рассмотренных схем формирования корректирующих сиг­ налов лучше применять тахогенераторы постоянного тока типа ПТ либо ііндукторные ТТП {Л.-34]. Эти тахогенераторы обладают пони-

187

жешіым уровнем низкочастотных .пульсации, в наибольшей степени ■сказывающихся «а точности вычисления значений корректирующих ■сигналов. Так, полюсные пульсации для них составляют (0,2-^-0,5) % полезного сигнала, оборотные — не более 0,5%- Нелинейность скоро­ стной характеристики этих тахогенераторов не превышает (l-f-2)%. Поэтому в относительно узкой зоне линейного изменения координат объекта управления характеристики тахогенераторов могут считать­ ся линейными. Если в качестве датчика производной используется частотный датчик скорости, то вместо аналогового блока БИ (см.

схемы рис. 2-2) используется реверсивный счетчик.

Рис. 7-2. Цифровой вариант схемы рис. 7-1,а.

Рассмотрим работу цифровой схемы формирования корректи­

в реверсивном счетчике импульсов ЧД. Получающееся на выходе счетчика число N*ку задает в цифровой форме сигнал N„y, который,

таким образом, оказывается квантованным по уровню с шагом

угол поворота которого регулируется. Отметим, что из условия по­

188

датчиков, либо одного, по со сдвинутыми считывающими головками [Л. 8], как показано на схеме. Запись числа ЙД'кДТп-і) осуществля­ ется в интервале времени между проходом двух последовательных импульсов от ЧД. Реализацию рассмотренной схемы лучше произ­

водить на основе элементов серии «Спектр», имеющей в своем со­ ставе не только логические, но и функциональные блоки (счетчики, преобразователи и т. д.).

'Помимо тахогенераторов и частотных датчиков, устанавливае­ мых на выходном валу редуктора, в качестве датчика производной может использоваться датчик э. д. с., выходной сигнал которого пропорционален скорости двигателя. Наличие нелинейностей в меха-

Рис. 7-3. Схема модели для выделения динамического тока якоря двигателя.

иической передаче типа люфта, сухого трения, проскальзывания и т. и. делает характеристику такого датчика нелинейной. Однако, как показано в § 2-3, компенсировать погрешность в вычислении сигнала N„y(t) за счет включения нелинейного элемента в схеме

рис. 7-1 не следует, так как наличие такой погрешности положитель­ но сказывается на динамических свойствах электропривода. В элек­ троприводах, предназначенных для регулирования скорости, схемы формирования корректирующих сигналов в основном аналогичны со­ ответствующим для позиционного электропривода.

При измерении производной скорости могут использоваться дат­ чики динамического тока и устройства, дифференцирующие сигналы тахогенераторов.- Для выделения динамического тока при работе электропривода до основной скорости' могут применяться схемы, моделирующие якорную цепь двигателя. При использовании решаю­ щих усилителей датчик динамического тока выполняется по схеме рис. 7-3, построенной на основе структурной схемы двигателя рис. 1-8 при фо—іі. В качестве входного сигнала берется якорное на­ пряжение двигателя. Расчет параметров схемы приведен в [Л. 10, 51]. Реализация схемы осуществляется на аналоговых элементах серии УБСР-А: усилителях УПТ-4, имеющих два инверсных выхода, и датчике напряжения ДН-2.

Измерение динамического тока при скорости выше номиналь­ ной с высокой точностью встречает затруднения. Здесь целесообраз­ нее осуществлять дифференцирование выходного сигнала тахогенератора, причем для уменьшения влияния помех дифференцирование лучше осуществлять неявным методом {Л. 52]. В этом случае можно

189

использовать упомянутые выше тахогенераторы типов ПТ л ТТП. Уровень высокочастотных пульсации выходного напряжения, в наи­ большей степени сказывающихся па точности дифференцирования, для этих тахогенераторов сравнительно невелик. Так, наиболее силь­ но влияющие зубцовые пульсации не превышают (0,2-^0,86) % лолезного сигнала [Л. 34].

Рис. 7-4. Схемы неявного (а) и ння сигналов.

На рис. 7-4 представлены схемы дифференцирования неявным и прямым методами. Рассмотрим характеристики схем для случая, когда производная полезной составляющей входного сигнала пред­ ставляет единичный скачок

190

Йз (7-12) — (7-15) следует, что при использовании неявного ме­ тода за счет увеличения отношения Т/к можно добиться ослабления

влияния помех но сравнению с прямым методом, но при этом произ­ водная будет вычислена с динамической ошибкой. Ошибка быстро уменьшается и через время, равное 3Т/к, не превышает 5%. Нали­

чие динамической ошибки приведет к ошибке в формировании кор­ ректирующего сигнала в течение нескольких периодов Nl!y(t). Если

учесть, что скачок производной сигнала тахогенератора может про­ изойти лишь при входе в линейную зону изменений координат объ­

вившемуся положению, то указанная динамическая ошибка мало влияет на качество процесса управления. Действительно, в начале, когда ошибки формирования N Ky(t) имеют наибольшую величину,

значение ошибки регулирования еще велико и погрешность вычисле­ ния N,iy(t) сказывается мало. При .приближении к установившемуся положению влияние N Ky(t) на процесс управления становится пре­

валирующим, но здесь уже динамическая составляющая ошибки вы­ числения производной Ur.г затухает. Параметры схемы рис. 7-4,а

могут быть определены согласно (7-42) и (7-13). Реализация схем осуществляется на элементах серии УБСР-А.

Пример 7-1. Определим величины пульсаций выходных напряже­ ний схем рис. 7-4 при дифференцировании сигнала тахогенератора постоянного тока, данные которого приведены в примере 3-1. Счи­ таем зубцовые пульсации приближенно синусоидальными, а усили­ тели— безынерционными. Принимая Г=0,1 с, по (7-15) определяем:

ТУг =18,7 • 0,7 • ІО-2 • 2 200 - 0,4 cos со/—28,8 cos со/.

Максимальное значение величины пульсаций выходного напря­ жения при прямом методе дифференцирования составляет, таким образом, 28,8 В. Примем для схемы рис. 7-4,а величину k равной

10. Тогда по (7-13) для />0,03 с получим:

Ui а; 0,059 cos со/+1,3 sin со/,

т. е. максимальное значение выходных пульсаций при неявном диф­ ференцировании равно 1,3 В.

Динамическая ошибка при скачкообразном изменении производ­ ной входного сигнала затухает приближенно за время /= 3 -0,4/10= =0,03 с.

Осуществление аналого-цифрового преобразования сигнала ча­ стотного датчика на основе (4-3), как отмечено выше, требует изме­ нения программы работы логических блоков в схемах рис. 7-1. Вме­

UN Ss t/„ при dUT,r/dt < 0.

В силу самого принципа аналого-цифрового преобразования ча­ стотных сигналов период прерывания Т в системах цифрового регу­

лирования скорости относительно велик и сказывается на точности, формирования корректирующих сигналов. Вместе с тем ислользова-

191