книги из ГПНТБ / Корытин А.М. Синтез автоматизированного электропривода на аналоговых и цифровых вычислительных машинах
.pdfреле РФ и контактора НФ (рис. 3-2І) осуществлялась Задержка
включения цепи нелинейного самовозбуждения. Цепь диодов «впе
ред» |
или |
«назад» |
выбиралась с помощью поляризованных реле PI |
|
и Р2, |
включенных |
на выход входного |
МУ. |
|
На рис. 3-32,а приведены осциллограммы процессов разгона и |
||||
реверса, |
снятые |
на действующем |
приводе рабочих рольгангов |
Рис. 3-32. Переходные процессы при разгоне и реверсе.
а — для типовой схемы; |
б — для схемы, |
дополненной автономной положитель |
ной обратной связью, с |
синтезированной |
характеристикой резистора. |
обжимного |
прокатного стана. |
На |
рис." 3-32,6 приведены аналогичные |
||
осциллограммы, полученные |
при |
введении |
нелинейного |
самовоз |
|
буждения |
с синтезированными |
параметрами |
цепи. Графики |
рис. 3-32 |
подтверждают достаточную точность синтеза параметров на АВМ.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
СИНТЕЗ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА АВМ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ
4-1. ВХОДНОЙ УСИЛИТЕЛЬ
В практике проектирования систем автоматизирован ного электропривода весьма часто приходится решать задачи расчета параметров по статическим характери стикам. Применение для этой цели АВМ существенно упрощает расчеты, особенно для значительного семейст ва заданных однотипных характеристик.
Ряд производственных механизмов требует по техноло гическим и конструктивным особенностям вполне опре деленной механической характеристики, которую необ ходимо сформировать с помощью обратных связей по моменту (току) «ли напряжению (скорости), поданным на входной усилитель, либо с помощью обратной .связи
по току, подведенной к каналу управления |
промежуточ |
ного усилителя. Это требование касается |
механизмов, |
нуждающихся в защите от перегрузок, что |
достигается |
111
формированием .механических Характеристик, получив ших название экскаваторных. Как показывают исследо вания ряда авторов, форма этих характеристик зависит от совокупности факторов и для каждого производственно го механизма имеет свою специфику. Наклон падающего участка характеристики может лимитироваться возмож ностью оператора воспринять изменение нагрузки по изменению скорости и остановить данный механизм, ли бо разгрузить.его включением другого. В иных случаях этот же параметр механической характеристики опре деляется количеством кинетической энергии, которую не обходимо использовать для преодоления нагрузки при
ограниченном моменте, развиваемом |
двигателем. |
|
Задача расчета состоит в том, что-по заданной меха |
||
нической |
характеристике должны |
быть определены |
в общем |
случае вольт-амперные характеристики дели |
теля напряжения, на вход которого подано измеряемое напряжение, а с выхода снимается напряжение, опреде ляемое формой заданной механической характеристики. Если включение делителя напряжения по каким-либо причинам нежелательно, формирование заданного сиг нала осуществляется с помощью нелинейного элемента, введенного последовательно в канал управления. Здесь необходимо рассчитать параметры указанного нелиней ного элемента и выбрать его по синтезированной вольтамперной характеристике.
Частным случаем формирования заданных механиче ских характеристик является расчет параметров дели теля напряжения или сопротивления каналов обратных связей по скорости (напряжению) или моменту (току), при которых обеспечивается на рабочих участках допу стимый относительный перепад скорости Дш* в преде лах изменения нагрузки от холостого хода М0 (ш) до пре дельно допустимой для механизма MnpfcoJ при заданном диапазоне регулирования. Эти задачи присущи таким механизмам, как металлорежущие станки. Определение коэффициента передачи делителя напряжения осущест вляется по (1-14), а его связь с конструктивными и тех
нологическими характеристиками |
записывается как |
|
а=ЯД(о.; D; Мй(а); |
М^(а)}. |
(4-1) |
Для этой же группы производственных механизмов |
||
существенную сложность представляет |
проектирование |
профиля регулировочного потенциометра (либо регули112
ровочного реостата) в цепи обратной связи гіо скорости (напряжению) двигателя и задающего канала при рав номерной шкале измерительного устройства. При расче тах необходимо также учитывать закон регулирования скорости.
Синтез параметров на основе статических характе ристик является частным случаем синтеза на основе ди намических характерстик и отличается от последнего более упрощенной схемой модели, в которой отсутствуют блоки дифференцирования, нелинейные блоки, модели рующие зависимости постоянных времени от входного
напряжения, и |
блоки |
умножения. Исходной |
зависи |
мостью при синтезе служит аналог механической |
харак |
||
теристики keïù(IaRa). Получить искомую вольт-амперную |
|||
характеристику |
резистора можно, изменяя URo от нуля ѵ |
||
до максимума. |
Чтобы |
ускорить этот процесс, удобно по |
давать от входного интегратора линейно растущее на
пряжение — аналог падения напряжения |
в якорной |
цепи. |
|
Для синтеза параметров входного усилителя по ста |
|
тическим характеристикам при известные |
характеристи |
ках всех усилительных звеньев действительны следую щие алгоритмы:
для электродвигателя |
|
* . » = f (/«*„); |
) |
EB = kem + IAR0; |
(4-2) |
с/и = £е ш-[-/я /-д, |
J |
для преобразователя.© соответствии со схемой рис. 3-1 |
|
ии=ии(Еи), |
(4-3) |
для промежуточного усилителя—вырожденное урав |
|
нение (3-1) |
|
" а . п = — "'и ("и) — «а.п К ) ~ |
"т.п (^яЯ0); |
""в = /("8 . п) .
для входного усилителя при введении обобщенного сигнала и обобщенной координаты — вырожденное уравнение (3-5) при du"BJdt=G
" ' о б (/яЯо) = — " з + " ' в ( " " в ) + " н (1/и) + |
" с (Ае°>) + ] |
+ и , ( / ^ , ) + «а(и"в); |
<4 -5 ) |
« " о б ==/(/**,) . |
J |
8—188 |
. |
113 |
б) |
• : |
а) |
Рис. 4-1. Структурные схемы моделей для сянтеза параметров вход ного усилителя в статике.
а — входной узел; |
б — у з е л |
синтеза входного напряжения |
преобразователя; |
в — у з е л синтеза |
выходного |
напряжения входного усилителя; г — узел синте |
|
за параметров входного усилителя. |
|
||
Узлы модели для синтеза по статическим характери |
|||
стикам, ^приведенные на рис. 4: 1, являются |
вырожденны |
ми по отношению к схемам рис. 3-2. Для сохранения общности в схемах рис. 4-1* используются те же номера
* Узел схемы рис. 4-1,а является общим для всех схем моделей синтеза в статическом режиме, в связи с чем обозначения его масштабных блоков даны римскими цифрами.
114
масштабных блоков, что и в схемах рис. 3-2. Коэффи
циенты |
указанных блоков |
рассчитываются так же, как |
|
и при |
синтезе параметров |
по динамическим |
характе |
ристикам, и определяются |
по табл. 3-2 и 3-3. |
Сохранена |
также нумерация нелинейных блоков и сумматоров. Вы ходной узел соответствует схеме рис. 3-5. Масштабные
коэффициенты блоков |
входного |
узла |
£ ц=Аш = £ѵ— 1; |
||||||||
fciv=l/mi; |
ftvi |
= |
rÄ/(/njJ?0 )- |
Коэффициент k\ |
(постоянная |
||||||
времени интегрирования) |
определяется так, как это опи |
||||||||||
сано |
в § 2-1, но зависит |
от желаемого |
времени выпол |
||||||||
нения |
синтеза. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Синтез параметров делителей напряжения осущест |
|||||||||||
вляется так же, как это было |
описано в § 3-1: от выход |
||||||||||
ного сумматора 5 отключаются входы 26, |
34 и 36, |
на |
|||||||||
вход 42 подается |
сигнал |
и3 |
в |
выбранном |
масштабе. |
||||||
К блоку |
(рис. 3-5) на вход 44 вместо «"об подается |
InRo- |
|||||||||
Выбор/яЯиВ |
качестве |
исходной величины диктуется тем, |
что основную роль при формировании механической ха рактеристики играет обратная связь потоку. Если по тех ническим условиям требуется получение высокой жест кости на рабочем участке механической характеристики либо введение отрицательной обратной связи по скоро сти (напряжению) диктуется соображениями динамики, синтез'параметров цепи отрицательной обратной связи по току выполняется при наличии обратной связи ло скорости (напряжению). Параметры последней при от сутствии нелинейных элементов в ее цепи рассчитывают
ся по схеме рис. 4-1. Для этого |
на масштабные блоки |
1 и 34 подается в масштабе т0 |
э. д. с. идеального хо |
лостого хода /ЛО&ЙШО, а на вход 42 и3, приведенное к ма шинному виду. Изменяя коэффициент &з4, следует до биться на выходе сумматора 5 напряжения, равного ну лю. В соответствии с данными табл. 3-3
|
^ 1 I = Ä , 4 = |
n r ^ _ - , |
(4-6) |
где |
£ т м — коэффициент • тахометрического |
устройства; |
|
k2,c |
= ^~—коэффициент |
приведения сигнала обратной |
связи по скорости к задающему каналу.
Из (4-6) с учетом &з.с определяется величина добавоч ного резистора в канале отрицательной обратной овязл по скорости:
Г с . д 0 б = h t a t r * ~ Г - |
( 4 - 7 ) |
8* |
115 |
где rc — сопротивление канала обратной |
связи (для |
|
ЭМУ или МУ сопротивление |
обмотки управления). |
|
Аналогично определяются |
параметры |
отрицательной |
обратной связи по напряжению.
Синтезированная вольт-амперная характеристика ка нала отрицательной обратной связи по току может су щественно отличаться от типовой или совокупности типовых (их последовательного или смешанного вклю чения). Поэтому приходится подбирать близкую к син-
11
Рис. 4-2. Упрощенная структурная схема модели для синтеза пара метров цепей внешних обратных связей.
тезированной характеристику и повторять синтез отно сительно нелинейного сопротивления цепи другой обрат ной связи. Существенное влияние на формирование механической характеристики оказывает автономная об ратная связь; с помощью нелинейных элементов в ее цепи можно значительно приблизить механическую ха рактеристику привода к заданной.
Если характеристика источника регулируемого на пряжения, промежуточного и входного усилителей одно значно определяет связь выходного напряжения и вход ного-сигнала, а на промежуточный усилитель не подана обратная связь по току, то синтез параметров внешних обратных связей можно существенно упростить. Для этого строятся эквивалентные характеристики входного и промежуточного усилителей с учетом автономных об ратных связей, если они имеются в схеме. Затем одним из известных методов строится эквивалентная характе ристика вход — выход всей усилительной цепи. В рас сматриваемом случае (рис. 3-1) это зависимость £ и =
116
=f(u'n). Наличие этой характеристики существенно уп рощает модель синтеза параметров с входным и выход ным узлами ('рис. 4-2). Принятые ранее масштабы по зволяют свести до минимума количество масштабных блоков на входах нелинейных блоков, чем повышается точность синтеза.
Пример 4-1. Рассчитать параметры нелинейного резистора,
включенного в цепь* отрицательной обратной связи по току, |
в схеме |
|
рис. 4-3, для формирования механической характеристики |
двигате |
|
ля Д |
(рис. 4-4). Характеристика вход — выход генератора |
Г приве |
дена |
на рис' 4-5. |
|
8 |
<г-* |
|
ZOO |
ш |
|
ISO |
ПО
>
SO
HO
\
V
0 |
500 |
1000 |
1500 |
a |
|
-S3
Рис. 4-3. Схема Г—Д с элек тромашинным управлением (к примеру 4-1).
Рис. 4-4. Механические характе ристики.
/ — з а д а н н а я |
характеристика; |
2 — ха |
|
рактеристика, |
полученная при |
введе |
|
нии в цепь |
обратной связи по току |
||
резистора |
с |
синтезированной |
вольт- |
амперной |
характеристикой. |
|
Данные, необходимые для расчета: полное сопротивление якор ной цепи ./?о=0,0248 Ом; сопротивление, не охваченное отрицатель
ной обратной связью, гд =0,0065 |
Ом; сопротивление |
шунта |
1С, вклю |
|||||||
чая |
сопротивление дополнительных |
полюсов |
и 'Компаундирующих |
|||||||
обмоток |
машин, |
гш =0,01525 |
Ом; |
задающая |
обмотка |
03: |
ш 3 = |
|||
=220 |
витков; Гв='М,4 О.м; /З .м=0,9 |
А; к задающей |
обмотке |
подве |
||||||
дено |
напряжение и 3 = 3 2 В; обмотка |
отрицательной |
обратной |
связи |
||||||
по напряжению |
ОН: Шп=*380 витков; #н =і''н+/"2с=495 Ом; обмотка |
|||||||||
обратной |
связи |
по току ОТ: ш>т =220 витков; |
ігт =8,9 |
Ом; э. д. с. |
||||||
в режиме |
идеального холостого хода (по заданной |
механической |
||||||||
характеристике) |
£«,Шо=225 В; ток в режиме |
короткого |
замыкания |
/к .з=і1 980 А;
1.Основной масштаб
то=100/£„.м = 100/243= 0,413,
где Ея.н — максимальная |
э. д. с; £н.м=А'вСОо+/і^?о=225+980х |
Х0,0248=243 В; /і — ток, |
при котором начинается" падающий уча- |
117
сток |
характеристик (по |
|
кривым рис. 4-4 ориентировочно равен |
|||
980 А). |
|
|
|
|
|
|
2. Масштаб |
приведения |
абсциссы механической |
характеристики |
|||
к 100 © |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
100 |
|
|
|
т , ~ |
ГОо/к.аЯо |
1 980-0.0248-0,413 — 4 |
> 9 3 |
- |
|
3. |
Механическая |
характеристика в машинных |
координатах |
|||
(рис. |
4-6) |
|
|
|
|
|
|
|
I^=[kecùm0 |
|
= 225-0,413 = 93 В; |
|
|
/к . з Я о = ЮО В.
Вш
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
го |
|
|
|
|
ІЯл |
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
20 30 |
W |
А |
го |
w |
so |
so |
в |
|
|
|
|
|
||||||||
Рис. |
4-5. |
Характеристика |
Рис. 4-6. |
Механическая ха |
|||||||
генератора |
вход—выход. |
рактеристика. |
|
|
|
||||||
4. Коэффициент |
приведения |
абсцисс |
характеристики |
холостого |
|||||||
хода |
Er(F) |
(рис. 4-5) |
к напряжению на задающей |
обмотке |
|
||||||
|
|
|
£ 3 = г з / ш 3 |
= 11,4/220=0,0518 |
Ом/виток. |
|
|
|
|||
По |
характеристике ET(F) для £ г . * = 2 4 3 В определяется |
макси |
|||||||||
мальная |
м. д. с. F M =40 |
А. Приведенное |
напряжение, пропорцио |
||||||||
нальное |
м. д. с , |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
«M='.FMÄ3 =40 |
- 0,0518 = 2,07 В. |
|
|
|
|
|||
Зависимость &{ЕТ) в масштабных координатах |
приведена на |
||||||||||
рис. 4-7. Аг.м=і100 В и йм='50 В (приняты для ограничения |
макси |
мальной крутизны характеристики, допускается 20 В ) . Масштаб
ординаты характеристики
|
Дм |
50 |
_ |
m - |
а^то ~ |
2,07-0,413 |
_ 4 8 - 3 - |
5. Масштабные |
коэффициенты модели |
(рис. 4-8) |
|
|
Аш=і£ѵ = 1; |
|
|
|
.Aiv=iI/m/ = 1/4,93=0,203; |
||
|
|
0,0065, |
|
*,, = |
£ „ , 4 r . = 0.203 0,0248" 0,053. |
118
Максимальный сигнал, подведенный ко входу задающей обмот ки и приведенный к основному масштабу,
«з = / 3 . к г 3 ш о = 0 , 9 - 1 1 , 4 - 0 , 4 1 3 = 4,25 В.
Масштаб задающего канала, приводящий иа к 100 В,
ma =.100/ua= 100/4,25=23,5.
Коэффициенты
«2=1; |
|
|
Ai=m0 /m=i23,5/48,3=0,409; |
|
|
k3 = m„/mn =23,5/25= 0,94, |
|
|
где m„ — масштаб, приводящий сигнал обратной |
связи по напряже |
|
нию к задающему каналу, |
|
|
Ян*»» |
495-220 |
|
«н.з |
380-11,4 = |
25. |
На рис. 4-9 показана вольт-амперная характеристика нелиней ного резистора, обеспечивающего формирование заданной механиче-
Рис. 4-7. Эквивалентная характеристика вход— выход генератора.
ской характеристики. Масштабы по осям абсцисс и ординат характе ристики соответственно равны:
г ш « 3 . т |
0,01525-0,762 |
_ |
|
ти = kI V Я о « 0 |
0 , 2 0 3 0.0248-0,413 |
- ° - 2 3 ' |
|
где |
8.7 |
|
|
ГА. |
: 0,762; |
|
|
|
220-0,0518 |
|
|
|
|
|
|
|
0.762 |
|
|
msm0rT |
23,5 - 0,413 - 8 . 7~ 0 , 0 9 1 |
0м" |
На рис. 4-10 приведена вольт-амперная характеристика нелиней ного элемента. Реализовать такую характеристику можно с помощью моста, к одной диагонали которого подведено напряжение /я/ш,
119