книги из ГПНТБ / Корытин А.М. Синтез автоматизированного электропривода на аналоговых и цифровых вычислительных машинах

ходных процессов, Здесь, как и в других схемах, гибкая связь (иг,у) может быть не только параллельной, но и последовательной, когда звено, на вход которого подан сигнал, пропорциональный напряжению или скорости, включается перед управляющим усилителем. Другие сигналы управления суммируются на входе управляюще­ го усилителя.

Более сложной является структурная схема рис. 1-1,в. Здесь суммирующий входной усилитель (ВУ) имеет обычно характеристику с насыщением, поэтому обрат­ ную связь по току приходится вводить на вход промежу­ точного усилителя (ПУ). В зависимости от типа усилите­ ли или оба вместе, или каждый порознь могут охваты­ ваться гибкими обратными связями (Ыг.в'ИЫг.шрИС. 1-1,в). В некоторых случаях возможно применение автономной

от других состоит в том, что помимо суммирования сиг­

входного усилителя ВУ применены два последовательно включенных промежуточных усилителя ПУ1 и ПУ2; уси­

вляемая с помощью тахогенератора (TT).

При помощи приведенных схем, можно определить общую структуру, от которой легко перейти к любому частному варианту. При выборе общей структуры еле-, дует ориентироваться не на максимальное количество усилительных элементов в цепи управления, а на общ­ ность обратных связей. Больше всех таким требованиям удовлетворяет структурная схема рис. 1-1,е. В ней два управляющих усилителя — входной ,и промежуточный, параметры которых предстоит определить в процессе синтеза. "В других схемах — только один управляющий усилитель и меньшее число каналов управления. Чтобы получить наибольшее число возможных связей е обоб­ щенной структурной схеме, следует схему (рис. 1-1,в) дополнить теми связями, которые имеются в других схе-

10

мах рис. 1-1. Так. из схемы (рис. 1-1,а) следует включить гибкую обратную связь, охватывающую весь усилитель­ ный тракт. В схемах рис. 1-1,6 и г имеются жесткие и гибкие обратные связи, охватывающие входной усили­

мы рис. 1-1,г в обобщенную следует ввести жесткую обратную связь по скорости и гибкую обратную связь по току якоря двигателя.

Рис. 1-2. Обобщенная структурная схема электропривода,

Составляя обобщенную структурную схему, следует учесть и те элементы, которые характеризуют расчетные параметры каналов управления. Подведенное к каналу управления напряжение и падает на внутреннем сопро­ тивлении этого канала гу лишь частично. Соотношение между полным и управляющим напряжениями

где а — коэффициент связи, определяющий долю напря­ жения и, подведенного к каналу управления,

11

Остальное (напряжение (1 — а) и падает на добавочных сопротивлениях, величины которых необходимо устано­ вить в процессе синтеза. В общем случае" коэффициент связи включает коэффициенты преобразования перемен­ ных в напряжения, например коэффициент тахометрического устройства и др.

Обобщенная структурная схема ириведенана рис. 1-2. Она включает в себя: 1) двигатель (Д) и преобразова­ тель (П) ; 2) входной (ВУ) и промежуточный (ПУ) уси­ лители, каждый из которых может представлять собой несколько последовательно включенных усилителей; 3) внешние обратные связи, охватывающие весь канал усиления, поданные на входной усилитель и включающие

охватывающие часть схемы и поданные на вход проме­ жуточного усилителя, одна из них — жесткая обратная связь по току'двигателя (ат .п)—показана на рис. 1-2 (возможно также применение гибкой обратной связи по

щие соответственно входной и промежуточный усилите­ ли; 6) дифференцирующие звенья гибких обратных связей.

Коэффициенты связи каналов усиления определяют параметры внешних сопротивлений, в том числе и нели­ нейных, т. е. в этом наиболее общем случае коэффи­ циент связи является функцией подведенного напряжения a=if(u). Индексы при записи сигналов управления и коэффициентов связи определяют их принадлежность к соответствующему каналу связи. Первая буква индек­ са обозначает вид связи (гибкая, автономная, промежу­

ется через падение напряжения в якорной цепи: преоб­ разователь— двигатель іяЯо, а скорость через э. д. с. двигателя — &есо.

Практически все преобразователи имеют постоянное внутреннее напряжение — AU. Для электрических машин

12

это падение напряжения в щеточных контактах, для вен­ тильных или магнитных источников с выходом на по­

преобразователя. Учет сводится к смещению оси абсцисс на величину AU. В случае необходимости аналогично можно поступить с характеристиками других усилителей.

1-2. СИНТЕЗИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ И СИГНАЛЫ

Выше указывалось, что при синтезе заданными явля­ ются динамические и статические характеристики, полу­ ченные на основании требований технологии производства, и момент нагрузки. Последний может быть постоянным по величине, зависеть от скорости, пути или времени. Заданные характеристики позволяют установить зависи­ мость изменения э. д. с. преобразователя от времени, ко­ торая в общем случае будет функцией скорости (э. д. с.) двигателя и момента нагрузки:

Соотношения (1-2) и (1-3) определяют также напря­ жение, подводимое к каналу обратной связи по напря­

ния напряжения в якорной цепи г,ъ охваченной отрица­ тельной обратной связью по напряжению, относительно полного падения напряжения при протекании одного и того же тока.

Полученные переменные являются исходными дина­ мическими характеристиками для выполнения синтеза. Три из них определяют сигналы управления, ііоступаю-

13

щие на каналы шести обратных связей по обобщенной структурной схеме рис. 1-2,

эффициент, определяющий долю падения напряжения на

цепи при протекании одного и того же тока; при примене­ нии в качестве датчика тока трансформатора тока (на­ пример, в вентильном приводе) коэффициент представля­ ет собой отношение напряжения на стороне постоянного тока измерителя к падению напряжения в якорной цепи при одинаковой нагрузке.

Обычно в распоряжении проектировщика находится ограниченная информация, включающая каталожные данные и усредненные характеристики машин и аппара­ тов. Учет особенностей конкретных элементов можно производить внесением изменений в их характеристики и параметры; причем для реальных объектов возможны отклонения в любую сторону. Поэтому при записи урав­ нений переходных процессов приняты рекомендации, при­ веденные в [Л. 1, 8, 9, 12, 15, 46, 51, 54].

Зависимость э. д. с. преобразователя от-времени яв­ ляется исходной для определения входного напряжения. Входной сигнал в общем случае определяется соотно­

второй член правой части обращается в нуль. По анало­ гичным зависимостям выполняются расчеты остальных

14

Чтобы выполнить синтез относительно параметров входного усилителя, необходимо знать закон изменения выходного' напряжения входного усилителя «"B(X)- Для его определения найдем задающее напряжение проме-. жуточного усилителя:

межуточного усилителя, зависящий от напряжения, под­ веденного к цепи обратной связи.

'"=1

При однозначности характеристик резисторов по сиг­ налу на канале управления и параметрам всей цепи уп­ равления может быть найдено полное напряжение, под­ водимое ко всей цепи: % = а у (м)« или uy=f(u) и при условии безынерционное™ резистора u=f(uy). В общем виде можно записать:

Определение и'ъ по (1-6) и (1-8) позволяет получить полную информацию о параметрах и зависимостях, не­ обходимых для формулирования задачи синтеза по за­ данным динамическим характеристикам.

Обратимся к соотношению, аналогичному (1-7), но записанному для входного усилителя,

и соотношению для определения и'в

которые являются исходными для синтеза параметров входного усилителя. Анализ (1-9) и (1-10) даёт следую­ щие закономерности.

15

и при их отсутствии). Для синтеза необходимо и доста­

них сопротивлений цепей управления и всех внутренних, сопротивлений каналов усиления усилителя.

Практическое значение синтеза этой переменной со­ стоит, во-первых, в том, что по ней может быть построен задатчик, формирующий во времени либо в функции скорости и тока требуемую зависимость. Исследуя раз­ личные комбинации обратных связей, можно отыскать такую закономерность u3(t), при которой задатчик будет иметь наиболее простую конструкцию во всех возмож­ ных динамических режимах системы.

Во-вторых, анализ синтезируемых зависимостей для различных комбинаций обратных связей дает возмож­ ность установить их наиболее удачное сочетание на от­ дельных участках динамической характеристики. Это по­ зволяет определить логические формулы переключате­ лей каналов управления для случая формирования схе­ мы с переменной структурой обратных связей, сохраняя простейшим задатчик u3(t). Одной из практических сто­ рон синтеза является определение мощности задающего сигнала-, что оказывается необходимым для выбора ис­ точника питания задающей цепи.

2. Характеристика входного усилителя и'ъ(и"ъ), опре­ деляемая но известным параметрам каналов управления

пример, линейному или экспоненциальному). Усилитель приходится выбирать безынерционным либо задаваться типом усилителя, что позволяет получить зависимость 7в(«"в). Алгоритм синтеза определяется при совместном

между максимальным значением выходного и установив-

16

подводимым к синтезируемому каналу и. Соотношение для синтеза получено из (1-9):

Располагая только одним уравнением при двух не­ известных (гі и гг), приходится идти по пути задания од­ ной из них.

При заданном гі

Пользоваться (1-14) — (1-16) целесообразно, когда

перная характеристика при известном и постоянном по величине сопротивлении /'і представ ля ется зависимостью

І2=і(и2).

Если выполняется синтез относительно вольт-ампер­ ной характеристики добавочного сопротивления, это вы­ ражение упрощается:

uY/ry=f(u — uy).

Вольт-амперная характеристика при постоянной и из­ вестной величине

h = i2—iy = f(Uy).

'После преобразований получим:

Исходной для синтеза параметров по статическим ха­ рактеристикам является заданная механическая харак­ теристика, записанная в виде

которая позволяет определить э. д. с. преобразователя

и сигналы обратных связей по току

кшІяЯ.о

и напряжению

«ж—kg® + eÄIaRo,

где ед=гд /і?о — коэффициент, определяющий долю паде­ ния напряжения в якорной цепи, яе охваченной обратной связью по напряжению гѣ относительно полного падения напряжения при протекании одного и того же тока.

В статическом режиме исключаются из рассмотрения каналы гибких обратных связей, а зависимости для син­ теза типа '('1-5) и других упрощаются:

м и =ии(^и);

18

m—q

ченных соответственно на входы промежуточного и вход­ ного усилителей.

Последовательность выявления сигналов остается прежней, однако переменные являются функциями /я #о- Так как задающий сигнал остается в статическом ре­ жиме неизменным, задачи синтеза ограничиваются. Практически для статического режима необходимо осу­ ществить синтез относительно параметров каналов уп­ равления жестких обратных связей. Фиксируя падение напряжения ImnRo, соответствующее моменту нагрузки

Мст, находим:

Расчет параметров резисторов и вольт-амперных ха­ рактеристик нелинейных элементов осуществляют пэ (1-15) — (1-18). Таким образом, принцип синтеза по ди­ намическим и статическим характеристикам может быть обобщен. Под синтезом будем понимать определение па­ раметров каналов управления, характеристик усилите­ лей и изменения задающего сигнала от времени по за­ данным динамическим и статическим характеристикам, путем определения сигнала управления для динамики и последовательного умножения нелинейных характери­ стик для синтеза 'по статическим характеристикам.

Обозначим операцию типа (1-5) или (1-1.0) как и*(и). Тогда операции синтеза по динамическим харак­ теристикам для схемы рис. 1-2 запишутся в виде