книги из ГПНТБ / Глушко В.В. Характеристики режимов работы горных машин и их автоматическое управление

* Постоянного или переменного тока.

Рис. 52. Структурные схемы автоматических регуляторов

использован для стабилизации усилия резания или момента. При этом шунт тока должен быть заменен соответствующим датчиком.

Схема регулятора для статической линейной системы, когда при­ водом подачи исполнительного органа служит двигатель постоянного

На рис. 52, г изображена схема регулятора линейной статической системы, регулируемым параметром которой является ток электро­ двигателя постоянного тока. Выходным параметром этого регулятора является напряжение управления, которое через ЭМУ илнтиристорный преобразователь воздействует на электропривод механизма по­ дачи. Этот регулятор при замене датчика может быть применен для САР усилия или момента.

На рис. 52, д показана схема регулятора, обеспечивающего мест­ ную обратную связь по скорости с выхода привода подачи на вход усилителя. Жесткая обратная связь осуществляется тахогенератором, гибкая — тахогенератором и конденсатором. Регуляторы адаптив­ ных систем имеют корректирующие звенья между схемой сравнения и усилителем или в гидросистеме управления.

Структурная схема регулятора статической нелинейной системы объекта с асинхронным главным приводом и приводом подачи ин­ струмента — гидродвигателем поступательного или вращательного действия изображена на рис. 52, е. Нелинейный элемент системы — двухпозиционный электромагнит, возврат в исходное положение якоря которого производится пружиной.

Отличительной особенностью регулятора, схема которого показа­ на на рис. 52, ж, является применение двухили трехпозиционного электромагнита постоянного тока. Регулируемым параметром в этой схеме является ток электродвигателя постоянного тока, хотя в об­ щем случае им может быть также усилие резания. Исполнительным устройством этого регулятора может быть микродвигатель постоян­ ного тока. При добавлении двух модулей типа ѵ можно использовать электромагниты или микродвигатели переменного тока (рис. 52, з, и, к). Корректирующие звенья и звенья местных обратных связей включаются аналогично рассмотренным случаям.

Для различных конкретных схем САР и СЭР в зависимости от типа привода горной машины, ее кинематической схемы, способа построения регулятора и элементов, примененных в схеме регулятора, и применения корректирующих звеньев приведенные структурные схемы могут быть дополнены соответствующими звеньями и связями.

Сводные данные о некоторых модулях для построения САР и СЭР режимов работы горных машин сведены в табл. 10 и 11.

Основными элементами САУ являются: измерительные устройства, усилительно-преобразующие устройства, исполнительные устрой­ ства, задатчики уставки, блоки питания, объект управления.

Для определения передаточных функций и параметров элемен­ тов САУ необходимо знать их уравнения. Ниже рассмотрены основ­ ные элементы систем автоматического регулирования, получивших

133

В системах автоматического регулирования нагрузки, получив­ ших наибольшее распространение, датчиком регулируемого пара­ метра служит трансформатор тока.

Для предотвращения повреждения элементов схемы авторегуля­ тора нагрузки при пусках электродвигателя параметры трансформа­ тора тока рассчитаны таким образом, чтобы его номинальный режим был близок к режиму насыщения. Максимальное значения напряже­ ния на вторичной обмотке, подключаемой к схеме сравнения регуля­ тора, при этом не превышает 130% от номинального значения.

Трансформаторы тока имеют одну или несколько вторичных обмо­ ток, одна из которых используется для измерения нагрузки двигате­ ля, а другие — для изменения уставки регулятора, для цепей защиты от опрокидываний или цепей контроля режима загрузки.

Уравнение измерительного элемента (датчика регулируемого па­ раметра) для элементов, имеющих начальный сигнал на выходе при

Для элементов, имеющих зону нечувствительности, например для

2. Уравнение устройства сравнения. В устройствах сравнения применяют различные схемы сравнения заданной и фактической ве­ личин регулируемого параметра, отличающиеся по чувствительно­ сти, надежности, видом характеристики. Сравнение этих величин может производиться как непосредственно, так и после их преобра­ зования датчиками в другие, более удобные параметры. За исключе­ нием чисто гидравлических или пневматических схем регуляторов, регулируемый параметр, как правило, преобразуется в электриче-

136

ский ток, который поступает на схему сравнения. При этом могут быть применены следующие схемы сравнения фактической и заданной

Первая из схем применялась в некоторых системах регулирова­ ния нагрузки двигателей. Эта схема имеет линейную характеристику, сравнительно высокую чувствительность, но низкую надежность. В ней постоянно циркулирует ток, что при нормальном режиме транс­ формации тока требует более мощных диодов и других элементов схемы. Кроме того, при пусковых режимах требуется специальная защита от прохождения больших токов.

Гюлее высокую надежность имеет схема сравнения напряжений. В этой схеме полупроводниковые диоды и резисторы загружены весь­

При использовании в качестве измерительного устройства датчика мощности, основанного на эффекте Холла, сравнение его выходной величины целесообразно производить с выходной величиной другого задающего элемента Холла, благодаря чему может быть обеспечено изменение заданной мощности в квадратичной зависимости от измене­ ния напряжения сети.

В мостовой схеме сравнение фактического и заданного значения тока производится путем уравновешивания или разбалансировки моста при достижении регулируемым параметром заданной величины. Такая схема сравнения имеет высокую чувствительность, что позво­ ляет регулировать зону нечувствительности и может быть достигнут режим, при котором зона нечувствительности будет равна нулю. Регулятор будет обеспечивать двухпозиционное регулирование с вы­ соким быстродействием, что необходимо в некоторых автоматических системах.

Для обеспечения стабильности уставки при изменении темпера­ туры окружающей среды не следует применять в измерительных схе­ мах и усилительно-преобразующих устройствах (до выходных цепей схем сравнения) элементы, характеристики которых изменяются от температуры. В случае их применения должна быть предусмотрена температурная компенсация. Для систем экстремального регулиро­ вания возникает необходимость в устройствах, которые сравнивают контролируемое датчиком текущее значение параметра, определяю­ щего качественное использование энергоемкости машины, не с за­ данным значением, а с предыдущим значением. Такие схемы могут

137

быть построены, например, на основе сравнения величины заряда ем­ кости, полученного в предыдущем периоде, со средним напряжением, достигнутым в текущий момент. Для обеспечения периодичности

вподаче сигналов используются шаговые устройства.

Вусилительно-преобразующих блоках могут быть также звенья задержки сигналов, для чего можно использовать емкости и другие элементы.

Величина чувствительности системы регулирования к изменению нагрузки оказывает существенное влияние на качество процесса регулирования. В то же время очень высокая чувствительность (1 — 2%) может привести к излишним неоправданным срабатываниям элементов системы регулирования и преждевременному износу ее подвижных элементов.

Чувствительность системы характеризуется коэффициентом чув­ ствительности К, определяемым по формуле

рования нагрузки в существующих схемах целиком определяется чувствительностью метода измерения, представляющей собой отно­ шение изменения выходной величины Аг/ (например, изменения на­ пряжения на выходе схемы сравнения) к вызвавшему это изменение изменению измеряемой входной величины Да; (например, к изменению тока нагрузки электродвигателя).

Чувствительность метода измерения электрической схемы регу­

Для получения высокого коэффициента чувствительности необ­ ходимо повысить чувствительность метода измерений, что наиболее просто может быть достигнуто повышением чувствительности изме­ рительной схемы.

В системах автоматического регулирования чувствительность из­

Применение мостовых схем является одним из средств увеличения чувствительности метода измерений. Поэтому из рассмотренных выше схем авторегуляторов нагрузки наибольшую чувствительность обес­ печивает система с мостовой схемой сравнения.

138

Уравнение устройства сравнения

AU = Uon — kUBax,

где AU — величина выходного параметра устройства сравнения. Его величина и полярность зависят от принципа работы схемы сравнения и величины г'ф;

^оп — преобразованная величина опорного параметра задатчика САР;

^вых — преобразованная величина выходного параметра изме­ рительного элемента.

ходной величины от входной, которая может быть пропорциональной

ромагнита при подключении его к источнику постоянного тока напря­

При протекании тока по катушке электромагнита на его сердечник действует электромагнитная сила, вызывающая перемещение сер­ дечника. Зависимость тягового усилия от перемещения сердечника

139

имеет нелинейный характер. Аппроксимируя тяговую характеристи­ ку электромагнита прямой и принимая зависимость между тяговым усилием и величиной протекающего по обмотке тока линейной, можно написать уравнение электромагнитной силы

^ э м = і к і \ х I ) .

онной и демпфирующей нагрузками, а также силами трения и сжатия

После отключения тока сердечник электромагнита под действием силы сжатия пружины должен вернуться в исходное положение. Для этого усилие начального сжатия пружины должно быть не мень­ ше, чем сила трения. Здесь принято | Рн. п | = | Р т р | .

Следует учитывать, что усилие сжатия пружины имеет знак, об­ ратный знаку электромагнитной силы, а сила трения всегда проти­ водействует движению, т. е. имеет знак, противоположный знаку скорости. Поэтому уравнение может быть представлено в следующем виде:

F3u = m ^ + l-^ + k,x + Р н . п sgn і + PT P sgn-g-.

Выходной величиной золотника является открытие окна. Электро­ гидравлический золотник имеет нелинейную характеристику зави­ симости величины перемещения золотника от тока в обмотке электро­ магнита. Величина максимального перемещения сердечника электро­ гидравлического золотника определяется его конструкцией.

Для определения передаточной функции электрогидравлического золотника необходимо знать постоянную времени и время чистого запаздывания электромагнита, которые зависят от времени его сра­ батывания tcn.

140

Полное время срабатывания электромагнита определяется по фор­ муле

^ср — ^гр ~Ь ^дв>

где tTp — время трогания, т. е. время от момента приложения напря­ жения к катушке электромагнита до начала движения якоря;

'дв — время движения, т. е. время от момента начала движения якоря до момента соприкосновения его с упором электро­ магнита.

Если пренебречь сопротивлением магнитопровода, то

где w — число витков катушки электромагнита;

ô0 — начальный зазор (ход якоря);

А— коэффициент, зависящий от конфигурации магнитной цепи.

Постоянная времени электромагнита при трогании

С учетом сопротивления магнитопровода

Интеграл может быть вычислен графически по имеющейся харак­ теристике т|з = / (і).

Ток трогания определяется по формуле

2Р прор

где Рпр — противодействующая сила.

141