9.3. Принципы построения систем регулирования электроприводов

В современных автоматизированных регулируемых электроприводах плавное регулирование скорости, положения, момента в заданном диапазоне достигается посредством регулирования параметров электроэнергии (величины тока, напряжения, частоты), подводимой к обмоткам двигателя. Регулирование этих величин осуществляется полупроводниковыми преобразователями электроэнергии (управляемыми выпрямителями, преобразователями частоты) посредством электронных регуляторов или микропроцессорных устройств.

В зависимости от назначения и технических требований, предъявляемых к электроприводу, различают два типа построения систем регулирования:

• разомкнутые системы регулирования;

• замкнутые системы регулирования.

Разомкнутой системой регулирования электропривода называется система, в которой отсутствует обратная связь по выходной регулируемой координате. Функциональная схема разомкнутой системы электропривода приведена на рис.9.7,а. В такой системе фактическое значение регулируемой координаты Y существенно зависит от возмущений f, действующих на узлы системы и рабочий орган, так как сигнал управления U=Х_з не зависит от отклонения регулируемой координаты от заданного значения.

Основным видом возмущающего воздействия является изменение момента сопротивления М_с на рабочем органе машины. Возмущающие воздействия могут быть и другими, например, изменение напряжения питающей сети.

Замкнутой системой регулируемого электропривода называется система, в которой имеется обратная связь по выходной координате. Функциональная схема такой системы приведена на рис.9.7,б.

В замкнутой системе регулирования сигнал управления U формируется из сигнала задания Х_з и сигнала отрицательной обратной связи Z, несущего информацию о фактическом значении регулируемого параметра Y, которое зависит от возмущений, действующих на узлы системы и рабочий орган электропривода. В результате введения обратной связи ошибка регулирования уменьшается до допустимого значения. Сигнал управления U системы электропривода с обратной связью представляет собой отклонение (ошибку) регулирования относительно сигнала задания Х_з. При этом ни одно из возмущений не измеряется, а их влияние на регулируемый параметр воспринимается системой по каналу обратной связи. Следовательно, в системах с отрицательной обратной связью по выходному параметру реализуется управление по отклонению.

Обратная связь представляет собой канал передачи и преобразования информации с выхода системы регулирования или ее узлов на вход с целью формирования результирующего сигнала управления.

Уравнение сигнала управления U=Х_з±Z. В зависимости от знака сигнала Z обратная связь бывает положительной или отрицательной. Если сигнал обратной связи Z суммируется с сигналом задания Х_з, то обратная связь называется положительной. Если сигнал обратной связи Z вычитается из сигнала Х_з, то обратная связь называется отрицательной.

По характеру действия обратные связи подразделяются на жесткие, гибкие и нелинейные обратные связи с зоной нечувствительности, которые иначе называются связями с отсечкой.

Если обратная связь действует только во время переходных процессов, то такая обратная связь называется гибкой. Если обратная связь начинает действовать только с определенного уровня регулируемого параметра Y, то такая обратная связь называется задержанной или обратной связью с отсечкой. Жесткие обратные связи и обратные связи с отсечкой используются, в первую очередь, для формирования статических характеристик электропривода. Кроме того, жесткие и особенно гибкие обратные связи применяются для обеспечения устойчивости системы регулирования и получения желаемых динамических показателей, характеризующих протекание переходных процессов при воздействии на систему сигналов задания Х_з и возмущений f.

В замкнутых систем регулирования электроприводов почти всегда используется отрицательная обратная связь по скорости, как главная обратная связь по контролируемому параметру. В подразд. 4.2 и 8.2 подробно были рассмотрены назначение, принцип действия и влияние этой обратной связи на статические и динамические характеристики электропривода. Было показано, что отрицательная обратная связь по скорости повышает жесткость механических характеристик электропривода, увеличивает точность регулирования, повышает быстродействие при отработке управляющих воздействий и возмущений по нагрузке, но увеличивает колебательность переходных процессов.