6.3. Порядок синтеза контуров в системах с подчиненным регулированием координат

Поскольку системы с подчиненным регулированием строятся по иерархическому принципу, то синтез контуров производится после принятия решения о числе контуров регулирования и выделения в неизменяемой части динамических звеньев (объектов регулирования контуров) с соответствующими выходными регулируемыми координатами.

Системы регулирования момента выполняются одноконтурными. Системы регулирования скорости обычно строятся как двухконтурные, содержащие контур тока и контур скорости. Системы регулирования положения чаще всего выполняются как трехконтурные, содержащие контур тока, контур скорости и контур положения.

Сначала синтезируются внутренний (первый) контур тока, затем второй контур - контур скорости, а последним – контур положения, если разрабатывается система регулирования положения. Тип оптимальной настройки каждого контура (МО или СО) зависит от требований, предъявляемых к контуру и к системе электропривода в целом. Передаточная функция регулятора контура находится, исходя из вида передаточной функции разомкнутого оптимизированного контура регулирования.

При настройке на МО разомкнутый контур имеет передаточную функцию

. (6.14)

Передаточная функция регулятора для настройки контура на МО находится из уравнения

, (6.15)

где - передаточная функция апериодического звена с малой некомпенсируемой постоянной времени, - передаточная функция объекта регулирования. Тогда

. (6.16)

При настройке на СО разомкнутый контур имеет передаточную функцию

. (6.17)

Передаточная функция регулятора для настойки контура на СО находится из уравнения

. (6.18)

Тогда

. (6.19)

В контуре тока W(p)_Т - передаточная функция тиристорного (транзисторного) преобразователя, питающего якорную цепь.

В контуре скорости W(p)_С - эквивалентная упрощенная передаточная функция замкнутого контура тока, - апериодическое звено с малой постоянной времени Т_С.

В контуре положения W(p)_П - эквивалентная упрощенная передаточная функция замкнутого контура скорости, - апериодическое звено с малой постоянной времени Т_П.

Из уравнений (6.16) и (6.19) регуляторов, обеспечивающих оптимальные настройки контуров, видно, что они содержат в знаменателе передаточную функцию объекта регулирования W(p)_ор, т.е. по существу содержит динамическое звено, передаточная функция которого обратна передаточной функции объекта регулирования. Следовательно, регулятор компенсирует динамические свойства объекта регулирования. Для двух последовательно включенных динамических звеньев с передаточными функциями W(p) и 1/W(p) справедливо соотношение

, (6.20)

т.е. эти два последовательно включенных взаимно обратных динамических звена компенсируют друг друга.

В результате следует отметить, что с помощью оптимизирующего регулятора контура регулирования решается две задачи: во-первых, компенсируется инерционность объекта регулирования, и, во-вторых, вводятся в контур регулирования дополнительные динамические звенья, которые совместно с некомпенсируемым динамическим звеном с малой постоянной времени образуют контур регулирования, имеющий желаемую оптимальную настройку. При этом коэффициенты передаточных функций оптимизированных контуров не содержат параметров динамических звеньев объектов регулирования (ОР), а содержат только малые некомпенсируемые постоянные времени Т_ и коэффициенты настройки.

С физической точки зрения этот результат объясняется тем, что регуляторы обеспечивают строго определенную форсировку сигнала управления на входе ОР и тем самым компенсируют его инерционность.

Варианты настроек контуров двухконтурных систем регулирования скорости определяются желаемыми техническими характеристиками. Когда требуемый диапазон регулирования скорости ограничен и составляет D=2050, а к динамическим характеристикам предъявляются повышенные требования, то:

- контур тока настраивают на МО,

- контур скорости также настраивают на МО.

Такая система регулирования скорости обладает следующими динамическими характеристиками: время переходного процесса ; перерегулирование %; число колебаний ; жесткость механической характеристики .

Если желаемый диапазон регулирования скорости составляет D=100010000, а требования к динамическим характеристикам не столь высоки, то контур тока настраивают на МО, контур скорости настраивают на СО и на его управляющем входе включают фильтр с передаточной функцией

, (6.21)

Такая система регулирования скорости обладает следующими динамическими характеристиками: время переходного процесса ; перерегулирование при отработке задающего воздействия %; число колебаний ; перерегулирование момента при отработке возмущения по М_с %; число колебаний ; жесткость механической характеристики .

Трехконтурные системы регулирования положения имеют следующие варианты настроек контуров регулирования.

Если требования к точности не столь высоки, а к динамическим характеристикам предъявляют повышенные требования, то контур тока настраивают на МО, контур скорости настраивают на МО и контур положения настраивают на МО.

Такая система регулирования положения обладает следующими динамическими характеристиками: время переходного процесса регулирования положения ; перерегулирование при отработке задающего воздействия %; число колебаний ; точностные характеристики удовлетворительные.

Если к точности системы регулирования положения предъявляются повышенные требования, то контур тока настраивают на МО, контур скорости настраивают на МО и контур положения настраивают на СО.

Такая система регулирования положения обладает следующими динамическими характеристиками: быстродействие системы регулирования положения ; перерегулирование %; число колебаний ; точностные характеристики хорошие.