Pankratov_V_V_Uchebnoe_posobie_po_AUEP_Avtorsk

с – частота среза ЛАЧХ разомкнутого КРС, определяющая его быстродей-

ствие «в малом». Здесь и далее сохранены обозначения, принятые в первоис-

точнике [26].

Из выражения (6.5) следует, что при прочих равных условиях быстродей-

ствие КРС «в малом» определяется установленным коэффициентом передачи пропорциональной части регулятора и параметром , а «левая» частота сопря-

жения ЛАЧХ КРС зависит от соотношения коэффициентов пропорциональной и интегральной частей РС и отнесена от частоты среза в aс раз (в стандартной настройке на симметричный оптимум – в два раза).

6.5.2. Взаимосвязь коэффициентов РС с максимальным динамическим

отклонением скорости ЭП и интегральной ошибкой регулирования

Так как предполагается, что быстродействие подчиненной по отношению к контуру регулирования частоты вращения подсистемы управления моментом

(током) ЭП намного выше быстродействия синтезируемого КРС

( крт (5...6) с ), дальнейшие выкладки произведем приближенно, пренебре-

гая величиной с , т.е. инерционностью контура регулирования тока. Это до-

пущение позволяет перейти к анализу модели КРС, имеющей ЛАЧХ типа «2–1»

и соответствующей желаемой передаточной функции контура в разомкнутом состоянии

Wж ( p) (aс / с ) p 1 . (aс / с2 ) p2

Упрощенная математическая модель замкнутого КРС, структурная схема которой приведена на рис. 6.15, с учетом (6.5) может быть представлена в фор-

ме операторного уравнения

( p) Wз ( p) Rf ( p) Wв ( p) Mс ( p) ,

где передаточные функции по задающему и возмущающему воздействиям определяются выражениями

151

параметр aс влияет на перерегулирование Rfm (t) в процессах отработки скач-

ков возмущения. Чтобы расчетные значения относительного динамического от-

клонения частоты вращения имели место и при набросе номинального момента сопротивления ( mс 1), подсистема управления моментом (током) ЭП должна располагать вполне определенным ресурсом (перегрузочной способностью) m .

Для однозонного электропривода на базе ДПТНВ m i . Оценить минималь-

но-допустимый относительный уровень ограничения момента (тока) ЭП можно по таблице 6.2, графику рис. 6.18 и переходным характеристикам Rfm (t*) / Rfmн ,

приведенным на рис. 6.19.

Таблица 6.2.

1,35

1,3

1,25

1,2

1,15

1,1

Рис. 6.18 – Зависимость m (aс )

155

Rfm (t*)

Rfmн

1,0

5,0

t*

Рис. 6.19 – Переходные характеристики выхода РС по возмущению для различных aс в соответствии с таблицей 6.2

Из графиков следует, что при всех разумных значениях параметра aс

требуемый для качественной отработки номинального скачка момента нагрузки ресурс САР по току составляет менее 130%, что не превышает «стандартной» перегрузочной способности быстродействующего электропривода.

6.5.4. Инженерная методика расчета контура регулирования скорости

Расчет КРС транзисторного электропривода осуществляется по следую-

щему алгоритму.

1.Передаточная функция регулятора скорости принимается в виде (6.5), для чего необходимо выбрать номинальные уровни задающих воздействий КРС и подсистемы управления моментом (током) ЭП, в 1,5…2 раза меньшие предельно возможных. Рассчитываются соответствующие значениям

Rfmн , Rf н коэффициенты обратных связей по скорости и току двигателя.

156

2.По графикам, приведенным на рис. 6.17, исходя из особенностей проекти-

руемой системы электропривода выбирается желаемая форма переходной характеристики синтезируемого КРС по возмущающему воздействию и со-

ответствующее ей значение параметра aс . Как правило, достаточные для практики показатели качества и грубость КРС по отношению к отклонени-

ям параметров объекта управления от расчетных достигаются при «стан-

дартном» значении aс 2 .

3.Частота среза ЛАЧХ КРС в разомкнутом состоянии с определяется по за-

висимостям (6.6), (6.7) и рис. 6.16, 6.17 (таблице 6.1) из условий ограниче-

ния на допустимом уровне максимального относительного динамического отклонения скорости при набросе номинального момента сопротивления

( mс 1) и/или коэффициента неравномерности вращения на минимальной скорости при изменяющейся нагрузке (значение mс в последнем случае

для каждого механизма задается индивидуально). Полученное в результате значение коэффициента передачи пропорциональной части РС

kп.рс Rfmн с определяет требования к собственным шумам системы и

Rf н

аддитивным помехам, содержащимся в сигнале датчика скорости.

4.Если вычисленное по (6.8) значение интегральной ошибки регулирования не удовлетворяет предъявляемым требованиям, что возможно при расчете систем регулирования скорости в составе следящего электропривода, то значения aс и/или с корректируются.

5.Для снижения перерегулирования в переходных процессах по задающему воздействию система дополняется (на задающем входе) формирователем интенсивности, компенсирующим числитель передаточной функции Wз ( p) ,

– апериодическим фильтром с постоянной времени, равной aс / с .

6.По рис. 6.18, 6.19 и таблице 6.2 определяется требуемая для выполнения условий п.3 методики синтеза перегрузочная способность подсистемы

157

управления моментом (током) ЭП. Рассчитывается уровень ограничения

выходного сигнала РС.

(t*)

1,0

5,0

t*

Рис. 6.20 – Переходные характеристики САР по задающему воздействию

С учетом фильтра на входе САР ее переходные характеристики по зада-

ющему воздействию принимают вид, изображенный на рис. 6.20. Перерегули-

рование для значений параметра aс 1,0;1,5; 2,0; 2,5 составляет 16,3%; 8,8%; 4,3%; 1,7% соответственно. Другие показатели качества переходных процессов читатель может определить непосредственно по графикам.

158

7. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЕМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ МЕХАНИЗМОВ

Электромеханические системы, предназначенные для управления поло-

жением исполнительных органов рабочих машин и механизмов, представляют собой довольно обширный класс СУЭП, принципы построения и режимы функционирования которых имеют ряд специфических особенностей и требуют отдельного изучения. В настоящей главе рассматриваются классические задачи,

методики синтеза и алгоритмы автоматического управления положением в по-

зиционных и следящих электроприводах. Все теоретические положения и вы-

кладки приведены для систем на базе ДПТНВ, однако легко могут быть приме-

нены и к электроприводам переменного тока с векторным управлением момен-

том и магнитным потоком во всех его модификациях, в том числе – структур типа «Трансвектор», частотно-токовых и с прямым управлением моментом.

7.1. Общие сведения и допущения

Согласно функциям электроприводов, описанным в разделе 1.1, различа-

ют два основных вида систем управления положением исполнительных (рабо-

чих) органов машин и механизмов – позиционные и следящие СУЭП. Спектр их назначения весьма широк. Позиционные ЭП применяются в металлообраба-

тывающих станках и роботах, в запорно-регулирующей арматуре нефте- и га-

зотрубопроводов, в качестве приводов нажимных винтов прокатных станов, в

различных измерительных установках и технологическом оборудовании. Сле-

дящие ЭП используются в оптических и радиотелескопах, системах наведения антенн и слежения за целью, в электромеханических усилителях руля крупно-

тоннажных грузовых автомобилей, механизмах поворота рулей самолетов, ра-

кет, морских судов и подводных лодок, металлорежущих станках с контурной обработкой. Заметим, что нередко функции позиционных выполняют гидрав-

лические или пневматические приводы, которые здесь не рассматриваются.

159

Принципиальным отличием позиционных и следящих систем управления положением исполнительных органов (ИО) механизмов и технологических ма-

шин от систем электропривода регулируемой скорости является наличие глав-

ной обратной связи по угловой или линейной координате ИО, которая замыка-

ется посредством датчика положения или относительного перемещения. Изуче-

ние принципов действия и конструкций существующих датчиков не входит в задачи данного учебного пособия, поэтому ограничимся лишь самой общей информацией о них.

Следует различать датчики положения собственных нужд, которые рас-

полагаются на валу электрической машины и обеспечивают нормальное функ-

ционирование систем электропривода с вентильными, вентильно-

индукторными двигателями и бесконтактными двигателями постоянного тока

[27], а также непосредственно датчики положения ИО для позиционных или следящих ЭП [28], к которым, как правило, предъявляются существенно более жесткие требования по точности и разрешающей способности. Простейшие датчики положения собственных нужд (индуктивные или на базе элементов Холла) могут встраиваться в конструкцию электрической машины. Для дости-

жения высокой точности и широких диапазонов регулирования скорости на ва-

лу двигателя устанавливают внешние датчики, аналогичные по принципам дей-

ствия датчикам положения ИО. Перечислим их основные виды.

В высокоточных электроприводах металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением наибольшее распространение получили аналоговые датчики – резольверы и фазовращатели [29], построенные на основе вращающихся трансформаторов с высокочастотным возбуждением и форми-

рующие сигналы, которые после фазочувствительной демодуляции пропорцио-

нальны косинусу и синусу электрического угла поворота ротора с требуемым числом периодов на оборот (эквивалент числа пар полюсов). Такие датчики обеспечивают возможность квазинепрерывного съема информации о положе-

нии, что необходимо для построения прецизионных, а значит – глубоко регули-

руемых систем ЭП.

160