- •Введение
- •Глава 1. Релейно-контакторные системы управления электроприводом
- •1.1 Условные обозначения и правила построенияэлектрических схем
- •1.2. Принципы управления пуско – тормозными режимами в РКСУ
- •1.3. Управление пуско – тормозными режимами в функции времени
- •1.4.1. Реле противовключения
- •1.6. Пример изучения работы схемы управления электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения
- •1.7. Защиты в схемах электропривода
- •1.8. Блокировки и сигнализация в схемах электропривода
- •Глава 2. Регулирование координат электропривода
- •2.1. Показатели качества регулирования
- •2.1.1. Статические показатели качества регулирования
- •2.1.2. Динамические показатели качества регулирования
- •2.1.3. Связь показателей качества регулирования с ЛАЧХ разомкнутого контура регулирования
- •2.2. Динамические свойства тиристорного электропривода
- •2.2.1. Тиристорный преобразователь как элементсистемы регулирования
- •2.2.2. Двигатель постоянного тока независимоговозбуждения как элемент системы регулирования
- •Глава 3. Системы управления электроприводов с параллельными обратными связями
- •3.1. Общие понятия и определения
- •3.2. СУЭП с отрицательной обратной связью по напряжению
- •3.2.1. Вырожденная структурная схема СУЭП с отрицательной обратной связью по напряжению
- •3.3. СУЭП с отрицательной обратной связью по скорости вращения электродвигателя
- •3.3.1. Статические характеристики СУЭП с отрицательной обратной связью по скорости
- •3.4. СУЭП с положительной обратной связью по току якоря
- •3.5. СУЭП с задержанной отрицательной обратной связью по току якоря
- •Глава 4. Системы управления с подчиненным регулированием координат
- •4.1. Оптимальные структуры
- •4.2. Принцип построения систем подчиненного регулирования координат
- •4.3. Определение передаточной функции регулятора
- •Глава 5. СУЭП по системе ТП-Д с подчиненным регулированием координат
- •5.1. Настройка контура регулирования тока якоря
- •5.1.1. Динамические свойства контура регулирования тока якоря
- •5.1.2 Анализ влияния внутренней обратной связи по ЭДС электродвигателя на работу токового контура
- •5.1.3.1. Адаптивный регулятор тока с эталонной моделью
- •5.1.3.2. Двухконтурный регулятор тока
- •5.1.3.3. Предуправление в контуре регулирования якорного тока
- •5.2 Настройка контура регулирования скорости вращения электропривода
- •5.2.1. Пуск под отсечку в однократной СУЭП
- •5.2.2. Реакция однократной СУЭП на возмущающее воздействие
- •5.4. Ограничение переменных в структурах подчиненного регулирования
- •5.4.1 Ограничение задающих воздействий для локальных систем регулирования
- •5.4.2 Ограничение переменных с помощью задатчиков интенсивности
- •5.5. Учет дополнительных ограничений в структурах подчиненного регулирования
- •5.5.1. Ограничение производной тока якоря при помощи фильтра на входе регулятора тока
- •5.5.2. Ограничение производной тока якоря при помощи задатчика интенсивности на входе регулятора тока
- •Глава 6. СУЭП с обратной связью по ЭДС электродвигателя
- •Глава 7. СУЭП в двухзонной системе регулирования скорости электродвигателя
- •7.1. Настройка системы регулирования скорости по цепи якоря
- •7.2. Настройка системы регулирования скорости по цепи возбуждения
- •7.2.1. Настройка контура регулирования тока возбуждения (магнитного потока)
- •7.2.2. Настройка контура регулирования ЭДС
- •Глава 8. Позиционная СУЭП
- •8.1. Настройка контура регулирования положения
- •8.1.1 Настройка регулятора положения при отработке малых перемещений
- •8.1.3 Настройка регулятора положения при отработке средних перемещений
- •8.2 Настройка нелинейного регулятора положения
- •8.3 Влияние нагрузки на работу позиционной системы
- •Приложение А
- •Библиографический список
Рассмотрим построение двухзонной системы регулирования скорости электропривода.
7.1. Настройка системы регулирования скорости по цепи якоря
Как видно из структурной схемы рис.7.3 система управления скоростью электродвигателя изменением подводимого к якорю напряжения должна иметь два контура регулирования: внутренний контур регулирования якорного тока и внешний контур регулирования скорости электродвигателя.
Настройка контура регулирования тока якоря в двухзонной СУЭП ничем не отличается от настройки контура регулирования тока якоря в однозонной СУЭП и подробно рассмотрена в 5.1.
Рассмотрим особенности настройки контура регулирования скорости электродвигателя в двухзонной СУЭП. Структурная схема контура регулирования скорости в двухзонной системе регулирования представлена на рис.7.4.
|
uзс |
|
|
|
|
РС |
uзт |
|
|
|
|
Ia |
|
|
kФ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
∆uс |
|
|
|
|
|
|
|
М |
|
|
|
ω |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|||||||||
|
|
|
Wрс (p) |
|
ЗТК |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
JΣp |
|
|
|
|||||
|
|
|
uос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wор2 (p) |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
kос |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис.7.4. Структурная схема контура регулирования скорости в |
||||||||||||||||||||||
двухзонной СУЭП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В контур регулирования скорости входит регулятор скорости РС, замкнутый контур регулирования тока якоря (ЗТК), настроенный на МО
и объект регулирования с передаточной функцией Wор2 (p) , охваченные обратной связью по скорости с коэффициентом koc = uoc max / ωmax , где
ωmax - максимальная скорость, достигаемая во второй зоне регулирования. Передаточная функция объекта регулирования имеет вид:
W (p) = |
kФ |
, |
(7.1) |
ор2 JΣp
253
поэтому передаточная функция регулятора скорости в соответствии с (4.11) определяется выражением:
W |
(p) = |
kот |
|
|
JΣp |
= |
JΣ |
kот |
1 |
. |
(7.2) |
|
pс |
|
22 T pk |
oс |
|
kФ 4T k |
ос |
kФ |
|
||||
|
|
µ |
|
|
|
µ |
|
|
|
|
Если в выражении (7.2) выполнить некоторые преобразования, то передаточная функция РС примет следующий вид:
W |
|
(p) = |
|
|
JΣRэ |
|
kФн k |
от |
Фн |
= |
|||||||||
|
|
4T (kФ |
|
||||||||||||||||
|
pс |
|
|
|
)2 R |
э |
k |
ос |
Ф |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
µ |
н |
|
|
|
|
|
|
(7.3) |
||||
|
|
Tм |
kФн kот |
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||
= |
|
= k |
|
|
|
|
= k |
|
, |
||||||||||
|
4T R |
э |
k |
ос |
Ф* |
|
|
рсн Ф* |
|
рс |
|
||||||||
|
|
|
µ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где kрcн - коэффициент усиления РС при номинальном магнитном потоке
(5.26);
Ф* = Ф/Фн - относительная величина магнитного потока.
Как видно из (7.3) РС является пропорциональным, коэффициент передачи которого зависит от величины магнитного потока
электродвигателя. В первой зоне регулирования, когда Ф = Фн , коэффициент РС остается постоянной величиной kрc = kрсн . Во второй
зоне регулирования Ф < Фн , поэтому величину kрc необходимо увеличивать, т.е. ставить в с оответствие определенной величине магнитного потока вполне определенное значение kрc в соответствии с (7.3). Если во второй зоне регулирования оставить неизменной величину kрc = kрсн , то в первой зоне регулирования сохраняется настройка контура на МО, а во второй зоне регулирования быстродействие контура снижается, т.к. величина kрc меньше необходимой. Если во второй зоне
регулирования установить kрc = kрсн / Ф*min , то настройка на МО будет
254
выполняться при минимальном магнитном потоке, но работа в первой зоне регулирования с kрc = kрсн / Ф*min может оказаться невозможной
ввиду большого значения kрc .
Для сохранения настройки на МО во всем диапазоне регулирования скорости электродвигателя на выходе РС устанавливают делительное устройство ДУ, на делительный вход которого подается напряжение, пропорциональное величине относительного магнитного
потока uФ* . Структурная схема РС с делительным устройством представлена на рис.7.5,а.
|
|
РС |
ДУ |
|
|
|
uзс |
kрс |
÷ uзт |
|
|
|
uос |
а) |
uФ* |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
uзс |
РС |
МДУ |
|
uзт |
|
крс |
÷ × |
|||
|
uос |
|
E*a |
ω* |
|
|
|
б) |
|
||
|
|
|
|
|
|
uзс |
РС |
МУ |
|
|
uзт |
крс |
× |
ПУ |
|
||
|
|
|
|||
|
uос |
|
|
|
|
|
БО |
|
НЭ |
uос |
−Uогр |
|
-1 |
|
+ Uогр |
|
в) |
Рис.7.5. Реализация регулятора скорости в двухзонной СУЭП
255
Включение ДУ на выходе РС компенсирует действие умножения k * Ia в канале объекта регулирования на рис.7.4, тем самым выполняя
линеаризацию системы регулирования, нелинейность которой вызвана нелинейностью кривой намагничивания двигателя. Для получения
напряжения uФ* необходим датчик магнитного потока электродвигателя.
В тех случаях, когда датчик магнитного потока отсутствует (техническая реализация датчика затруднена или невозможна), на выходе РС включают множительно – делительное устройство МДУ (рис.7.5,б), на вход умножения которого подается напряжение,
пропорциональное скорости электродвигателя ω*, а на вход деления
подается |
напряжение, |
пропорциональное |
величине |
ЭДС |
электродвигателя E*a . Результат действия МДУ позволяет получить необходимую величину относительного значения магнитного потока
1 |
= |
ω* |
, в соответствии с которой изменяется коэффициент РС. |
|
Ф* |
E*a |
|||
|
|
Напряжение, пропорциональное величине скорости электродвигателя – это напряжение обратной связи по скорости uос , а напряжение, пропорциональное ЭДС электродвигателя получается на выходе датчика ЭДС – напряжение обратной связи по ЭДС uоэ .
Т.к. во второй зоне регулирования при увеличении скорости электродвигателя и уменьшении величины магнитного потока ЭДС
остается постоянной Ea = k ω = Eaн ≈ constФ , то в этом случае можно
вместо МДУ применить множительное устройство МУ (рис.7.5,в), на вход которого подается напряжение, пропорциональное скорости
электродвигателя uос . В реверсивном электроприводе при изменении направления вращения происходит изменение полярности напряжения uос , поэтому для сохранения правильной полярности напряжения
задания величины якорного тока uзт на вход МУ подается модуль
напряжения обратной связи по скорости uос . В электрических машинах
постоянного тока при ослаблении магнитного потока ухудшаются условия коммутации; поэтому перегрузочную способность
256
электродвигателя по току при ослаблении магнитного потока уменьшают в соответствии с паспортной эксплуатационной характеристикой электрической машины. На рис.7.5,в показана схема регулируемого токоограничения, которая изменяет ограничение задания величины
якорного тока uзт на выходе промежуточного усилителя ПУ в
зависимости от модуля напряжения |
|
uос |
|
(скорости вращения |
|
|
электродвигателя). Эксплуатационная характеристика электродвигателя моделируется нелинейным элементом НЭ, на выходе которого при
скорости ω≤ ωн формируется максимальное напряжение Uогр блока
ограничения (БО) напряжения uзт , обеспечивая максимальную перегрузочную способность электропривода. Во второй зоне регулирования при ω > ωн в соответствии с эксплуатационной характеристикой электрической машины происходит уменьшение величины Uогр и, следовательно, снижение ограничения выходного
напряжения uзт промежуточного усилителя ПУ и величины якорного тока.
Для получения операции деления (т.е. ДУ) в цепь обратной связи операционного усилителя DA1 , на котором реализован РС, включают
множительное устройство (рис.7.6), на входы которого подаются выходное напряжение ОУ (на вход Х) и напряжение, пропорциональное
величине магнитного потока uФ* (на вход У). При таком включении на выходе РС получается напряжение - (uзс − uос ) / uФ* , при этом
сохраняется настройка на МО во всем диапазоне регулирования скорости электропривода.
257
+uзс |
R20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
−uос R21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
R22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−u |
рс |
= (u |
зс |
−u |
ос |
) / u |
* |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ф |
|
||||
|
|
|
|
R23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DA1 |
|
|
|
uф* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xy |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
R24 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.7.6. Принципиальная электрическая схема регулятора скорости с делительным устройством
В линейной зоне работы регуляторов статические электромеханические характеристики электроприводов с двухзонными СУЭП полностью идентичны характеристикам однозонных СУЭП. На рис.7.7 показано семейство характеристик, соответствующих различным
значениям uзс для однократной СУЭП с П регулятором скорости. Жесткость характеристик в соответствии с (5.29) определяется отношением 4Tµ/Tм . Благодаря автоматической корректировке
коэффициента усиления РС жесткость характеристик как в первой, так и во второй зонах регулирования сохраняется неизменной. В режиме токоограничения в первой зоне РС находится в режиме насыщения, поэтому на выходе регулятора РС формируется максимальное
напряжение задания величины якорного тока uзтmax , поэтому в якорной
цепи протекает максимальный ток, формирующий максимальный момент на валу электродвигателя. Во второй зоне, в соответствии с эксплуатационной характеристикой электродвигателя, в зависимости от величины скорости происходит снижение величины ограничения
напряжения задания тока uзтmax (заштрихованная зона на рис.7.7), что
отражается на виде характеристик. Вид механических характеристик во второй зоне в режиме токоограничения отличается от вида электромеханических характеристик, т.к. в этой зоне момент изменяется обратно пропорционально величине магнитного потока.
258
ω0max |
ω |
uзс |
= uзсmax |
|
|||
|
ωmax |
|
|
ω0н |
|
ωн |
ω= f (M) |
|
|
|
|
|
uзс = uзсн |
|
|
|
|
Зона регулируемого |
|
|
|
токоограничения |
|
0 |
|
Iн |
Ia (M) |
|
|
uзс = 0 |
Imax (Мmax ) |
|
|
|
|
Рис. 7.7. Электромеханические (механические) характеристики в |
|||
|
двухзонной СУЭП с П регулятором скорости |
В СУЭП двухзонного регулирования настройка контура регулирования скорости может выполняться и на симметричный оптимум, как это было рассмотрено в 5.3, с учетом выполнения линеаризации системы регулирования включением на выходе регулятора скорости ДУ (рис.7.5,а), МДУ (рис.7.5,б) или МУ (рис.7.5,в). На рис.7.8 приведено семейство характеристик, соответствующих различным
значениям uзс для двухзонной СУЭП с ПИ регулятором скорости.
Характеристики получаются абсолютно жесткими, с учетом изменения величины токоограничения во второй зоне регулирования.
259