4. Замкнутые электроприводы с подчиненным регулированием коор­динат

Эффективное и качественное регулирование координат в сис­теме П - Д обеспечивает принцип подчиненного регулирования, ре­ализуемый по структурной схеме, приведенной на рис. 11.4. Напом­ним, что этот принцип предусматривает регулирование каждой ко­ординаты с помощью своего отдельного регулятора и соответству­ющей обратной связи, т. е. регулирование каждой координаты про­исходит в собственном замкнутом контуре и требуемые характерис­тики ЭП в статике и динамике можно получить за счет выбора схемы и параметров регулятора этой координаты и цепи ее обратной связи.

Управление внутренним контуром с помощью выходного сиг­нала внешнего контура определяет еще одно ценное свойство та­ких систем. Оно заключается в возможности простыми средствами ограничивать любую регулируемую координату, например ток и момент, на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь огра­ничить сигнал, поступающий с внешнего контура.

Рассмотрим схему ЭП (рис. 11.26, а) с подчиненным регулиро­ванием, выходной регулируемой координатой которой является скорость. Управляющая часть схемы состоит из двух замкнутых контуров: контура регулирования тока (момента), содержащего регулятор тока РТ и датчик тока ДТ, и контура регулирования скорости, содержащего регулятор скорости PC и датчик скорости (тахогенератор) 77".

Регуляторы тока и скорости в большинстве схем ЭП этого типа выполняются на базе операционных усилителей. Включение в цепь задающего сигнала скорости i/_ic регулятора скорости PC и его об­ратной связи резисторов RI и R обеспечивает изменение (усиле­ние или ослабление) этого сигнала с коэффициентом к = R J R1. Аналогично изменение сигнала обратной связи по скорости U _с про­исходит с коэффициентом к₂ = R_ocl/R2. Такой регулятор получил название пропорционального регулятора скорости.

При включении в цепь ОУ конденсаторов (реактивных электри­ческих элементов) его функциональные возможности по преобра­зованию электрических сигналов становятся шире. Так, включение в цепь обратной связи регулятора тока РТ конденсатора С после довательно с резистором R_oc2 позволяет получить на выходе РТсиг­нал в виде суммы двух составляющих:

где к_у к₄ - коэффициенты усиления сигналов.

Здесь сигнал U содержит пропорциональную и интегральную составляющие входного сигнала U , т.е. РТявляется в этом случае пропорционально-интегральным (П - И) регулятором.

По каким же критериям и условиям выбираются схема и пара­метры цепей того или иного регулятора? Основным условием здесь является желаемый (заданный) характер переходных процессов при регулировании координат. Из всех возможных их видов обычно выбираются переходные процессы с затухающими колебаниями (см. рис. 11.26, б), что является оптимальным в том смысле, что по­зволяет обеспечить устойчивость этих процессов при небольших длительностях и перерегулированиях.

5. Замкнутая схема управления электроприводом но системе «источ­ник тока - двигатель постоянного тока».

Силовую часть этой схе­мы (рис. 11.27, а) образуют источник тока ИТ и ДПТ, обмотка воз­буждения которого ОБ подключена к усилителю У, имеющему два входа. По первому входу на усилитель с потенциометра ЗПМ по­ступает задающий сигнал момента £/, который определяет значе­ние момента на вертикальном участке механической характеристи­ки (см. рис. 11.27, б).

На второй вход усилителя У подается сигнал нелинейной отри­цательной обратной связи по скорости U_oc, которую образуют та-хогенератор обратной связи 77', вентиль Vи задающий потенцио метр скорости ЗПС. Цепь обратной связи собирается таким обра­зом, чтобы вентиль V начал пропускать ток по этой цепи только тогда, когда ЭДС тахогенератора превысит задающий сигнал по скорости U , что произойдет при скоростях, больше скорости от­сечки ю_отс. При скоростях (О < оз_отс вентиль V будет закрыт и обрат­ная связь по скорости не будет действовать (С/ = 0).

Нелинейный характер обратной связи по скорости определяет наличие двух зон механических характеристик. При со < со (зона /) (7_ос= 0 и на вход усилителя У подается неизменный по значению сигнал задания момента 1) , напряжение же на его выходе U, ток возбуждения 1_в и определяемый им момент М постоянны, что и оп­ределяет вертикальные участки характеристик на рис. 11.27,6.

При со > со ₍ (зона Л) открывается вентиль V и на входе усилите­ля У появляется сигнал обратной связи по скорости, противопо­ложный по знаку сигналу U . Тогда суммарный сигнал на входе усилителя У

Как видно из (11.14), при увеличении скорости сигнал U на вхо­де усилителя Убудет снижаться, пропорционально ему будут умень­шаться напряжение U_B на выходе усилителя У и ток возбуждения ДПТ /_в, а значит, в соответствии с (4.3), и его момент. Механичес­кие характеристики при этом приобретают вид наклонных прямых. Таким образом, рассмотренная схема ЭП обеспечивает регулиро­вание двух координат - скорости и момента. Значение сигнала £7_зм определяет уровень момента ДПТНВ в зоне / характеристик, а зна­чение сигнала U, - уровень скорости отсечки (излома) механических характеристик. Жесткость механических характеристик в зоне II определяется общим коэффициентом усиления ЭП.

В качестве примера рассмотрим схему реализации реального замк­нутого ЭП с двигателем постоянного тока независимого возбуждения.