3. Расчет контура регулирования тока якоря.

Расчет и настройку многоконтурной системы начинают с внутреннего контура - контура регулирования тока. Оптимизированный токовой контур представляет собой составную часть объекта управления в контуре регулирования скорости вращения электродвигателя: от его быстродействия в значительной мере зависят динамические качества всей системы управления электроприводом.

В соответствии со структурной схемой (см. рис.1) объект управления в контуре тока якоря состоит из управляемого силового преобразователя и якорной цепи электродвигателя:

,

где - большая постоянная времени, а- малая. Тогда по передаточной функции объекта управления с заданными компенсируемой () и не компенсируемой () частями для оптимизации контура регулирования тока по техническому оптимуму необходимо выбирать ПИ – регулятор с передаточной функцией вида:

, (1.1)

где - коэффициент передачи обратной связи по току якоря.

Регулятор тока реализуется на базе операционного усилителя, в цепи обратной связи которого ставятся сопротивление и. Сигнал задания через сопротивлениепоступает на первый вход, а сигнал с датчика тока черезна второй вход. Схема регулятора тока показана на рис.3.1.

Из рис.3.1 видно, что операционный усилитель имеет 2 входа, на которые подаются соответствующие сигналы. Для приведения реальной схемы (см. рис.3.1) к расчетной (с одним входом) необходимо выполнить эквивалентное приведение сигналов задания и обратной связи, учитывая, что сумматор осуществляет сложение токов. При подачена вход усилителя черезсигнал на выходеравен:

.

Из этого равенства следует, что будет иметь ту же величину, еслиподать на вход усилителя через, но при этом необходимо изменитьвраз. Поэтому расчетной величиной напряжения обратной связи по токуследует считать:

.

Из схемы (см. рис.1) следует, что . Реально измеряемая величина.

Поэтому .

Из последнего соотношения определяем выражение для расчёта коэффициента обратной связи по току в зависимости от параметров реальных элементов схемы:

. (1.2)

Передаточная функция ПИ – регулятора на базе усилителя с RC–цепью обратной связи относительно сигнала на первом входе примет вид:

. (1.3)

Приравнивая теперь соответствующие коэффициенты в (1.1) и (1.3), и используя при этом выражение (1.2), получим следующую систему двух уравнений с тремя неизвестными ,и:

. (1.4)

Изменение настроек регуляторов удобнее производить за счет активных сопоставлений, поэтому обычно в серийных регуляторах емкость задается постоянной (в пределахмкФ). В рассматриваемом примере в соответствии с заданиеммкФ. Откуда

кОм.

Сопротивление можно найти при условии ограничения до требуемого уровня тока якоря двигателя в соответствии с максимальным уровнем задающего сигнала(см. рис.1). Считая достаточно малым, сигнал ошибки на выходе регулятора тока и, принимая на этом основании, получаем, с учетом ранее полученного выражения

,

следующее выражение, связывающее максимальное значение изапишется так:

. (1.5)

При известной величине , равной максимальному выходному напряжению регулятора скорости (В), из последнего соотношения можно определить, а затем и остальные параметры регулятора токаи:

кОм;

кОм;

В/А.

Окончательно, передаточная функция регулятора тока принимает следующий вид:

.

Таким образом, определены все сопротивления, реализующие искомые настройки регулятора тока ,и. Расчеты значения всех сопротивлений не должны выходить за пределы, оговоренные техническими условиями применения выбранных типов операционных усилителей. В случае невыполнения этого условия необходимо задаться другой величиной емкостии повторить расчет.