І. ВВОДНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗАМКНУТОГО ТИПА

1. Способы регулирования координат

электропривода и показатели качества

Координатами автоматизированного электропривода являются вращающий момент М, частота вращения ω, угол поворота вала φ электрического двигателя, перемещение L. Схемы управления электроприводами подразделяются на схемы разомкнутого и схемы замкнутого типа (рис.1.1).

Электропривод со схемами управления разомкнутого типа относится к электроприводу с параметрическим управлением, в котором регулирование координат осуществляется заданием параметров входных сигналов, таких как: величины U, I и частота f напряжения и тока, величины сопротивления R цепей обмоток машин и др. При параметрическом управлении в принципе невозможно получить точные значения регулируемых координат в условиях случайно изменяющихся значениях момента сопротивления нагрузки и момента инерции. Регулятора координат в разомкнутом электроприводе нет, а есть только устройства задания управляющих сигналов. Примерами такого электропривода являются электроприводы якорно-швартовных устройств, грузовых кранов и лебедок.

Электропривод со схемами управления замкнутого типа относится к электроприводу, использующему обратные связи по выходным координатам. В состав электропривода входят регуляторы. В электроприводе замкнутого типа возможно регулирование координат с заданными показателями качества при произвольных изменениях момента сопротивления нагрузки и ее момента инерции. Примерами такого электропривода являются электроприводы гребных электрических установок, траловых лебедок.

Показатели качества устанавливаются отдельно для ЭП разомкнутого и замкнутого типа.

Показатели качества для разомкнутого эп

1. Точность регулирования (рис.1.2)

(1.1)

2. Диапазон регулирования

(1.2)

3. Ступенчатость регулирования – равна количеству регулировочных характеристик ЭП, обычно равна 3…5.

Показатели качества для

замкнутого ЭП

а). Простые показатели качества:

1. Статические ошибки регулирования. Определяются для установившегося режима при постоянном сигнале задания

(1.3)

2. Динамическая ошибка или перегулирование σ (заброс). Определяется из графика переходного процесса (рис.1.3).

3. Время регулирования t_p (время 1-й установки) и время переходного процесса t_пп .

б). Интегральные показатели качества. Используются в основном в оптимальном и адаптивном электроприводах:

1. Время цикла работы ЭП

(1.4)

2. Угол поворота за время Т цикла

(1.5)

3. Энергия, потребляемая (отдаваемая) за цикл

(1.6)

4. Среднеквадратичная ошибка регулирования за цикл

(1.7)

Вопросы и задания

1. В чем принципиальное различие регулируемых электроприводов разомкнутого и замкнутого типов ?

2. Назовите достоинства и недостатки регулируемых электроприводов разомкнутого типа.

3. Назовите достоинства и недостатки регулируемых электроприводов замкнутого типа.

4. Перечислите и охарактеризуйте показатели качества для регулируемого электропривода разомкнутого типа.

5. Перечислите и охарактеризуйте простые показатели качества для регулируемого электропривода замкнутого типа.

6. Перечислите и охарактеризуйте интегральные показатели качества для регулируемого электропривода замкнутого типа.

2. Методы последовательной коррекции и модального управления с настройками на технический и симметричный оптимум

На рис.2.1 приведена обобщенная структурная схема ЭП замкнутого типа, в которой источник питания и двигатель образуют силовую часть (СЧ) ЭП.

Метод последовательной коррекции заключается в том, что регулятор включен последовательно с силовой частью. Достоинствами метода последовательной коррекции являются:

1. Регулятор содержит только маломощные элементы.

2. Синтез передаточной функции регулятора W_рег(р) наиболее прост.

3. Реализация регулятора по определенной таким образом передаточной функции W_рег(р) наиболее проста.

Метод модального управления состоит в том, что передаточная функция разомкнутого контура ЭП W_раз(р) имеет стандартный вид – моду.

В автоматизированном электроприводе (АЭП) применяются две моды, называемые настройками на технический и симметричный оптимумы.

Настройка на технический оптимум

Передаточная функция разомкнутой САУ ЭП имеет вид

, (2.1)

где Т_μ - малая постоянная времени, входящая в передаточную функцию W_сч(р) силовой части.

Переходный процесс замкнутой САУ ЭП (рис.2.2, график 1) имеет следующие динамические характеристики:

t_p.тo=4,7 Т_μ, σ_то=4,3 % (2.2)

АЭП является астатическим 1-го порядка (сомножитель р в знаменателе передаточной функции W_раз(р) имеет первый порядок), поэтому статическая ошибка регулирования равна нулю.

Переходный процесс описывается формулой

(2.3)

Произведем расчет передаточной функции регулятора W_рег(р), задаваясь различными передаточными функциями W_сч(р).

Будем использовать передаточную функцию силовой части следующего общего вида

, (2.4)

в которой постоянная времени T₁ меньше всех остальных: T₁<{T₂, T₃,…,T_n}.

Обозначим наименьшую постоянную времени как Т_μ=Т₁. Остальные постоянные времени назовем большими постоянными времени.

1). Пусть в W_сч(р) имеется только одна большая постоянная времени Т₂. Передаточная функция силовой части примет вид

(2.5)

Так как регулятор и силовая часть включены последовательно, то

и (2.6)

Вычисляем

(2.7)

Синтезирован ПИ-регулятор с коэффициентом передачи k_П пропорциональной части и постоянной времени Т_И интегральной части. Этот регулятор реализуется на основе операционного усилителя.

1). Пусть в W_сч(р) имеется две больших постоянных времени Т₂ и Т₃. Передаточная функция силовой части примет вид

(2.8)

Вычисляем

(2.9)

Синтезирован ПИД-регулятор с коэффициентом передачи k_П пропорциональной части, постоянной времени Т_И интегральной части и постоянной времени Т_Д дифференциальной части. Этот регулятор реализуется на основе операционного усилителя. Из-за Д-части регулятор чувствителен к помехам.