4. Задача №19.

1. Принципиальная схема двухконтурной сау скоростью электроприводов постоянного тока с подчиненным регулированием тока якоря.

АI — задатчик интенсивности.

БО — блок ограничения

UА —датчик тока, в задание которого входит получение напряжения, пропорционального току якоря с уровнем стандартного напряжения элементов системы управления и гальваническая развязка силовой цепи и цепи управления.

UR — датчик скорости.

В задаче датчика тока входит получения напряжения пропорциональному току якоря соответствующего по величине стандартному напряжению в системе управления, а также гальваническая развязка силовой цепи и цепи управления.

На вход регулятора тока подаётся сигнал обратной связи U_ОТ и сигнал задания тока U_ЗТ, который является выходным сигналом регулятора скорости. Блок ограничения не позволяет выходному сигналу регулятора скорости превысить значение U_рс.огр., что приводит к ограничению тока якоря.

Например при пуске, когда U_ЗС изменяется скачком, то поскольку сигнал обратной связи U_ОС = 0, то на выходе регулятора скорости сразу установится . При этом контур скорости не работает и величина тока якоря поддерживается примерно постоянной на уровне равном 1.

где К_ОТ – коэффициент передачи обратной связи по току.

При этом двигатель разгоняется и когда сигнал обратной связи по скорости U_ос приблизится к сигналу задания ( ) регулятор скорости выйдет из ограничения и сигнал задания тока начнёт уменьшаться.

Установившийся режим наступит, когда ток якоря будет равен:

Превышение током максимального значения (I_я.max) возможно только в переходном процессе контура тока при ограниченном регуляторе скорости за счёт перерегулирования контура тока.

Оптимизация контуров производится поочередно, начиная с внутреннего контура тока. Однако на входе объекта регулирования действует обратная ЭДС якоря. Поэтому преобразуем структурную схему контура тока

Передаточная функция контура тока

,

где — эл. мех. постоянная времени.

В первом варианте передаточной функции знаменатель аналогичен объекту регулирования одноконтурной системы, но в числителе присутствует дифференцирующее звено. При оптимизации на ТО в этом случае передаточная функция регулятора должна иметь вид:

[1]

Реализовать такой регулятор в принципе можно, но при этом теряется одно из достоинств систем подчиненного регулирования — простота наладки.

Рассматривая второй вариант передаточной функции, можно отметить, что сомножитель А(р) обусловлен действием внутренней обратной связи по ЭДС якоря. Проведение исследования частотных характеристик при различных соотношениях постоянных времени позволили сделать вывод:

Если частота среза хотя бы в 10 раз превышает частоту соответствующую электромеханической постоянной времени, т. е. Т_μ > 20 Т_μI , то можно пренебречь обратной связью по ЭДС. (А(р) ≈ 1). Такое условие достаточно дополняется для ЭД средней и большой мощности.

Если условие Т_μ > 20 Т_μI не выполняется, то при стандартной настройке необходим регулятор с передаточной функцией [1]

И когда Т_μ > 4 Т_я, регулятор будет состоять из последовательно включенных звеньев ПИД и интегратора., т. е.

,

где .

А в малую пост. времени Т_μI входят Т_дт и Т_ТП.

Однако на практике обычно выбор структуры и параметров регулятора обычно производят на основе анализа частотных характеристик и за счет снижения быстродействия получают более простую структуру регулятора. Если желательно высокое быстродействие, то можно перейти к одноконтурной системе. Если можно пренебречь обратной связью по ЭДС (А(р) = 1), то тогда передаточная функция объекта:

И для настройки на ТО для апериодичного объекта регулирования используются ПИ-регуляторы:

, где Т_рт = Т_я = С_от·К_от

Теперь передаточная функция оптимизированного контура:

И когда А(р) = 1 для рассмотрения контура скорости можно приближенно принять

;

Для ЭД малой мощности, быстроходного исполнения или при питании от однофазного преобразователя может возникнуть ситуация, когда Т_μ, Т_я, Т_ТП будут одного порядка (около десятка ).

В этом случае выбор частоты среза контура с учетом граничной частоты преобразователя в итоге быстродействия САУ окажется меньше или при трехфазном преобр.

При необходимости получить высокое быстродействие надо применять преобразователь на основе ШНП. Структурная схема контура скорости

Объект регулирования контура скорости — интегрируемое звено:

;

Если А(р) = 1, то при настройке на ТО необходим пропорциональный регулятор.

,

где : малая постоянная времени контура скорости Т_μω определяется на основе Т_μI и Т_дс.

В первом приближении Т_μω = Т_μI + Т_{дс .}

Передаточная функция контура по возмущению:

; — передаточная функция объекта регулируется по возмущению.

— передаточная функция оптимиз. контура скорости

Таким образом, статическая ошибка по возмущению будет равна:

И если величина ошибки больше допустимой, то необходимо настроить контур на СО. тогда необходим ПИ-регулятор с уже определённым коэффициентом передачи К_рс и постоянной времени Т_рс < 4 Т_μω.

Рассматривая процесс пуска при скачкообразном изменении входного сигнала мы получили, что он происходит при постоянном значении тока якоря и следовательно постоянном моменте двигателя. При этом если момент сопротивления и момент инерции постоянный, то ускорение также будет постоянным.

Если указанные параметры изменяются, то для получения постоянства ускорения необходимо использовать задатчик интенсивности, однако при этом регулятор скорости не должен входить в ограничения.