Вопрос № 21 сау эп нажимного устройства. Линейные и нелинейные регуляторы положения

Изменение расстояния между прокатными валками для получения требуе­мого обжатия металла достигается с помощью механизма установки валков

Наименование стана перемещения, Скорость мм/с

Блюминги 50—250

Слябинги 100—150

Толстолистовые и среднелистовые станы 5—25

Сортовые станы 2—5

Тонколистовые стана горячей и холодной прокатки 0,05—0,2

Реверсивные станы холодной про­катки 0,01-0,02

или нажимного устройства. В большинстве случаев пере­мещается верхний валок, а нижний остается неподвижным.Существуют нажимные устройства с руч­ным приводом, применяемые на некоторых сортовых станах; тихоходные нажимные уст­ройства для листовых станов горячей и хо­лодной прокатки с высотой подъема валка 100—200 мм и'небольшой скоростью переме­щения, что обусловлено малыми перемеще­ниями и требованием высокой точности при остановке; быстроходные нажимные устрой­ства, предназначенные для станов с высотой подъема верхнего валка до 2000 мм (слябинги, блюминги, толстолистовые станы и т. п.). Скорости перемещения верхних валков раз­личных станов:

Позиционный электропривод обеспечи­вает регулирование положения исполннтедь.-ного органа рабочей машины Он выполняет перемещение исполнительного органа из исходного в требуемое положение и его остановку с необходимой точностью. Этот электропривод должен также обеспе­чивать регулирование скорости и момента двигателя с хорошими статическими и дина­мическими качествами, облегчающими усло­вие регулирования положения В позиционном электроприводе исполь­зуются специальные устройства и датчики, контролирующие положение и перемещение. В электроприводах постоянного тока при питании ДПТ от управляемого преобразова­теля снижение скорости при остановке обе­спечивается снижением задающего напряже­ния.Наибольшее распространение получил позиционные электроприводы постоянного то­ка с автоматическим регулированием поло­жения по отклонению. В таких электропри­водах используются датчики положения и пе­ремещения. При использовании датчиков положения позиционирование предусматри­вается только в зоне остановки у требуемой позиции, а в процессе перемещений сис­тема по положению разомкнута. В этом слу­чае используются индуктивные датчики по­ложения, вырабатывающие сигнал, пропор­циональный ошибке позиционирования, т. е. отклонению исполнительного органа от за­данного положения. При использовании дат­чиков перемещения, осуществляющих не­прерывный контроль положения исполни­тельного органа, электропривод постоянного тока выполняется с системой подчиненного регулирования, включающей контур поло­жения. На рис. 10.11, а приведена структур­ная схема трехконтурн ния непрерывного действия. Сигнал задания по положению £/_п,₃ подан на вход регуля­тора положения AQ, на другой вход которого подается сигнал обратной связи по положе­нию и„ с датчика положения BQ, в качестве которого используются индуктивные дат­чики линейного перемещения или фазовые датчики угла в виде сельсинов и поворотных трансформаторов. При использовании дат­чиков угла для формирования ошибки в виде напряжения постоянного тока и ее знака используются фазочувствительные выпрями­тели.

Р егуляторы тока АА и скорости AR во, внутренних контурах подчиненного регули­рования могут рассматриваться как один контур, внутренний по отношению к контуру положения. Тогда структурная схема системы регулирования положения имеет вид, пока­занный на рис. 10.11,6.

Внутренний контур аппроксимируется инерционным звеном с постоянной времени Т£, объект управления представляет со­бой интегрирующее звено, так как путь является интегралом от скорости. Постоянная интегрирования 1/С зависит от передаточ­ного числа редуктора механизма.Контур положения настраивается на технический (модульный) оптимум, и ре­гулятор положения принимается пропор­циональным с линейной характеристикой. Его коэффициент усиления выбирается исходя из начальной скорости позиционирования и допустимого замедления электропривода.Передаточная функция регулятора по­ложения в линейной рабочей зоне может быть найдена из соотношения

В зоне, где отработка рассогласования по положению происходит с ограничением тока, система становится нелинейной, и для улучшения динамики в регулятор положения вводится нелинейный преобразователь, обе­спечивающий своевременное переключение системы в режим торможения.

Коэффициент передачи регулятора по­ложения в этом случае делается переменным, зависящим от квадратного корня из рассо­гласования по положению.

Система регулирования положения может обеспечивать точное позиционирование при остановке, не работая во время перемеще­ния, а замыкаясь только при подходе к месту остановки.

С истемы регулирования положения явля­ются, как правило, нелинейными системами, так как работают в режиме ограничения коор лрнат движения. Так, при средних перемеще­ниях ограничивается ток двигателя, а при больших — его частота вращения. Ограничение координат движения определяет в основном время регулирования. Зазор между выходным валом механизма, на котором установлен дат­чик положения, и валом двигателя может привести к неустойчивости системы или уве­личить время регулирования. Нелинейным мо­жет быть и регулятор положения, обеспечи­вающий оптимальное регулирование при огра­ничениях координат движения. В зависимости от режима работы механизма и параметров привода регулятор положения может быть ли­нейным или нелинейным и регулирование ста­тическим или астатическим.

Наладка описанных там систем производит­ся в следующей последовательности:

а) настраивают контур регулирования то­ка и частоты вращения;

б) при замыкании системы регулирования - линейным регулятором положения дают за-лание на такой путь, чтобы привод вышел на ограничение по частоте вращения. С помощью электронного осциллографа, включенного на выход датчика скорости, наблюдают переход­ный процесс частоты вращения при торможе-!!и привода. Коэффициент усиления регуля-jpa положения подбирают так, чтобы привод одходил к заданному положению без пере-егулирования. Затем дают задание на мини-альный путь. При параболическом регулято--_: положения привод должен подходить к заданному положению без дотягивания, а :эи линейном — с дотягиванием.В качестве примера на рис. 8-91 приведе­ны переходные процессы отработки различных заданий на положение в системе регулирова­ния с линейным и параболическим регулято­рами положения.

ПРИ ОТРАБОТКЕ СРЕДНИХ И БОЛЬШИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ. РЕАЛИЗАЦИЯ ТРЕБУЕМОГО ЗАКОНА ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ большинстве промышленных электроприводов, оснащенных позиционными системами, наилучшим считается такой процесс отработки среднего перемещения, при котором скорость изменяется по треугольному графику. Это позволяет в полной мере использо­вать перегрузочную способность двигателя и исключает возник­новение перерегулирования по положению. Для обеспечения та­кого характера отработки при данном значении заданного пере­мещения требуется определенное значение коэффициента передачи.

При рассмотрении отработки системой средних и больших пере­мещений обычно делается упрощающее допущение: считается, что токовый контур обладает высоким быстродействием, а постоян­ная времени фильтра тахогенератора Тдс равна нулю, т.е. что ТμО. благодаря чему передаточный коэффициент PC k_p-c, до­статочно велик. Тогда даже небольшое напряжение на выходе РП приводит к ограничению PC.

Пусть в момент времени t₀ на вход системы пода­ется управляющее воздействие в виде задания на перемещение ф_у (в аналоговом контуре системы сельсин СД поворачивается на угол Ф_¥ относительно согласованного положения). Если оно достаточно велико, напряжение на выходе РП достигнет значения ограничения Up.п.огp. Сразу же ограничится и PC. Если Мс=Мс0= const, то разгон двигателя под действием момента I_я.макс — М_с0 будет происходить при постоянном ускоре­нии. В момент времени t_l зависящий от значений к_р._п и Uр.п.огр,РП выйдет из ограничения и его напряжение будет далее меняться по закону Uр.п = kр.пδФ.где δФ = ф_у — ф1. Это, однако, не по­влечет за собой изменения характера разгона, так как PC остается по-прежнему ограниченным.

Отсюда видно, что значение £_р._п, которое при данном макси­мальном токе обеспечивает отработку заданного среднего переме­щения без перерегулирования и дотягивания, должно быть разрым для разных заданных перемещений ф_у и значений момента нагруз­ки УЙ_с0. ' " .

При других значениях заданного перемещения и неизменном значении £_р-п график скорости будет отличаться от треугольного. На рис. 6-4, б показан характер изменения напряжения на вы­ходе РП и скорости двигателя при меньшем значении ф_у. Во время разгона от t₀ до 4 закон изменения ф остается таким же, как и в предыдущем случае, так какой определяется лишь значением Д.макс — Л^со- Однако, так как значение заданного перемещения меньше, равенство (6-3) обеспечивается при меньшем значении скорости. В момент времени t_s сигналы на входе PC снова срав­няются и он выйдет _из ограничения. При принятом допущении о высоком значении &_р._с примерное равенство S_p._c я» со будет со­блюдаться на протяжении всего оставшегося пути. Ток якоря станет меньше максимального, что приведет к снижению темпа торможения по сравнению с торможением при треугольном гра­фике скорости, и отработка перемещения в течение времени 4 — 4 будет происходить с меньшим, чем раньше, ускорением, т. е. с до-тягиванием. При значении ф_у большем, чем входящее в выраже­ние (6-5), перемещение будет отрабатываться с перерегулированием. Если применяется пропорциональный РП, то при определе­нии £р._п по формуле (6-5) исходят из требования отработки по тре­угольному графику скорости некоторого настроечного перемеще­ния. За него обычно принимают такое, при котором % = с*,,,; т. е. ffij = 1 для случая М_с = 0. На основании (6-4) оно состав­ляет ф_у._иастр === Г_и//_я._макс. После подстановки ф_у = Ф_у._наСт_Р в вы­ражение для &р._п получается требуемое для обеспечения треуголь­ного графика скорости при настроечном перемещении значение Кр.п.=2*Iя макс / Тм. При этом, поскольку значение Uр.п.огр. должно обеспечивать скорость ω=ω1=1, момент времени t2 совпадает с моментом t2. Все перемещения, меньше настроечного, будут отрабатываться с дотягиванием, но перерегулирования, нежелатьельного в системах позиционированеия не будет. Перемещения, превышающее настроечное, будут относится к большим, т.к. после достижения двигателем скорости ω=ω1=1 рассогласование δФ будет достаточно большим, чтобы РП не вышел из ограничения. Тогда средняя часть перемещения будет отрабатываться с постоянной, равной номинальной, скоростью и график скорости станет трацепеидальным.

ПАРАБОЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ПОЛОЖЕНИЯ IБлизкий к треугольному график скорости при любом, меньшем ™ настроечного, значении перемещения может быть получен при использовании РП с нелинейной статической характеристикой. Рассмотрим режим идеального холостого хода, когда М. =0. Тогда в соответствии с (6-5) надо выбрать Ц

Чтобы обеспечить выполнение этого равенства при любых чениях ф_у, используют РП с нелинейной статической характеристикой, определяемой выражением

Н а рис. 6-5, а показан характер изменения основных координат системы в этом случае. На участке торможения относительные скорость и напряжение РП. меняются по одинаковому линейному закону независимо от зна­чения φ_у. Фактически в

р еальной системе Uр.п на большей части участка тор­можения будет превышать ω на некоторую величину, достаточную для того, чтобы PC, имеющий конечный коэффициент усиления, был ограничен, что обе­спечивает линейный закон изменения скорости. Не­линейная статическая ха­рактеристика РП, постро­енная в соответствии с формулой и с учетом того, что U_вх.р._п = δφ, показана на рис. 6-5, 6 (кривая 1).

При U._вх.р.п →0 коэффи­циент усилення РП теоре­тически должен становить­ся бесконечно большим. Благодаря этому попытка использования расчетной характеристики приводила бы к неустой­чивости системы в согласованном положении. Чтобы избежать этого, начальный участок характеристики делают линейным (пря­мая 0 ба) и соответствующим коэффициенту усиления при настройке контура положения на оптимум по модулю. В результате получается характеристика 2 с изломом в точке а при входном напряжении РП U _вх.р.п.= U1 .Реальные условия работы системы отличаются от рассмотренных идеализированных, с одной сто­роны, наличием момента статических сопротивлений, а с другой — тем, что в результате ограниченного быстродействия контура тока и конечного коэффициента усиления PC изменение якорного тока от +I_я.макс. до — I_я.макс происходит не мгновенно (как это пока­зано на рис. 6-4, а), а в течение некоторого времени. Чтобы избе­жать при этом перерегулирования по положению, нужно начи­нать торможение раньше, чем в идеализированном случае. С уче­том этого предлагается сочетание линейной и нелинейной части характеристики производить в точке б при U_вх.р.п = U₂ = 0,5U₁