Вопрос 64 Автоматическое регулирование положения по отклонению. Следящий электропривод.

8.3. Автоматическое регулирование положения по отклонению

Автоматическое регулирование положения требует измере­ния углового или линейного перемещения рабочего органа механизма и использования устройств, задающих эти пере­мещения.

В простейшем варианте автоматическое регулирование положения предусматривается лишь на участках движения в районе заданных рабочих позиций, а на основной части пути перемещения от позиции к позиции система по выход­ной координате разомкнута. Этот вариант позволяет исполь­зовать индуктивные датчики ошибки позиционирования, выра­батывающие сигнал, пропорциональный отклонению рабочего органа от заданного положения. Датчики подключаются в зоне точного останова. Они обеспечивают автоматическое регулирование положения по отклонению от заданной точки пути с требуемой точностью.

При необходимости отработки дозированных перемещений, задаваемых на входе системы скачком, или при осуществлении программного управления перемещением рабочего органа механизма необходим постоянный контроль текущего поло­жения, осуществляемый датчиками углового или линейного перемещения непрерывного или дискретного действия.

В данной главе ограничимся рассмотрением электропри­водов постоянного тока, механическая часть которых с удов­летворительной точностью может быть представлена жестким механическим звеном, приведенным к валу двигателя. Для электроприводов позиционных механизмов кроме регулирова­ния положения обычно требуются регулирование скорости и ограничение тока якоря в переходных процессах допусти­мым значением I_Я=I_стоп. Поэтому в качестве объекта ре­гулирования положения примем однократно интегрирующую систему регулирования скорости в системе ТП—Д с подчи­ненным контуром регулирования тока. Дополнив ее интегрированием скорости ω для получения перемещения φ, введя обратную связь по положению с коэффициентом усиления k_О.П и включив на вход регулятор положения, получим трех­контурную систему регулирования положения, структурная схема которой приведена на рис. 8.4.

Осуществим оптимизацию контура регулирования поло­жения методом последовательной коррекции, определив необ­ходимую для этой цели передаточную функцию регулятора положения. В соответствии с рис. 8.4 объект регулирования положения в данном случае имеет следующую передаточную функцию:

(8.10)

Для получения передаточной функции разомкнутого контура регулирования положения вида

регулятор положения должен иметь передаточную функцию

(8.11)

Передаточная функция замкнутого контура регулирования положения

(8.12)

Проведем качественный анализ работы синтезированной системы регулирования положения при различных условиях. Сначала будем полагать, что система автоматического регу­лирования положения замыкается при подходе к зоне точного

8.4. Понятие о следящем электроприводе

Основное отличие следящего электропривода от систем точного позиционирования состоит в постановке задачи регу­лирования: обеспечение следования (слежения) положения исполнительного органа механизма φ' за изменяющимся по произвольному закону положением задающего органа <рз с ошибкой, во всех режимах работы не превышающей до­пустимого .значения. Поэтому рассмотренная выше трехконтур­ная система регулирования положения представляет собой следящий электропривод в тех случаях, когда замыкание электропривода, например по углу поворота исполнительной оси установки, имеет целью воспроизведение произвольно меняющегося угла поворота задающей оси, т. е. слежение исполнительной оси за движением задающей оси, с заданной точностью. При этом отработка заданного скачком угла поворота, т. е. рассмотренная выше отработка дозированных перемещений, является частным режимом работы следящего электропривода.

Воспроизведение с высокой точностью произвольных законов движения, задаваемых перемещением задающей оси `_З(t), является одной из наиболее сложных задач автоматизиро­ванного электропривода. Произвольность движения задающей оси определяет исключительное многообразие условий работы электропривода, при котором проявляется влияние существен­ных нелинейностей системы, таких, как сухое трение при дви­жении с малой знакопеременной скоростью, кинематические зазоры при движении со знакопеременным моментом двига­теля и т. п. Высокие требования к точности воспроизведения угла поворота задающей оси требуют особо тщательного синтеза динамических качеств электромеханической системы, причем их удовлетворение сильно осложняется отмеченным ранее влиянием нелинейностей и наличием в системе упругих механических связей.

Ограничимся анализом динамической точности следящего электропривода с линейными жесткими механическими связями. Для этого получим изображение ошибки в трехконтурной системе, структурная схема которой показана на рис. 8.4, с помощью общей формулы ошибки (5.19):

(8.30)

где W`o.р.п - передаточная функция объекта регулирования положения по возмущению Мс(р).