4.11. Электромагнитный следящий привод

Функциональная схема системы приведена на рис. 4.19. На схеме обозначено: ЗУ – задающее устройство; РП – регулятор положения, РТ - регулятор тока, БД - блок деления, УМ - усилитель мощности, ДТ - датчик тока, БП - блок перемножения, ФП - функциональный преобразователь, ДП - датчик положения, ДС – датчик скорости; электромагнит соленоидного типа ЭМ с обмоткой ОЭ, подвижным сердечником (якорем) Я и возвратной пружиной ВП, - координата положения сердечника, отсчитываемая от задней крышки соленоида.

Структурная схема системы приведена на рис. 4.20. На схеме обозначено:

– сигнал задания;

- координата положения сердечника;

- выходное напряжение датчика положения;

ε – ошибка регулирования;

– передаточная функция пропорционально-интеграль-ного регулятора положения;

, – коэффициент передачи и постоянная времени регулятора положения;

Рис. 4.19. Функциональная схема электромагнитного следящего привода

Рис. 4.20. Структурная схема электромагнитного следящего привода

- выходной сигнал регулятора положения;

– нелинейная характеристика, отражающая ограничение выходного сигнала регулятора положения;

– максимальное значение выходного сигнала регулятора положения; = 10В;

- передаточная функция пропорционального регулятора тока;

- коэффициент передачи регулятора тока;

- выходной сигнал регулятора тока;

– нелинейная характеристика, отражающая ограничение выходного сигнала регулятора тока;

- коэффициент передачи усилителя мощности;

u – выходное напряжение усилителя мощности;

r – активное сопротивление обмотки электромагнита;

- ток обмотки;

- тяговое усилие электромагнита;

- усилие нагрузки электромагнитного привода;

;

- статическая характеристика возвратной пружины;

;

- коэффициент упругости возвратной пружины;

- длина хода якоря;

- усилие возвратной пружины;

- приведенная масса;

- скорость движения сердечника;

- Нелинейная индуктивность;

- число витков обмотки;

= 1,8710⁹ (Гн·м)^-1 – удельное магнитное сопротивление зазора;

= 4,710⁷ Гн^-1 - магнитное сопротивление стальных элементов магнитопровода;

- коэффициент передачи датчика положения;

- коэффициент передачи датчика тока;

- коэффициент передачи датчика скорости;

- статическая характеристика функционального преобразователя;

;

, , - коэффициенты, выбираемые из условий:

; ; ;

- выходное напряжение датчика обратной связи.

Исходные данные для расчета системы приведены в табл. 4.10.

Таблица 4.10

Данные для расчетов электромагнитного следящего привода

Параметр	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8
, B	2	3	2,5	3,0	2,0	2,5	2,5	3,0
	6	5	5	5	6	5	5	4
, с	0,03	0,03	0,02	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
	20	10	10	10	10	10	10	10
	40	30	40	40	30	50	50	50
r, Ом	5	5	5	10	8	8	12	10
, м	0,05	0,05	0,02	0,02	0,04	0,04	0,04	0,04
	1500	1700	1200	1500	1500	1500	1500	2000
, кг	0,1	0,1	0,05	0,02	0,03	0,04	0,02	0,02
, Н	5	5	5	10	10	12	8	10
, кН/м	25	20	14	12	15	15	15	16
, В/А	1	2	0,5	1	1	1	1	1
, Вс/м	2,5	2	2	2	2	2,5	2	2
, В/м	250	250	250	100	100	125	125	125

Примечания:

1. В табл. 4.10 приведено значение , соответствующее рабочей точке системы. При составлении линеаризованной модели системы следует определить приближенные зависимости индуктивности обмотки от положения якоря, противоЭДС и тягового усилия электромагнита от положения якоря и тока.

2. Область устойчивости системы следует построить в плоскости параметров ( , ) или ( , m).

3. При оптимизации системы определите наилучшие в смысле минимума интегральной квадратичной оценки значения параметров ПИ-регулятора положения и .

4. При исследовании динамических характеристик линеаризованной системы определите зависимости скорости, тока и перемещения от напряжения задания и усилия нагрузки.

5. Для нелинейной системы определите зависимость показателей качества регулирования (времени регулирования и перерегулирования) от начального положения якоря при малых отклонениях от установившегося значения.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия и физическую сущность нелинейных характеристик электромагнита.

2. Как зависят статические и динамические характеристики системы от положения якоря?

3. Как зависит ток электромагнита от положения якоря в установившемся режиме и почему?

4. Как изменятся статические и динамические характеристики системы, если использовать в качестве регулятора тока ПИ-регулирующее устройство?

5. Какими способами можно уменьшить влияние нелинейных характеристик тягового усилия, противоЭДС и индуктивности обмотки на свойства системы?

193