18 декабря 2016г.
В современной инженерной практике широкое распространение получили электроприводы (ЭП), построенные по принципу подчиненного регулирования, когда система разбивается на несколько контуров и к каждому контуру в отдельности применяется стандартная настройка.
Настройку начинают с внутреннего контура. Внешний контур по отношению к настраиваемому внутреннему (подчиненному) контуру является задающим. Последовательная коррекция такого рода сводится к получению стандартных показателей качества, логарифмических частотных и переходных характеристик [1].
Структурная схема динамической модели позиционного следящего электропривода изображена на рис. 1. Система состоит из трех контуров: контура тока (КТ), контура скорости (КС) и контура положения (КП). В качестве электромеханического преобразователя силового канала применен двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и управлением по цепи якоря (ДПТЯУ).
Требуемые показатели качества переходного процесса обеспечиваются с помощью последовательных корректирующих устройств (КУ): регулятора тока (РТ), регулятора скорости (РС) и регулятора положения (РП).
В процессе синтеза РТ и РС добиваются компенсации больших постоянных времени (Тэ, Тм) электродвигателя (ЭД) за счет настройки КТ и КС на оптимум по модулю (ОМ). Определение структуры и параметров РП зависит от требуемой точности и определяется структурой неизменяемой части ЭП.
Синтез регулятора тока. В рассматриваемой структурной схеме (см. рис. 1) КТ состоит из РТ, блока питания (БП) якорной цепи ЭД и датчика тока (ДТ). Изменение ЭДС Е(s) при изменении угловой скорости вращения вала Ωдв(s) является возмущающим воздействием для ЭД. Однако если принять во внимание, что изменение Ωдв(s) в значительной степени определяется электромеханической постоянной времени Тм, а быстродействие процессов, протекающих в КТ достаточно велико, то внутренней обратной связью по ЭДС при настройке КТ на ОМ можно пренебречь.
Рис. 1. Структурная схема динамической модели позиционного следящего электропривода
БП ДПТЯУ, как правило, включает широтно-импульсный преобразователь и является существенно нелинейным звеном. Вместе с тем, частота среза КТ находится значительно ниже зоны рабочих частот БП, поэтому, с большой степенью точности можно считать, что динамические свойства преобразователя описываются инерционным звеном
Учитывая,
что динамические свойства
ДТ
определяются также
инерционным звеном,
запишем передаточную функцию разомкнутого КТ
Постоянные времени БП и ДТ (Тбп, Тдт) относятся к малым постоянным времени. Постоянная времени ЭД Тэ подлежит компенсации. Поэтому для настройки КТ на ОМ следует выбрать ПИ-регулятор с передаточной функцией
Расчетные формулы параметров РТ принимают вид
После подстановки (2) и (3) в (1), получаем передаточную функцию разомкнутого КТ, настроенного на ОМ,
Синтез регулятора скорости. Преобразуем структурную схему ЭП, для чего перенесем точку приложения
момента Мс против хода прохождения сигнала на вход КС. В результате получим структурную схему ЭП, изображенную на рис. 2.
Следовательно, при ступенчатом изменении момента нагрузки на исполнительном валу ЭП имеет место отклонение угловой скорости вращения ЭД, которое зависит от соотношения суммарной малой постоянной времени ЭД. Если жесткость механической характеристики β не удовлетворяет требованиям механизма, то необходимо увеличить коэффициент демпфирования Кд. Если и в этом случае не удается получить удовлетворительный результат, то следует применить ПИ-регулятор и настроить КС на СО.
Синтез регулятора положения. При синтезе РП для КП необходимо исходить из требований по точности, сформулированных в техническом задании на проектирование. Поскольку КП содержит интегрирующее звено, то при выборе П-регулятора (Wрп = Крп) без статической ошибки будет отрабатываться ступенчатое
задающее воздействие.
При воспроизведении задающего воздействия, изменяющегося с постоянной скоростью αз(t) = Ω0t скоростная ошибка определится в виде
З
Преобразуем структурную схему (рис. 2) к виду, изображенному на рис.3 ( α = 0).
Рис. 3. Преобразование структурной схемы для оценки моментной составляющей ошибки
Тогда
Если повышение порядка астатизма ν системы нежелательно, например, по причине значительного уменьшения запасов устойчивости (Lз, θз) и недопустимого увеличения показателя колебательности, то следует применять методы повышения точности, основанные на комбинированном управлении с коррекцией по задающему воздействию или с использованием дополнительных измерительных связей по моменту сопротивления.
Список литературы
1.
Бутаков В.М., Гатин Б.Ф., Павлов С.В. Стандартные настройки и их применение // Актуальные вопросы науки и техники: Сборник научных трудов по итогам международной научно- практической конференции. № 3. – Самара, 2016. – С. 141–144.
2.
Бутаков В.М., Гатин Б.Ф., Медведев Г.М. Основные этапы проектирования электроприводов // Развитие технических наук в современном мире: Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. № 2. – Воронеж, 2015. – С. 180–183.
