Настройка системы производится путем последовательной оптимизации контуров регулирования. Каждый контур оптимизируется по модульному или симметричному оптимумам, в основе которых лежит обеспечение вполне определенных показателей по выполнению, колебательности и точности системы автоматического управления, т.е. получение технически оптимального переходного процесса.

СПР имеют следующие достоинства:

1. Простота расчета регуляторов каждого контура при настройке по тому или иному оптимуму.

2. Высокие статические и динамические показатели, обеспечиваемые настройкой контуров регулирования по модульному или симметричному оптимумам.

3. Простота ограничения регулируемых координат.

4. Унификация оборудования, обусловленная особенностями регуляторов СПР и наличием унифицированных блочных систем регулирования, специально выпускаемых для СПР.

5. Простота настройки.

Основной недостаток - некоторый проигрыш по быстродействию.

Н

Рисунок 10

Двухконтурная схема подчиненного регулирования скорости электропривода
постоянного тока

а рис. 10 представлена структурная схема двухконтурной системы подчиненного регулирования электропривода постоянного тока.

В

Рисунок 11

Функциональная схема САР скорости

соответствие с требованиями к электроприводу принимаем двухконтурную САР скорости с внутренним контуром регулирования тока якоря. Выбираем однократно интегрирующую САР скорости, поскольку астатизм системы по моменту сопротивления не требуется и однократно интегрирующая САР обладает динамическими свойствами по сравнению с двукратно интегрирующей. Контуры тока якоря и скорости настроены на модульный оптимум. Поэтому в системе применяется ПИ-регулятор тока и П-регулятор скорости. Ускорение и замедление привода обеспечивается путем формирования линейно изменяющегося сигнала задания на скорость задатчиком интенсивности. Функциональная схема САР скорости представлена на рис. 11.

7РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ЯКОРЯ И ЦЕПИ КОМПЕНСАЦИИ ЭДС ЯКОРЯ

7.1ВЫБОР КОМПЕНСИРУЕМОЙ ПОСТОЯННОЙ

Величина Т_μ является "базовой" при расчете СПР, для которых характерно, что динамические свойства системы не зависит от параметров объекта регулирования и определяется только величиной постоянной времени Т_μ фильтра, установленного на выходе регулирующей части системы управления. Таким образом , в стандартных системах регулирования величина Т_μ является единственным средством воздействия на систему управления.

С одной стороны уменьшение Т_μ приводит к увеличению быстродействия и снижению статической и динамической ошибок по скорости при приложении внешних возмущающих воздействий, с другой стороны величина этой постоянной времени должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить высокую помехозащищенность системы, ограничение тока якоря на допустимом уровне и устойчивость работы САУ с учетом дискретность тиристорного преобразователя.

Следовательно фильтр с постоянной времени Т_μ должен реально присутствовать в САУ электроприводом.

В реальных САУ с подчиненным регулированием параметров величина Т_μ лежит в пределах 0,004-0,01 с.

Для нашей системы выберем Т_μ = 0,007 с.

7.2расчет контура регулирования тока якоря

7.2.1Расчетная структурная схема контура тока

К

Рисунок 12

Структурная схема контура регулирования тока якоря

онтур регулирования тока якоря является внутренним контуром САУ электроприводом. Он образуется регулятором тока, фильтром с постоянной времени Т_μ, тиристорным преобразователем, якорной цепью и обратной связью по току через датчик тока (k_дт = 1). В объекте управления имеет место внутренняя обратная связь по ЭДС якоря двигателя. Структурная схема контура тока представлена на рис. 12.

7.2.2Передаточная функция регулятора тока

При синтезе регулятора внутренняя обратная связь оп ЭДС не учитывается.

Передаточная функция регулятора тока, найденная по условию настройки на модульный оптимум:

, где

Т_i1 = T_э = 0,07с;

При выборе данной передаточной функции регулятора тока замкнутый контур тока будет описываться передаточной функцией фильтра Баттерворта II порядка:

П

ри условии неподвижного якоря двигателя (когда ω = 0, е_я = 0). В этом случае реакция контура на единичное ступенчатое задание тока представлена кривой 1 на
рис. 13.

7.2.3Компенсация влияния ЭДС якоря двигателя

Действие ЭДС якоря приводит к погрешности регулирования тока. Появляется астатизм контура по задающему воздействию. При единичном задании на ток статическая ошибка составит:

, где

С
татическая ошибка по току оказывается существенной, поэтому пренебречь влиянием обратной связи по ЭДС нельзя. Для компенсации влияния ЭДС якоря используют принцип комбинированного управления. В систему управления вводится положительная обратная связь по ЭДС. Для удобства технической реализации эта обратная связь подается на вход регулятора тока, а фильтр выносится из контура в цепь задания и обратной связи по току. Структурная схема контура тока с компенсирующей связью по ЭДС представлена на рис. 14.

П

Рисунок 14

Структурная схема контура регулирования тока якоря с компенсирующей связью по ЭДС

ередаточная функция звена компенсации ЭДС будет иметь вид:

, где

7.2.4Реализация датчика ЭДС

ЭДС якоря двигателя, в отличие от тока якоря и скорости, недоступна для прямого измерения. Датчик косвенного измерения ЭДС якоря использует сигналы датчика тока якоря и датчика напряжения на якоре двигателя. Связь между током якоря, напряжением якоря и ЭДС якоря устанавливает уравнение электрического состояния равновесия в якорной цепи. В операторном виде оно имеет вид:

, где

В

Рисунок 15

Реализация датчика ЭДС

ыразив ЭДС, получим уравнение датчика. Структурная схема датчика тока приведена ниже. Для возможности практической реализации форсирующего звена и защиты системы от помех в сигналах датчиков в канале тока и напряжения датчика ЭДС добавлено инерционное звено с постоянной времени Т_μ. Таким образом реальный датчик ЭДС будет инерционным.

7.3Конструктивный РАСЧЕТ

Рассмотрим реализацию управляющей части контура тока якоря в аналоговой системе автоматического управления электроприводом на базе операционных усилителей.

Принципиальная схема регулятора тока и цепи компенсации ЭДС представлена на рис. 16.

Регулятор реализован на усилителе DA1, звено компенсации ЭДС - на усилителе DA2. Усилитель DA3 предназначен для суммирования сигналов в датчике ЭДС.

Для расчета элементов схемы по известным значениям параметров в относительных единицах используем базисные величины:

I_бр = 0,5 мА - базисный ток регулирования принимаем, как рекомендуется в [5].

U_бр = 10 В - базисное напряжение регулирования.

Б

Рисунок 16

Принципиальная схема управляющей части контура тока

азисное сопротивление системы регулирования:

Принимаем величины сопротивлений

Емкость фильтров в цепи задания и обратной связи по току:

Емкость в цепи обратной связи усилителя DA1:

Сопротивления в цепи обратной связи усилителя DA1:

Емкость во входной цепи усилителя DA2

Сопротивление в обратной связи усилителя DA2:

Емкость фильтра на входе DA3:

Параметры элементов на входе форсирующего звена на входе DA3:

, где

8РАСЧЕТ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

8.1рАСЧЕТНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

Согласно требованиям, предъявляемым к электроприводу, система регулирования скорости выполняется однократной (см. п. 6). Структурная схема контура скорости представлена на рис. 17. Контур регулирования тока настроен на модульный оптимум с наличием компенсации по ЭДС якоря - рассматриваем как фильтр Баттерворта II порядка.

К

Рисунок 17

Структурная схема контура регулирования скорости

онтур скорости образуется регулятором скорости, контуром регулирования тока якоря. звеном умножения на поток, звеном механической части привода и обратной связью по скорости через датчик скорости (k_дс = 1). На объект действует возмущающее воздействие - момент статического сопротивления.

8.2расчет регулятора скорости

В однократной САР скорости, по условия настройки на модульный оптимум, регулятор скорости имеет передаточную функцию пропорционального звена:

, где

,

φ = 1, т.к. Ф = Ф_N = const.

Передаточная функция замкнутого контура скорости при настройке на модульный оптимум представляет собой фильтр Баттерворта III порядка: