Терехов В.М., Осипов О.И. - Система управления электроприводов (1057409), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Принимая для регулятора передаточную функцию вида т ао+~ аР! И;(Р) = 7оР получаем для замкнутого контура передаточную функцию ао+~ аР' Т " Р(Ьо «-'~~! Ь,Р!)(Т„Р+ 1)+ао+ с а;Р' !со у с=! с=! Коэффициенты регулятора ао, ао Т, находятся из уравнений (5.52). Очевидно, что условие (5.50) будет выполнено максимально, если принять аз=/с, а,= Ь„а,= Ь,. Тогда, при Ь,=1 (5.56) И;(Р) = 1 о (Т +1)„1 ~оу Согласно первому уравнению (5.52) ( )= (5.58) з.оот(Р) 27 /з(7 Р ! П+ 1 ° Таким образом, регулятор, компенсирующий инерционности объекта управления, кроме малых фильтровых, и имеющий интегральную составляющую с постоянной времени Т, = 2/с„,Т„, обеспечивает максимальное быстродействие замкнутому контуру. Для объекта управления в виде колебательного звена второго порядка потребуется пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор; для апериодического звена первого порядка — пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор; для интегрального звена — пропорциональный (П) регулятор.
Если для интегрального объекта управления с передаточной функцией ТоуР Т Р+1 использовать вместо П-регулятора ПИ-регулятор с передаточной функцией «Р+ рР то передаточная функция замкнутого контура получит вид; И, ( ) ТкРч'1 а оу 2(Т „Ц 7 +1 о.у Если к входу контура подключить апериодическое звено с передаточной функцией (5.59) 1 Иг (Р)= . кРч то настройка полученной системы на МО по уравнениям (5.52) даст значения параметров ПИ-регулятора: Т„= 4Т„; (5.60) 124 Т = —.ЗТ„.
'го у г То.у Данная настройка носит название симмеулричный олгпимум (СО). Этому названию соответствует симметричная относительно точки частоты среза оу,о = Ц 2 Т„ЛАЧХ оптимизированного разомкнутого контура с передаточной функцией 4Т„Р+1 8~~Р~(Т Р ь 1) (5.61) Если сложный объект управления представляет собой последовательность перечисленных выше инерционных звеньев И'„И ",, И',, ..., ИУ„, соединенных друг с другом контролируемыми координатами х„х,, х„..., х„, то для каждой координаты может быть составлен замкнутый контур с регулятором, настроенным на описанный выше динамический оптимум типа МО или СО (рис. 5.15). НастРойка РегУлЯтоРов ИУоо И'он И';,, ..., И'„„пРоизводитсЯ в направлении от внутреннего контура с номером 1 к контуру с номером и, являющемуся внешним контуром (на рис.
5.15 и = 3) [27). В состав объекта управления контура с номером г' входит настроенный оптимально замкнутый контур с номером г' — 1. Если для каждого следующего после первого контура компенсировать регу- Рис. 5.15. Структурная схема системы подчиненного регулирования коор- динат электропрнвода Настраивая интегральную составляющую регулятора по условию МО (5.57) о 2Т 2 2 |Т 2 Т (5.62) о.у~ получаем передаточную функцию замкнутого гаго контура И'я(Р) =...,. т ...(5.63) 2Т Р(2' 'Т Р(2' тТ Р...(2' 'Т Р+1)+1)...)+1' где ҄— малая постоянная времени, отнесенная к первому контуру. Чем больше контуров в системе подчиненного регулирования, тем меньше быстродействие внешнего контура.
По сравнению с одноконтурной системой быстродействие и-контурной системы уменьшается в 2" 'раз. Трехконтурная система описывается дифференциальным уравнением четвертого порядка. Однако настройка на модульный оптимум позволяет без большой погрешности оценивать динамические показатели системы по уравнению второго порядка Тг(р) = 2Т р(2' ' Т р + 1) о1 = 2Т„,,Р(Т„,Р+ 1) о 1. (5 64) Данному уравнению соответствует переходная функция )у(г) = = —, т.е.
переходный процесс отработки замкнутым контуром х(г) х, ' скачка задающего сигнала х,. Эта функция имеет вид / й(г) = 1 — а ' ° гйп —.~- сов— ! 2Т„2Т, (5.65) Перерегулирование составляет 4,3 %, а время переходного процесса -4Т„. 125 лятором Иг„инерционности звена Иго пренебрегая его малой постоянной времени Т„, то (Р)И' (Р) = ТмР 5.3.2. Синтез регуляторов тока и скорости в электроприводе постоянного тока Наибольшее распространение среди систем управления скоростью двигателя постоянного тока получили системы, в которых скорость регулируется изменением напряжения на якоре двигателя за счет управляемого электрического преобразователя (генератора, управляемого тиристорного или транзисторного выпрямителя, широтно-импульсного преобразователя) при подчиненном контуре регулирования тока двигателя.
На рис. 5.16 дана функциональная схема электропривода с подобной системой регулирования. Двигатель Д с независимым возбуждением (обмотка возбуждения ОВД) получает питание от управляемого преобразователя УП вЂ” реверсивного тиристорного преобразователя с двумя выпрямительными группами со встречно-параллельной схемой включения и с раздельным их управлением [25]. Согласование номинальных значений напряжения питающей УП сети -и„его выходного напряжения и тока якоря двигателя обеспечивается трансформатором Т. Применение Т позволяет: обеспечить номинальное напряжение на выходе преобразователя при минимальном угле управления его тиристорами и, в итоге, при максимальном коэффициенте мощности электропривода; ограничить скорость изменения тока через тиристоры при их коммутации и коротких замыканиях в случае возможных аварийных режимов в силовой цепи УП; потенциально разделить высоковольтные цепи питания УП и якорную цепь двигателя, что повышает эксплуатационную надежность и безопасность их обслуживания.
При необходимости улучшения условий коммутации тока якоря двигателя за счет ограничения скорости его изменения в цепи якоря двигателя устанавливается дроссель Др. Сглаживание пульсаций И с [~вд Рис. 5.16. Функциональная схема электропривода с подчиненным регулированием тока и скорости !26 тока якоря способствует также уменьшению вибраций и шума в двигателе. Система управления электропривода содержит два контура регу лирования: внутренний контур тока якоря (КТ) и внешний контур скорости (КС). Контур тока включает в себя силовую часть электропривола с выходом по току якоря 1„, цепь отрицательной обратной связи по току якоря и регулятор тока якоря РТ.
На входе РТ сравниваются напряжение задания тока якоря и„и напряжение обратной связи и.„поступающее с датчика тока ДТ. На вход ДТ подается напряжение с шунта Ш, пропорциональное току якорной цепи двигателя. Блок БО ограничивает выходное напряжение иге регулятора скорости РС. Контур скорости двигателя включает в себя замкнутый КТ, цепь отрицательной обратной связи по скорости двигателя и регулятор скорости. На входе РС сравниваются напряжение задания скорости и„, подаваемое с выхода задающего устройства ЗУ, и напряжение обратной связи и„, по скорости двигателя, поступающее от тахогенератора ТГ.
Регулятор скорости может быть как пропорциональным (при невысоких требованиях к точности регулирования скорости), так и пропорционально-интег- Р альным (при необходимости абсолютной статической точности регулирования). Задающее устройство формирует желаемый закон изменения с корости электропривода, например, линейный с заданным по- ьстоянным ускорением (задатчик интенсивности), экспоненциалн ый (инерционное входное звено) либо синусоидальный (как тестовый сигнал для снятия частотных характеристик электр— привода).
Блок БО ограничивает выходное напряжение РС и тем самым максимальное напряжение задания и, „тока якоря двигателя, обеспечивая в замкнутом КТ якоря двигателя ограничение этого тока на уровне максимально допустимого значения 1„„„. Уровень ограничения статической характеристики БО независимо регулируется сигналами 1„. „1„,„ . 5.17. Структурная схема электропривода представлена на рис.
5.1 . Она соответствует следующим допущениям: регулировочная хаактеристика управляемого преобразователя линейна; ток якорной цепи двигателя непрерывный; отсугствует реакция якоря двигателя; момент инерции, приведенный к валу двигателя, постоянен; инерционность датчиков тока и скорости не учитывается ввиду ее малости. Обозначения, принятые на схеме; Т вЂ” электромагнитная постоянная времени якорной цепи, с; э ߄— сопротивление якорной цепи, Ом; 1 — суммарный момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя, кг м', 127 Рис. 5.1?.
Структурная схема электропривода с подчиненным регулиро- ванием тока и скорости /сп — коэффициент усиления УП; ҄— постоянная времени цепи управления преобразователем, учитывающая коммутационные запаздывания и наличие фильтров, с (для полупроводниковых УП Тп < 10 мс и может быть принята за некомпенсируюшую постоянную времени Т„); /.„— передаточный коэффициент двигателя, рад/(В с); /с„— коэффициент обратной связи по току, Ом; /с„— коэффициент обратной связи по скорости двигателя, (В с)/рад; И'„„(р) и И ос(р) — передаточные функции регуляторов соответственно тока и скорости. В приведенной схеме имеются два контура — внутренний контур тока и внешний контур скорости.
Данная схема не соответствует каскадной структуре подчиненного регулирования (см. рис. 5.15) из-за дополнительной связи по ЭДС двигателя, воздействующей на контур тока. С помощью известных правил преобразования структурных схем можно привести данную схему к виду каскадной структуры (рис. 5.18). Тогда передаточная функция разомкнутого контура тока будет иметь вид: о . (Р) — ~гт(Р) . . 2 . (5 66) где й, — коэффициент усиления в контуре тока /с, = " "у ҄— я механическая постоянная времени электропривода, с (Т, = /с;А„./). Методом последовательной коррекции можно определить тип и параметры регулятора тока по условию модульного оптимума по каналу управления (М, = О) для замкнутого контура тока. Согласно выражению (5.58) Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
