Терехов В.М., Осипов О.И. - Система управления электроприводов (1057409), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Улучшить динамические показатели СП в структуре с подчиненным регулированием можно введением дополнительного параллельного корректирующего устройства, оказывающего демпфирующее действие на СП наподобие вязкого трения в механическом звене. Синтез данного корректирующего устройства, определяющий структуру и параметры его предаточной функции И'„„(р), выполняется методом дополнительной параллельной коррекции— приравниванием передаточной функции скоростной подсистемы И'сп с корректирующей обратной связью желаемой переда- точной функции: Согласно выражению (7.20) и без учета обратной связи по упругому моменту И; „(Р) Ркс(Р)~Тг Р ~ (Тр+ЬТ жы)Рь11 77кс(Р)(Тг Р +Т Р+1) ~,п(Т,Р~-1) (г „(Т 1) где 27„,(р) — оператор контура скорости двигателя, настроенного на модульный оптимум, Ю„(Р) = 4Т,Р~2Т„Р(Т„Р+ 1)+ 1~+ 1; Т,— резонансная постоянная времени РО, с, Тг = —, Тр — постоян~г с( г ная времени вязкого трения механической передачи, с, Т„= р/с,г.
Принимая Р„,(Р) = 4Т„»- 1 и вводя дополнительный фильтр с постоянной времени Т„,, получаем: и„, (4Т,,Р + 1)ЛТ, ~~Р Ид~(Р) = (7.21) ггсп(ТР+1)(ТфР+ 1) Желаемого уровня демпфирования резонансных колебаний в СП можно достичь настройкой коррекции по условию аозт, „„= 2Т ц„— ~„„), (7.22) где г,„,„— собственный коэффициент демпфирования механической передачи, примерно равный 0,03 ...0,06. При Ц„„> /2/2 перерегулирование демпфированного механического звена не превышает 5 %.
При наличии зазоров и других нелинейностей в СП линейная коррекция (7.21) может оказаться недостаточно эффективной. Тогда потребуется некоторая нелинейная коррекция алгоритма, реализуемая с помощью, например, фаззи-управления. 7.3. Примеры непрерывных систем управления следящего злектропривода постоянного тока Современные системы программного управления положением электропривода выполняются, как правило, цифровыми, так как задать требуемый закон перемещения рабочего органа (РО) проще и точнее с помощью цифровой техники, чем аналоговой, а цифровые датчики положения могут быль выполнены на большую точность, чем аналоговые.
Непрерывные системы управления характерны для СЭП с режимом автосопровождения, когда закон движения не задан, а управление ведется по сигналу рассогласования, а также для СЭП со вспомогательным режимом ручного управления, в котором для сигнала рассогласования используется сельсинная пара. Примерами СЭП с непрерывными системами 249 Дополнительная коррекция ! С ! 16 /, 'Ъ '~~ еа ест,тю ~~р '.~ ~е 251 250 Рис. 7.10.
Схема одноконтурного СЭП солнечной печи управления могут служить СЭП копировальных станков, антенных установок космической связи, солнечных печей прямого наведения, некоторых специализированных подъемно-транспортных установок и т. п. В качестве примера СЭП с простейшей системой управления рассмотрим одноконтурный следящий электропривод солнечной печи прямого наведения 121] (рис.
7.10). Двухкоординатная система наведения на Солнце зеркала солнечной печи оборудована двумя СЭП вЂ” угломестным (СЭП ) и азимугальным (СЭП„) — с общим фотоэлектрическим датчиком рассогласования ДР и отдельными для каждого электропривода регулятором положения РП, управляемым преобразователем УП и двигателем Д с кинематической цепью КЦ. Такая печь может использоваться как автономная энергетическая установка, преобразующая солнечную энергию в тепловую и электрическую для бытового назначения, а также как термическая установка для различных высокотемпературных технологий — температурных обработки и испытаний материалов, выращивания полупроводниковых кристаллов и т. и.
Особенности СЭП солнечной печи; малая мощность (от единиц до десятков ватт) из-за низкой скорости перемещения объекта слежения— Солнца; низкая резонансная частота установки и слабое демпфирование механических колебаний приводом нз-за больших передаточных отношений кинематической цепи (десятки — сотни тысяч); значительный момент сухого трения кинематичсской цепи; трудность измерения скоростей рабочего органа и двигателя. Поскольку объект слежения является мощным световым источником, то наиболее просто реализовать режим автосопровождения на основе фотоэлектрического датчика. Для СЭП СП требуются относительно небольшие добротности по скорости и ускорению (менее соответственно 1 с ' и О,1 с '), которые обеспечиваются одним П- или ПИ-регулятором положения, Для компенсации ошибки от нелинейного момента сухого трения можно рекомен- Рис.
7,11. Схема СЭП антенной установки довать дополнительную коррекцию, действующую параллельно с РП и реализуемую на операционном усилителе с релейной характеристикой. Примером более сложной непрерывной системы управления может служить СУ СЭП антенной установки (АУ). Так же, как и солнечная печь прямого наведения, АУ осуществляет функцию слежения за космическими объектами (ИСЗ, космические станции) в режиме автосопровожцения по сигналу датчика рассогласования радиолокационного типа.
В отличии от СЭП СП мощность СЭП АУ и его требуемые точностные показатели существенно выше. На рис. 7.11 показана схема СЭП, в котором сигнал ошибки б формируется в антенной радиосистеме и через фазовый детектор ФД подается на вход усилителя управляемого возбудителя УВ.
При использовании в качестве управляемого преобразователя генератора постоянного тока система управления может быть выполнена так, чтобы генератор осуществлял функцию силового ПИ- регулятора положения. Для этого генератор Г с датчиком напряжения ДН включается по схеме с критическим самовозбуждением и охватывается обратоТр ной гибкой связью по ЭДС с передаточной функцией (Тр+1) Внутри контура регулирования включен усилитель с большим коэффициентом усиления (в пределе бесконечным), что позволяет использовать скользящий режим управления.
Замкнутый контур ЭДС генератора представляет собой силовой ПИ-регулятор (Т,р ч1) положения с передаточной функциеи ', включенный на аТ,р двигатель Д с кинематической цепью КЦ. При такой структуре СЭП оказывается весьма простым, надежным и достаточно точным, что подтвердила его эксплуатация в системе телевизионной связи «Орбита» в течение ряда десятилетий. Однако при низкой механической резонансной частоте АУ и слабой демпфирующей способности привода, что характерно для тихоходных СЭП, для реализации требуемых высоких точностных показателей систему управления приходится усложнять, чтобы усилить демпфирование и тем самым повысить полосу пропускапия скоростной подсистемы.
Для этого используется, как показано в подразд, 7.2, дополнительная параллельная коррекция согласно выражению (7.21). В крупных антенных установках применяются многодвигательные электроприводы по каждой координате. В таких приводах могут возникать противофазные колебания роторов двигателей, для подавления которых также требуются корректирующие средства в составе системы управления. На рис.
7.12 приведен вариант двухдвигательного СЭП с тиристорными преобразователями ТП1, ТП2 с отдельными контурами тока и общим контуром скорости для одной координаты антенной установки, В СЭП предусмотрены режим программного управления от цифрового программного устройства ПУ с цифроаналоговым преобразователем ЦАП и режим автосопровождения (АС) с использованием измерительного устройства ИУ, формирующего сигнал ошибки и,. Выбор того или иного режима осуществляется с помогцью ключей Клх и К„с. Два двигателя Д1 и Д2 через редукторы Р1 и Р2 приводят во вращение исполнительный вал антенной установки.
Каждый двигатель (Д1, Д2) получает питание от индивидуального тиристорного преобразователя (ТП1, ТП2), входящего в состав контура тока с настройкой регулятора (РТ1, РТ2) на модульный оптимум. Каждый контур тока получает задание на ток двигателя с выхода своего усилителя (У1, У2). Характеристики управления У1 и У2 имеют смещение, создающее при нулевом входном сигнале разнонаправленные моменты двигателей Д1 и Д2, компенсирующие люфты в кинематической цепи двух- двигательного привода, Оба двигателя входят в состав одного общего контура скорости с формируемой преобразователем П отрицательной обратной связью по полусумме сигналов тахогенераторов ТГ1 и ТГ2, т.е. по среднему значению скоростей двух двигателей.
Пропорциональный регулятор скорости РС настраивает контур на модульный оптимум. Регулятор положения РП с интегральной составляющей типа ПИ или ПИД настраивается по условию требуемой точности и желаемой динамики данного СЭП. Однако оптимальные настройки даже всех контуров не дают тех динамических показателей, которые имел бы однодвигательный электропривод с жестким одномассовым звеном. Упругая механическая передача, связывающая двигатели с подвижной частью антенной установки, обусловливает возникновение резонансных колебаний в данной трехмассовой электромеханической системе. й о о о .4 о 1 Р » сз 252 253 Некоторая несимметрия в значениях параметров и моментов сопротивления по каналам двигателей может вызывать взаимные противофазные колебания скоростей двух двигателей при неизменной скорости АУ.
Для устранения данных колебаний используется устройство демпфируюшей коррекции ДК1, которое подает на входы контуров тока сигналы, пропорциональные разности скоростей двигателей (Ьш=ш, — ш,), равные по величине, но противоположные по знаку, т.е. и, = (-1)'lсЛоэ, где 1= 1, 2 — номер контура тока. При полной симметрии каналов двух двигателей их можно рассматривать как один канал с одним эквивалентным двигателем с удвоенными моментом и коэффициентом жесткости объединенной кинематической цепи. При этом в скоростной подсистеме СЭП сохраняется возможность возникновения резонансных слабодемпфированных колебаний объединенных масс двухдвигательного привода и подвижной массы установки, взаимных противофазных колебаний средней скорости двигателей и скорости исполнительного вала (рабочего органа).