Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Корректирующее устройство [1] (рисунок 1.3) выполняется в виде последовательно соединенных демодулятора (ДМ) сигнала γ с выхода ЛУС и блока коррекции (БК), обеспечивающего устойчивость привода в заданном диапазоне рабочих частот вращения.

Рисунок 1.3 - Структурная схема корректирующего устройства.

Высокие точностные и массогабаритные показатели электропривода определяют ряд требований к реализации узлов корректирующего устройства:

1. работоспособность в широком диапазоне частот вращения,

2. высокая точность преобразования сигнала γ (при минимальной инерционности) и формирования корректирующих сигналов.

Импульсный датчик частоты.

В настоящее время налажено серийное производство фотоэлектрических ИДЧ с числом меток на оборот, достигающим 6000 - 16000 [12]. Высокая разрешающая способность ИДЧ при относительно простой технологии их изготовления позволяет в общем случае обеспечить устойчивость дискретно-фазового электропривода в широком диапазоне регулирования частоты вращения.

Основным измерительным звеном растровых датчиков угла, определяющим их точность, является растровый преобразователь перемещения, состоящих из двух круговых периодических шкал - растров.

Фотоэлектрический преобразователь с компенсацией оборотной погрешности от эксцентриситета представлен на рисунке 1.4 где К - компаратор, ФИ - формирователь импульсов. На подвижном и неподвижном модуляторах датчика дополнительно к радиальной наносится кольцевая растровая решетка с дополнительной фото-парой.

Радиальные растры служат для модуляции светового потока основного источника света при вращении вала датчика, и при одинаковых шагах растров и светосиле.

Кольцевые растры служат для модуляции светового потока дополнительной фото-пары, на входе которой формируется компенсирующий сигнал U₂ [12].

Рисунок 1.4 - Конструкция фотоэлектрического ИДЧ

Бесконтактный двигатель постоянного тока.

Принцип действия БДПТ сходен с принципом действия синхронного двигателя переменного тока [6].

Для уяснения особенностей, лежащих в основе процессов, обуславливающих создание знакопостоянного электромагнитного момента бесконтактного двигателя при любом положении его ротора, рассмотрим схему (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Схема бесконтактного двигателя постоянного тока

Здесь якорная обмотка 1 неподвижна и расположена на статоре двигателя. Система коллекторных пластин и щеток в бесконтактном двигателе заменяется системой полупроводниковых ключей 2 (на схеме транзисторы Т₁-Т₅, Т₁'-Т₅'), управляемых чувствительными элементами 3 (Э₁-Э₅) в зависимости от положения ротора 5. Ключи 2 и чувствительные элементы 3 расположены неподвижно. Ротор бесконтактного двигателя имеет два сектора 6, образующих управляющий элемент датчика положения. Каждый из секторов в рассматриваемом случае имеет разноименнополюсную намагниченность (левый сектор имеет полярность N, а правый - S). При этом любой из чувствительных элементов Э в зависимости от полярности сектора 6, с которым он взаимодействует, выдает сигнал того или иного знака (на таком принципе работают, например, датчики Холла). Знак сигнала чувствительного элемента определяет срабатывание одного из пары ключей Т-Т', подсоединенных к шинам 4 источника питания. В частности, на рисунке 2, изображен момент, когда сектор N взаимодействует с чувствительным элементом Э₅, а сектор S - с чувствительным элементом Э₃. В этом положении сигнал чувствительного элемента Э₅ отпирают ключ Т₅, а сигнал чувствительного элемента Э₃ отпирает ключ Т₃'. Таким образом, выводы обмотки А и В оказываются подключенными через ключи Т₅ и Т₃' соответственно к положительной и отрицательной шине источника питания. Под действием поля, создаваемого обмоткой якоря ротор поворачивается, ключи Т₅ и Т₃' закрываются, так как на их датчики уже не действует поле секторов, и открывается следующая пара ключей. Таким образом, создается вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой ротор двигателя

1.3 Модели электропривода с фазовой синхронизацией

Для построения структурной схемы электропривода с фазовой синхронизацией в [1] рассматриваются математические модели основных узлов электропривода с фазовой синхронизацией (рисунок 1.6, где ДМ - демодулятор выходного ШИМ-сигнала ИЧФД).

Рисунок 1.6 - Функциональная схема контура ФАПЧВ

В качестве модели импульсного частотно-фазового дискриминатора используется модель ИЧФД [1], приведенная на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Полная модель ИЧФД

Демодулятор, выделяющий непрерывный сигнал фазовой ошибки электропривода из выходного ШИМ-сигнала γ импульсного частотно-фазового дискриминатора, обычно выполняется в виде фильтра нижних частот (ФНЧ) [1] не менее второго порядка (рисунок 1.8 а) с постоянной времени , где Т_опмах - максимальное значение периода следования импульсов задающего частотного сигнала f_ос в заданном диапазоне рабочих частот вращения электропривода, или дискретного преобразователя (рисунок 1.8 б, где Т_ос=1/f_ос) на основе схемы выборки-хранения (СВХ) [1].

Рисунок 1.8 - Модели демодуляторов.

Благодаря демодуляции выходного сигнала импульсного частотно-фазового дискриминатора обеспечивается качественная фильтрация выходного сигнала ИЧФД γ и отсутствие высокочастотных пульсаций в управляющем сигнале , формируемом в соответствии с передаточной функцией корректирующего устройства КУ .

Модель БДПТ (при синусоидальной форме токов и их фазовом сдвиге на в обмотках электродвигателя) приведена на рисунке 1.9, где - максимальная величина потокосцепления постоянных магнитов ротора с обмотками БДПТ, - электромагнитный момент электродвигателя, - момент нагрузки на валу электродвигателя, - момент инерции ротора БДПТ с нагрузкой, ε - угловая скорость, ω - угловая скорость. При этом при различных способах демодуляции выходного сигнала ИЧФД

(1.1)

Рисунок 1.9 - Модель БДПТ

Коэффициент передачи импульсного датчика частоты вращения ИДЧ равен (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 - Модель ИДЧ

Объединяя приведенные модели отдельных узлов электропривода, в [1] получены две структурные схемы контура ФАПЧВ при различных способах демодуляции выходного сигнала ИЧФД γ (рисунок 1.11а и 1.11б).

Рисунок 1.11 - Полная схема контура ФАПЧВ

Наличие в структурной схеме электропривода нелинейного элемента НЭ позволяет рассматривать электропривод с фазовой синхронизацией как систему с переменной структурой. Для анализа динамических процессов в таком электроприводе в [1] выделяются режимы работы, в которых структура системы регулирования остается неизменной, и проводится анализ динамики электропривода в каждой из этих областей.

В зависимости от рабочего участка НЭ в [1] выделяются три режима работы электропривода:

1. Режим насыщения импульсного частотно-фазового дискриминатора при разгоне электропривода (f_оп>f_ос). Выходной сигнал ИЧФД является непрерывной функцией и не зависит от входного сигнала . Происходит разгон электродвигателя с максимальным ускорением ε_m (если пренебречь моментом на валу электродвигателя). Структурная схема электропривода в этом режиме работы преобразуется в структурную схему разомкнутой системы регулирования с постоянным задающим воздействием (рисунок 1.12а, где , - ошибки регулирования по углу и угловой скорости).

а)

б)

в)

Рисунок 1.12 - Структурные схемы электропривода:

а) режим насыщения; б) в линейном режиме (в качестве демодулятора используют ФНЧ); в) в линейном режиме (в качестве демодулятора используют СВХ)

2. Режим фазового сравнения ИЧФД соответствует пропорциональному режиму работы электропривода (f_оп=f_ос). Работа электропривода происходит на линейном участке характеристики НЭ. Неоднозначность нелинейного элемента и насыщение в этом режиме можно не учитывать. В результате НЭ заменяется линейным звеном с коэффициентом передачи, равным единице, и структурная схема контура ФАПЧВ (рисунок 1.11) преобразуется в схему, приведенную на рисунке 1.12 б.

В этом режиме работы электропривода, при выполнении условий линеаризации нелинейных элементов, входящих в состав фазового дискриминатора и демодулятора, система управления (рисунки 1.12 б и 1.12 в) могут быть приведены к линейной системе автоматического регулирования, представленной на рисунке 1.13. Фильтр нижних частот в этой схеме исключен, так как его постоянная времени обычно выбирается из условия , где , ω_с - частота среза замкнутой линеаризованной системы регулирования, поэтому он практически не оказывает влияния на процессы в электроприводе, и им можно пренебречь.

Рисунок 1.13 - Линеаризованная структурная схема электропривода в пропорциональном режиме работы.

3. Режим насыщения импульсного частотно фазового дискриминатора при торможении электропривода (f_оп<f_ос). Выходной сигнал ИЧФД непрерывен и зависит от входного сигнала . Происходит торможение электродвигателя с максимальным ускорением ε_m (если пренебречь моментом на валу электродвигателя). Структурная схема электропривода в этом режиме работы преобразуется в структурную схему разомкнутой системы регулирования с постоянным задающим воздействием (рисунок 1.12 а).

1.4 Основы теории цифровых систем управления

В цифровых системах автоматического управления осуществляется квантование сигналов по времени и уровню (преобразование непрерывного в дискретные через равные промежутки времени, но при этом выделяется ближайший уровень непрерывного сигнала).

Квантование по времени делает всю систему управления дискретной (рисунок 1.14), а по уровню нелинейной. Разрядная сетка современных ЭВМ такова, что влиянием квантования по уровню можно пренебречь. Это делает всю систему линейной и позволяет использовать для ее расчета математический аппарат исследования импульсных систем.

Цифровой сигнал, отражающий преобразованный непрерывный сигнал в дискретный, представляет собой двоичное число - совокупность логических нулей и единиц. При исследовании цифровых систем автоматического управления этот реальный сигнал заменяют его математической абстракцией - решетчатой функцией.

Рисунок 1.14 - График квантования сигнала по времени

Понятие решетчатой функции лежит в основе математического описания дискретных систем и позволяет осуществлять переход к дискретному аналогу дифференциальных уравнений - разностным уравнением (уравнения в конечных разностях). Эти уравнения, определяющие связь между значениями решетчатой функции с помощью конечных разностей, являются аналогами производных в дифференциальных уравнениях [8].

Первая прямая разность:

(1.2)

получается путем вычитания из последующего значения решетчатой функции (будущего) текущего значения.

Первая обратная разность:

(1.3)

получается путем вычитания из текущего значения предыдущего.

Первая разность является аналогом первой производной непрерывной функции.

Для решения разностных уравнений широко применяется Z-преобразование, оно вытекает из дискретного преобразования Лапласа решетчатых функций.

Преобразование Лапласа

. (1.4)

Дискретное преобразование Лапласа для решетчатых функций

. (1.5)

Z-преобразование решетчатой функции

, (1.6)

где ,

n = 0, 1, 2, …. .

Таким образом, решетчатая исходная функция заменяется ее изображением (Z-преобразованием). Переход от оригинала к изображению позволяет заменить решение разностных уравнений - решением алгебраических.

2. Выбор структуры и расчет параметров регулятора

В литературе [8] приводятся примеры аппроксимации линейных регуляторов заменой операции дифференцирования на первую разность. При этом имеется возможность использовать накопленный опыт работы с аналоговыми регуляторами и применять известные правила настройки регуляторов.

Для определения структуры цифрового КУ аппроксимируем передаточную функцию аналогового регулятора, настроенного на оптимальную работу. Исследуем влияние изменения коэффициентов регулятора, на качество управления и характер переходного процесса, и определим значения коэффициентов, при которых обеспечиваются наилучшие динамические характеристики электропривода.

Так же ставится задача исследования устойчивости электропривода с разработанным регулятором.

2.1 Расчет линейного регулятора

Для расчета линейного регулятора, используем модель электропривода, приведенную на рисунке 2.1 Так как в электроприводе с фазовой синхронизацией главной целью является отработка фазового рассогласования по углу поворота вала, то в качестве выходной координаты удобно принять ошибку по углу Δα. В качестве оптимального режима, примем критический переходный процесс [1].

Преобразуем структурную схему (рисунок 1.12) к виду, показанному на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Преобразованная структурная схема электропривода с фазовой синхронизацией

В [1] в качестве регулятора предлагается использовать пропорционально-дифференциальное (форсирующее) звено с передаточной функцией:

Характеристики

Список файлов ВКР