Раздел: Документация
0 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 49 Если для интегрального объекта управления с передаточной функцией о.у 1 использовать вместо П-регулятора ПИ-регулятор с передаточной функцией *оР то передаточная функция замкнутого контура получит вид: w3{P) = ---•(5-59) -т-2±Р2(Т»р + 1) + Ткр + 1 ко.у Если к входу контура подключить апериодическое звено с передаточной функцией Wm{p) = 1 TKp + V то настройка полученной системы на МО по уравнениям (5.52) даст значения параметров ПИ-регулятора: Т =4Т 1 к Т1Ц1 г-ну.(560) о.у Данная настройка носит название симметричный оптимум (СО). Этому названию соответствует симметричная относительно точки частоты среза соср = 1/2 Гц ЛАЧХ оптимизированного разомкнутого контура с передаточной функцией Если сложный объект управления представляет собой последовательность перечисленных выше инерционных звеньев И7,, w2, w3, wn, соединенных друг с другом контролируемыми координатами хь х2, х3, 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 wp{, wp2, wp3, wpn производится в направлении от внутреннего контура с номером 1 к контуру с номером п, являющемуся внешним контуром (на рис. 5.15 п = 3) [27]. В состав объекта управления контура с номером / входит настроенный оптимально замкнутый контур с номером / - 1. Если для каждого следующего после первого контура компенсировать регу- *зЗ хз2 *3l Wplip)~ Wx(p) *1 W2(p) *2 W3{p) х3 Рис. 5.15. Структурная схема системы подчиненного регулирования координат электропривода лятором wpi инерционности звена wh пренебрегая его малой постоянной времени 7;, то ToiP Настраивая интегральную составляющую регулятора по условию МО (5.57) 27;,., =2-2-,7ц = 2%, (5.62) получаем передаточную функцию замкнутого /-го контура 1 wap) 2 7>(2-7>(2--2 7>... (2" 7> + 1) +1)...) + 1 , (5.63) . ц малая постоянная времени, отнесенная к первому кон- где 7; туру. Чем больше контуров в системе подчиненного регулирования, тем меньше быстродействие внешнего контура. По сравнению с одноконтурной системой быстродействие л-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 D,(p) * 27>(2М7> + 1) +1 = 27>(7> + 1) + 1. (5.64) Данному уравнению соответствует переходная функция h(t) = x(t) = --, т.е. переходный процесс отработки замкнутым контуром х3 скачка задающего сигнала х3. Эта функция имеет вид А(0 = 1 - е 2 Г /t sin + COS-=r (5.65) Перерегулирование составляет 4,3 %, а время переходного процесса ~4Г 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 - 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 ~ ыс, 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 ЗУ РС Лпах1 БО 1 «ре Л «о. Jmax2 РТ "РТ УП Др п ш д; овд ДТ Рис. 5.16. Функциональная схема электропривода с подчиненным регулированием тока и скорости тока якоря способствует также уменьшению вибраций и шума в двигателе. Система управления электропривода содержит два контура регулирования: внутренний контур тока якоря (КТ) и внешний контур скорости (КС). Контур тока включает в себя силовую часть электропривода с выходом по току якоря 1Я, цепь отрицательной обратной связи по току якоря и регулятор тока якоря РТ. На входе РТ сравниваются напряжение задания тока якоря и3 т и напряжение обратной связи иот, поступающее с датчика тока ДТ. На вход ДТ подается напряжение с шунта Ш, пропорциональное току якорной цепи двигателя. Блок БО ограничивает выходное напряжение иРС 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 «зс, подаваемое с выхода задающего устройства ЗУ, и напряжение обратной связи иос по скорости двигателя, поступающее от тахогенератора ТГ. Регулятор скорости может быть как пропорциональным (при невысоких требованиях к точности регулирования скорости), так и пропорционально-интегральным (при необходимости абсолютной статической точности регулирования). Задающее устройство формирует желаемый закон изменения скорости электропривода, например, линейный с заданным постоянным ускорением (задатчик интенсивности), экспоненциальный (инерционное входное звено) либо синусоидальный (как тестовый сигнал для снятия частотных характеристик электропривода). Блок БО ограничивает выходное напряжение РС и тем самым максимальное напряжение задания изт тока якоря двигателя, обеспечивая в замкнутом КТ якоря двигателя ограничение этого тока на уровне максимально допустимого значения Imax. Уровень ограничения статической характеристики БО независимо регулируется сигналами /тах1, /тах2. Структурная схема электропривода представлена на рис. 5.17. Она соответствует следующим допущениям: регулировочная характеристика управляемого преобразователя линейна; ток якорной цепи двигателя непрерывный; отсутствует реакция якоря двигателя; момент инерции, приведенный к валу двигателя, постоянен; инерционность датчиков тока и скорости не учитывается ввиду ее малости. Обозначения, принятые на схеме: Тэ - электромагнитная постоянная времени якорной цепи, с; R„ - сопротивление якорной цепи, Ом; / - суммарный момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя, кгм2; УП PC "PC
К1 1 Ы ТьР+1) ДТ м Jp К2 ДС Рис. 5.17. Структурная схема электропривода с подчиненным регулированием тока и скорости кп - коэффициент усиления УП; Тп - постоянная времени цепи управления преобразователем, учитывающая коммутационные запаздывания и наличие фильтров, с (для полупроводниковых УП 7], < 10 мс и может быть принята за некомпенсирующую постоянную времени 7"й); ка - передаточный коэффициент двигателя, рад/(В-с); кот - коэффициент обратной связи по току, Ом; кос - коэффициент обратной связи по скорости двигателя, (В-с)/рад; lVPT(p) и JVPC(p) - 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: WUK.T(P) = Wn(p)-- *ТтМР2 т-77,(5-66) (Тпр + 1)(ТыТэр2 + 7> + 1) ( к к Л где kj - коэффициент усиления в контуре тока I кт = гот I; Тм - механическая постоянная времени электропривода, с (Тм = k2RaJ). Методом последовательной коррекции можно определить тип и параметры регулятора тока по условию модульного оптимума по каналу управления (Mz = 0) для замкнутого контура тока. Согласно выражению (5.58) 128 Л/, "з.с WFc(p) -»" ► ТпР+1 Тмр 1IR Тэр+1 1г Ло.т Jp Рис. 5.18. Преобразованная структурная схема электропривода 0к.Т(Р) = 0опт(Р)=9г }т .v(5.67) 2/(7 + 1) За 7J, для контура тока может быть принята малая постоянная времени преобразователя 7. Приравнивая выражения (5.66) и (5.67), получаем ТмТэр2 + Тыр + \ 2ТпктТыр Без учета обратной связи по ЭДС двигателя Лр)--Мр)(Тпр + Тэр + 1у(5-69) wp)--\Wp- Из-за действия ЭДС двигателя оптимизированный без учета этого действия контур тока не является астатическим. При включении контура тока на неизменное задающее напряжение изтустанавливается согласно (5.66) и (5.70) постоянное значение тока 7 =--= -I*-(5 71) 2Т которое оказывается в 1 + раз меньше заданного значения •* м /3 = Это объясняется тем, что после отработки контуром тока скачка напряжения пропорциональной части ПИ-регулятора 5 Терехов129 0 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 49
|
||||||||||||||||||||
