Системы подчиненного регулирования (СПР)

Система последовательного действия содержит меньше элементов, простая и удобная в настройке. Особенностью системы последовательного действия является подчиненное регулирование основных параметров электропривода.

Число последовательно включенных регуляторов равно числу регулируемых параметров. На вход каждого регулятора подаются сигналы заданного и действительного значений регулируемого параметра, причем предыдущий регулятор вырабатывает сигнал задания для последующего. В системе легко вводятся ограничения.

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СПР

В соответствии со схемой передаточная функция (ПФ) объекта регулирования, например, второго контура запишется в виде

,

где W ₀₂ (p) - передаточная функция собственно объекта 2го контура; W _{0 1} (р) - передаточная функция объекта 1го контура; W _p1 (p) - ПФ регулятора 1го контура; W ₃₁ (р) - ПФ замкнутого первого контура.

В рассмотренной системе контур регулирования наждого пара­метра (координаты) содержит только одну "большую" постоянную времени, компенсируемую действием регулятора, что значительно облегчает синтез системы и позволяет применять однотипные регулирующие элементы.

Расчёт параметров СПР производится путём последовательной оптимизации отдельных контуров. Под оптимизацией понимается приведение передаточной функции замкнутого контура в соответствие с поставленными требованиями (быстродействие, перерегулирования и т.д).

ПФ объекта оптимизированного контура при определённых рассматриваемых ниже допущениях может быть сведена к виду

,

где W _oк (р) - ПФ звеньев, действие которых компенсируется регулятором. Второй сомножитель представляет собой произведения ПФ апериодических звеньев, компенсация действия которых для данных условий нецелесообразна. Обычно постоянные времени τ малы по сравнению с постоянными времени входящими в сомножитель W _oк (p). Поэтому не компенсируемые постоянные называются малыми, а компенсируемые - большими. Оптимизация в данном случае сводится к замене разомкнутой цепи с большой постоянной времени замкнутым контуром, описываем дифференциальным уравнением того же порядка, но с меньшей постоянной.

Передаточная функция и регулятора

,

где ∑τ = σ– сумма малых постоянных времени; а – коэффициент демпфирования контура.

КОНТУР РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА

Структурная схема замкнутого контура регулирования тока якоря ДПТ

Структурная схема разомкнутой цепи

,

где: ; а = а_т = 2.

Передаточная функция пропорционально – интегрального регулятора тока (ПИ-регулятора)

.

Структурная схема разомкнутой цепи регулирования с ПФ регулятора

Схема ПИ - регулятора тока

Передаточная функция разомкнутого контура

,

где: Т _т = а_т Т _п – постоянная времени интегрирования контура тока.

Постоянная времени интегрирования регулятора

.

Постоянная времени обратной связи регулятора

.

Передаточный коэффициент ОС по току

где k _д.т = k _ш· k _у - передаточный коэффициент измерителя тока, в/а; k_ш - коэффициент передачи шунта, в/а; k_у - коэффициент усиления датчика тока.

Передаточная функция замкнутого контура регулирования тока имеет вид

.

КОНТУР РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

Регулятор контура скорости имеет пропорциональную либо пропорционально-интегральную характеристику, т.е. однократно- или двукратноинтегрирующая система. Они обладают астатизмом 1-го или 2-го порядка.

Структурная схема разомкнутого контура регулирования скорости

Обозначим σ = Т _т; ; а = а_с.

ПФ пропорционального регулятора скорости (П – регулятора)

.

Структурная схема разомкнутого оптимизированного контура скорости

ПФ разомкнутого контура

.

Схема пропорционального регулятора скорости

Передаточная функция регулятора

.

Передаточный коэффициент ОС по скорости

,

где k _дс- передаточный коэффициент датчика скорости, В/об/мин.

Постоянная времени интегрирования контура скорости

.

Передаточная функция замкнутой системы регулирования скорости

.

Графики изменения скорости во времени в зависимости от коэффициента демпфирования представлены на рисунке

Схема регуляторов.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДВУХКОНТУРНОЙ ОДНОКРАТНОИНТЕГРИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ (ТП-ДПТ)

Если на вход П - или ПИ - регулятора скорости подать задающий сигнал U_зс скачком, то угловая скорость установится за указанное время и с указанным перерегулированием, но при отсутствии каких-либо ограничений на значение тока якоря, ЭДС выпрямителя, на ускорения механизмов и т.п. Практически ток якоря при этом превзойдет допустимое значение, поэтому должно быть предусмотрено ограничение тока. В системе подчинённого регулирования оно выполняется просто - для этого нужно огра­ничить максимальный уровень сигнала задания тока U_зт т.е., сигнала на выходе регулятора скорости. Ограничение этого сигнала достигается установкой в цепь обратной связи усилителя скорости стабилитронов V.

При такой схеме ограничения тока и изменения U_зс скачком регулятор скорости сразу входит в ограничение, т.е. устанавливается скачком U_зтmax,соответствующее допустимому току якоря. Контур тока отрабатывает это задание за время t = 4,7· T _П с перерегулированием 4,33% и привод разгоняется с постоянным значением тока. Ускорение привода будет зависить от момента инерции и момента статической нагрузки. По достижении заданной угловой скорости за счёт сигнала обратной связи по скорости регулятор выйдет из зоны ограничения и будет уменьшать U_зт до уровня, определяемого нагрузкой.

При перегрузке или стопорении привода резкое снижение угловой скорости, т.е. сигнала ООС по скорости, также вводит регулятор скорости в зону ограничения, и привод работает с постоянным допустимым моментом. Изменяя уровень ограничения U_зт, можно изменять значение этого момента.

Механические характеристики двигателя в системе подчинённого регулирования. Ограничение тока двигателя при пусках и торможениях в системах подчинённого регулирования обычно дости­гается не ограничением выход­ного сигнала регулятора скорости (ограничение сохраняется как средство защиты), а применением задатчика интенсивности (ЗИ), посредством которого сигнал задания скорости изменяется не скачком, а линейно во времени до требуемого уровня. Ток якоря при этом устанавливается и спадает в конце пуска или торможения по оптимальному закону, а угловая скорость привода, при M_с = const изменяется по линейному закону, следуя за сигналом задатчика.

Основным достоинством применения ЗИ является независимость значения ускорения привода от статического момента.

Функциональная схема ЗИ с временем отработки до 20 сек.

Первый усилитель работает в режиме регулируемого ограничения. Его выходное напряжение интегрируется во времени с помощью второго усилителя с парафазным выходом

,

где: - постоянная интегрирования.

Время интегрирования t для номинального значения выходного напряжения может регулироваться изменением входного сигнал или постоянной времени T.

В схеме используются оба этих способа. Ступенчатое изменение времени интегрирования осуществляется коммутацией части сопротивления, а плавная регулировка производится воздейсвтием на узел ограничения 3, определяющий предельную величину выходного напряжения первого усилителя.

Вся система охватывается жёсткой отрицательной ОС с коэффициентом передачи, равным 1(R₁ = R_ос). В результате выходное напряжение интегратора в процессе отработки устанавливается равным напряжению задания .

Пока выходное напряжение не достигло уровня напряжения жёсткая обратная связь блокирована и первый усилитель имеет на выходе напряжение, определяемое узлом ограничения 3 и не зависящее от величины входного сигнала . В тот момент, когда напряжения исравниваются по величине, выходное напряжение первого усилителя резко уменьшается практически до 0 и процесс интегрирования на этом прекращается.

Один из главных недостатков систем подчинённого регулирования - это уменьшение быстродействия системы примерно в 2^m-1 раз по мере роста числа последовательных контуров; m - номер контура. Поэтому используется число последовательных контуров не более трех-четырёх.

Системы подчинённого регулирования широко примененяются не только в приводах постоянного тока, но и в приводах переменного тока.

УНИФИЦИРОВАННАЯ БЛОЧНАЯ СИСТЕМА РЕГУЛЯТОРОВ (УБСР)

Основные задачи управления электроприводами могут быть решены с помощью относительно небольшого набора командных устройств, датчиков и регулирующих устройств. Законы регулирования - пропорциональный (П), интегральный (И), пропорционально-интегральный (ПИ) и др. могут быть реализованы применением однотипных усилителей постоянного тока с различными связями и цепями на входе. С помощью функциональных преобразователей можно выполнить операции умножения, деления, введения различного рода нелинейностей. Датчики, помимо измерения параметров, обеспечивают разделение потенцналов измеряемой и входной величин. Система выполняется в виде блочной конструкции, включающей в себя отдельные функциональные модули, которые могут набираться в любых комбинациях в шкафах.

Структурная схема операционного усилителя (ОУ)

z₁, z₂,…,z_n входные сопротивления; z_ос – сопротивление обратной связи; R_ф, С_ф – сопротивление и емкость фильтра; z_н – входное сопротивление нагрузки; y – операционный усилитель. Выходное напряжение ОУ

Схемы регуляторов:

пропорциональный П

интегральный И

,

где

дифференциальный Д

,

где

интегрально-пропорциональный ИП

пропорционально-интегральный ПИ

пропорционально-интегрально-дифференциальный ПИД

Дата добавления: 2014-01-15