Системи підлеглого регулювання (спр)
Система послідовного дії містить менше елементів, проста і зручна в налаштуванні. Особливістю системи послідовного дії є підлегле регулювання основних параметрів електроприводу.
Число послідовно включених регуляторів дорівнює числу регульованих параметрів. На вхід кожного регулятора подаються сигнали заданого і дійсного значень регульованого параметра, причому попередній регулятор виробляє сигнал завдання для наступного. В системі легко вводяться обмеження.
УЗАГАЛЬНЕНА СТРУКТУРНА СХЕМА СПР
У відповідності зі схемою передавальна функція (ПФ) об'єкта регулювання, наприклад, другого контуру запишеться у вигляді
де W02 (p) - передатна функція власне об'єкта 2го контуру; W01 (р) - передавальна функція об'єкта 1го контуру; Wp1 (p) - ПФ регулятора 1го контуру; W31 (р) - ПФ замкнутого першого контуру.
У розглянутій системі контур регулювання нажд пара-метри (координати) містить тільки одну "велику" постійну часу, що компенсується дією регулятора, що значно полегшує синтез системи і дозволяє застосовувати однотипні регулюючі елементи.
Розрахунок параметрів СПР виробляється шляхом послідовної оптимізації окремих контурів. Під оптимізацією розуміється приведення передавальної функції замкнутого контура у відповідність з поставленими вимогами (швидкодія, перерегулювання і т.д).
ПФ об'єкта оптимізованого контура при певних розглянутих нижче допущених може бути зведена до вигляду
де Woк (р) - ПФ ланок, дія яких компенсується регулятором. Другий співмножник являє собою твору ПФ апериодических ланок, компенсація дії яких для даних умов недоцільна. Зазвичай постійні часу # 964; малі в порівнянні з постійними часу входять в співмножник Woк (p). Тому не компенсовані постійні називаються малими, а компенсовані - великими. Оптимізація в даному випадку зводиться до заміни розімкнутої ланцюга з великою постійною часу замкнутим контуром, описуємо диференціальним рівнянням того ж порядку, але з меншою постійною.
Передавальна функція і регулятора
де Σ # 964; = # 963; - сума малих постійних часу; а - коефіцієнт демпфірування контуру.
КОНТУР РЕГУЛЮВАННЯ СТРУМУ
Структурна схема замкнутого контуру регулювання струму якоря ДПТ
Структурна схема розімкнутої ланцюга
,
Передавальна функція пропорційно - інтегрального регулятора струму (ПІ-регулятора)
Структурна схема розімкнутої ланцюга регулювання з ПФ регулятора
Схема ПІ - регулятора струму
Передавальна функція розімкнутого контуру
де: Тт = атТп - постійна часу інтегрування контуру струму.
Постійна часу інтегрування регулятора
Постійна часу зворотного зв'язку регулятора
Передавальний коефіцієнт ОС по струму
де kд.т = kш · kу- передавальний коефіцієнт вимірювача струму, в / а; kш - коефіцієнт передачі шунта, в / а; kу - коефіцієнт посилення датчика струму.
Передавальна функція замкнутого контуру регулювання струму має вигляд
КОНТУР РЕГУЛЮВАННЯ ШВИДКОСТІ
Регулятор контуру швидкості має пропорційну або пропорційно-інтегральну характеристику, тобто однократно- або двукратноінтегрірующая система. Вони мають астатизмом 1-го або 2-го порядку.
Структурна схема розімкнутого контуру регулювання швидкості
ПФ пропорційного регулятора швидкості (П - регулятора)
Структурна схема разомкнутого оптимізованого контура швидкості
ПФ розімкнутого контуру
Схема пропорційного регулятора швидкості
Передавальна функція регулятора
Передавальний коефіцієнт ОС по швидкості
де kдс - передавальний коефіцієнт датчика швидкості, В / об / хв.
Постійна часу інтегрування контуру швидкості
Передавальна функція замкнутої системи регулювання швидкості
Графіки зміни швидкості в часі в залежності від коефіцієнта демпфірування представлені на малюнку
СТРУКТУРНА СХЕМА двоконтурний ОДНОКРАТНОІНТЕГРІРУЮЩЕЙ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ШВИДКОСТІ (ТП-ДПТ)
Якщо на вхід П - або ПІ - регулятора швидкості подати задає сигнал Uзс стрибком, то кутова швидкість встановиться за зазначений час і з зазначеним перерегулюванням, але при відсутності будь-яких обмежень на значення струму якоря, ЕРС випрямляча, на прискорення механізмів і т.п . Практично струм якоря при цьому перевершить допустиме значення, тому має бути передбачено обмеження струму. В системі підпорядкованого регулювання воно виконується просто - для цього потрібно огра-нічіть максимальний рівень сигналу завдання струму uзт тобто сигналу на виході регулятора швидкості. Обмеження цього сигналу досягається установкою в ланцюг зворотного зв'язку підсилювача швидкості стабилитронов V.
При такій схемі обмеження струму і зміни Uзс стрибком регулятор швидкості відразу входить в обмеження, тобто встановлюється стрибком Uзтmax, відповідне допустимому току якоря. Контур струму відпрацьовує це завдання за час t = 4,7 · TП з перерегулюванням 4,33% і привід розганяється з постійним значенням струму. Прискорення приводу буде залежати від моменту інерції і моменту статичного навантаження. Після досягнення заданої кутової швидкості за рахунок сигналу зворотного зв'язку по швидкості регулятор вийде із зони обмеження і буде зменшувати uзт до рівня, що визначається навантаженням.
При перевантаженні або стопорении приводу різке зниження кутової швидкості, тобто сигналу ООС по швидкості, також вводить регулятор швидкості в зону обмеження, і привід працює з постійним допустимим моментом. Змінюючи рівень обмеження uзт. можна змінювати значення цього моменту.
Механічні характеристики двигуна в системі підпорядкованого регулювання. Обмеження струму двигуна при пусках і гальмуваннях в системах підпорядкованого регулювання зазвичай досягнень-гается не обмеженої вихід-ного сигналу регулятора швидкості (обмеження зберігається як засіб захисту), а застосуванням задатчика інтенсивності (ЗІ), за допомогою якого сигнал завдання швидкості змінюється стрибком, а лінійно в часі до необхідного рівня. Струм якоря при цьому встановлюється і спадає в кінці пуску або гальмування по оптимальному закону, а кутова швидкість приводу, при Mс = const змінюється за лінійним законом, слідуючи за сигналом задатчика.
Основною перевагою застосування ЗІ є незалежність значення прискорення приводу від статичного моменту.
Функціональна схема ЗІ з часом відпрацювання до 20 сек.
Перший підсилювач працює в режимі регульованого обмеження. Його вихідна напруга інтегрується в часі за допомогою другого підсилювача з парафазним виходом
де: - постійна інтегрування.
Час інтегрування t для номінального значення вихідної напруги може регулюватися зміною вхідного сигнал або постійної часу T.
У схемі використовуються обидва ці способи. Ступеневу зміна часу інтегрування здійснюється комутацією частини опору, а плавне регулювання проводиться воздейсвтіем на вузол обмеження 3, що визначає граничну величину вихідної напруги першого підсилювача.
Вся система охоплюється жорсткої негативною ОС з коефіцієнтом передачі, рівним 1 (R1 = Rос). В результаті вихідна напруга інтегратора в процесі відпрацювання встановлюється рівним напрузі завдання.
Поки вихідна напруга не досягло рівня напруги жорстка зворотний зв'язок блокована і перший підсилювач має на виході напруга, що визначається вузлом обмеження 3 і не залежить від величини вхідного сигналу. У той момент, коли напруги і порівнюються за величиною, вихідна напруга першого підсилювача різко зменшується практично до 0 і процес інтегрування на цьому припиняється.
Один з головних недоліків систем підпорядкованого регулювання - це зменшення швидкодії системи приблизно в 2 m -1 раз у міру зростання числа послідовних контурів; m - номер контуру. Тому використовується число послідовних контурів не повинна перевищувати трьох-чотирьох.
Системи підлеглого регулювання широко застосовують не тільки в приводах постійного струму, але і в приводах змінного струму.
Уніфікований блокової системи РЕГУЛЯТОРОВ (УБСР)
Основні завдання управління електроприводами можуть бути вирішені за допомогою відносно невеликого набору командних пристроїв, датчиків і регулюючих пристроїв. Закони регулювання - пропорційний (П), інтегральний (І), пропорційно-інтегральний (ПІ) і ін. Можуть бути реалізовані застосуванням однотипних підсилювачів постійного струму з різними зв'язками і ланцюгами на вході. За допомогою функціональних перетворювачів можна виконати операції множення, ділення, введення різного роду нелінійностей. Датчики, крім вимірювання параметрів, забезпечують поділ потенцналов вимірюваної і вхідний величин. Система виконується у вигляді блокової конструкції, що включає в себе окремі функціональні модулі, які можуть набиратися в будь-яких комбінаціях в шафах.
Структурна схема операційного підсилювача (ОУ)
z1. z2, ..., zn вхідні опору; zос - опір зворотного зв'язку; Rф. Сф - опір і ємність фільтра; zн - вхідний опір навантаження; y - операційний підсилювач. Вихідна напруга ОУ