СПР – расчеты стандартных настроек.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Модульный критерий – контур тока

(Желание получить максимальное быстродействие)

РТ – ПИ – регулятор

– постоянная электромагнитной цепи двигателя.

– выбирается из условия получения заданного коэффициента демпфирова-

ния. .

– эквивалентное сопротивление якорной цепи;

– коэффициент передачи тиристорного преобразователя;

– коэффициент передачи датчика тока;

– сумма малых постоянных контура тока ( ).

Передаточная функция замкнутого оптимального контура тока

Контур обладает небольшой колебательностью ≈ 5% при скачке тока задания

На практике мс

Контур скорости

(Желание получить максимальную точность)

Его настройка зависит от требований к механическим характеристикам рабочей машины.

Модульный или симметричный оптимум (возможна средняя настройка)

– пропорциональный регулятор.

– постоянная двигателя;

– сумма максимальных моментов двигателя и механизма.

Если недопустима статическая ошибка частоты вращения: – ПИ – регулятор с симметричной настройкой.

Передаточная функция замкнутого контура ω оптимальная по симметричному критерию.

Колебательное звено, Τ = 44% при задания ω

астатическая система

Отступление от оптимальных настроек регуляторов.

Снижение быстродействия из-за – пульсирующего характера сигналов, поступа-

ющих в САУ от датчиков (пульсация U_ТГ)

– зоны нечувствительности ТП при несогласо-

ванном совместном управлении. Размер этой

зоны зависит от угла начала фазировки ТП,

текущего значения угла регулирования, тока

холостого хода и параметров ЭП. Наличие

зоны вызвано прерывистыми токами.

Рекомендации по оптимальной настройке (2-а контура – I и ω)

№	Параметры объекта регулирования						Тип регулятора	Оптимальная настройка
	Интегрированное звено	Апериодическое звено с большими		Соотношение больших и малых постоянных времени
	ТИ	Т₁	Т₂	< 1	> 1	›› 1
1	-	-	-	+	+	+	И	МО
2	-	+	-	+	-	-	ИП	МО(СО)
3	-	+	-	-	+	-	ИП	СО(МО)
4	-	+	-	-	-	+	П(ИП)	МО(СО)
5	+	-	-	+	-	-	ИП	СО
6	+	-	-	-	+	-	ИП	СО
7	+	-	-	-	-	+	П(ИП)	МО(СО)
Указанная в скобках настройка применяется при недопустимости статической ошибки регулирования

Пояснения по стандартным настройкам.

1. Введение формирующих звеньев в регулятор при последовательной коррекции компенсирует инерционные звенья объекта. (при разомкнутой системе).

2. Введение интегратора в прямую цепь обеспечивает повышение точности регулирования, т. к. контур приобретает астатизм первого порядка.

3. Исключаются так же коэффициенты звеньев объекта, благодаря чему все показатели регулирования определяются соотношением постоянных времени инерционных элементов контура.

4. Нецелесообразно компенсировать весьма малые постоянные времени, т. к. возрастают чисто технические трудности, а влияние на быстродействие привода убывает.

5. Особенно трудно компенсировать дискретность и малое запаздывание ряда быстродействующих преобразователей.

6. Настройка контура регулирования определяется величиной Т₀ – постоянной времени регулятора и соотношением постоянных ,

где – суммарная не скомпенсированных постоянных времени.

При этом:

– звено 2-го порядка.

– замкнутая система.

Перерегулирование, колебательность, быстродействие определяются соотношением .

7. Число не скомпенсированных постоянных времени определяет вид регулятора.

е = 0 – регулятор И

е = 1 – регулятор ПИ

е = 2 – регулятор ПИД

е = 3 – 2-хкратное дифференцирование сигнала

8. Из соображений помехозащищенности допускается только однократное дифференцирование входного сигнала, т. е. компенсируется не более 2-х постоянных времени. При большем числе постоянных времени в контуре регулирования прибегают к введению подчиненных контуров.

СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ КООРДИНАТ.

Эффективное и качественное регулирование координат в системе П – Д обеспечивает принцип подчиненного регулирования, реализуемый по структурной схеме.

Этот принцип предусматривает регулирование каждой координаты с помощью своего отдельного регулятора и соответствующей обратной связи. Тем сомым регулирование каждой координаты происходит в своем замкнутом контуре, и требуемые характеристики электропривода в статике и динамике могут быть получены за счет выбора схемы и параметров регулятора этой координаты и цепи ее обратной связи.

Управление внутренним контуром с помощью выходного сигнала внешнего контура определяет еще одно ценное свойство таких схем. Оно заключается в возможности простыми средствами ограничивать любую регулируемую координату, например ток и момент, на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь ограничить сигнал, поступающий с внешнего контура.

Рассмотрим схему электропривода с подчиненным регулированием, выходной регулируемой координатой которого является скорость.

Управляющая часть схемы состоит из двух замкнутых контуров регулирования: тока (момента), содержащего регулятор тока РТ и датчик тока ДТ, и скорости, содержащего регулятор скорости РС и датчик скорости (тахогенератор) ТГ.

Регуляторы тока и скорости в большинстве схем электропривода этого типа выполняются на базе операционных усилителей (ОУ). Включение в цепи РС задающего сигнала скорости и его обратной связи – резисторов R ₁ и R ₂ обеспечивает изменение (усиление или ослабление) этого сигнала с коэффициентом . Аналогично изменение сигнала обратной связи по скорости U_OC происходит с коэффициентом . Такой регулятор получил название пропорционального (П) регулятора скорости.

При включении в цепи ОУ конденсаторов (реактивных элементов) его функциональные возможности по преобразованию электрических сигналов становятся шире. Так, схема РТ с включением в цепь обратной связи конденсатора С_О.С последовательно с резистором R_O _. _C ₂ позволяет получить сигнал U _У на выходе РТ в виде суммы двух составляющих

Сигнал U _У содержит пропорциональную и интегральную составляющие входного сигнала U _ВХ, т. е. РТ является в этом случае пропорционально – интегральным (ПИ) регулятором.

Основным условием по которому выбираются схема и параметры цепей того или иного регулятора является желаемый (заданный) характер переходных процессов при регулировании координат. Из всех возможных видов обычно выбирают график с затухающими колебаниями.

Такой график является оптимальным в том смысле, что он позволяет обеспечить устойчивые переходные процессы при небольших длительностях и перерегулированиях. Распространенной настройкой регуляторов такого вида является так называемый технический оптимум, при котором перерегулирование Δ X = X_max - X _УСТ составляет 4,3% от установившегося уровня, а время переходного процесса t _П.П =4,1Т_П , где Т_П – электромагнитная постоянная времени тиристорного преобразователя, принимаемая обычно равной 0,01 с. В теории электропривода [2, 14] разработаны методы расчета параметров цепей РС и РТ, обеспечивающих такой характер регулирования координат электропривода.

Как уже отмечалось, схема подчиненного регулирования координат позволяет простыми средствами ограничивать координаты электропривода на заданном уровне. В схеме для ограничения тока и момента в цепь обратной связи РС включены стабилитроны VD ₁ и VD ₂. В результате этого выходное напряжение РС, являющееся входным задающим сигналом (уставкой) тока U _З.Т, ограничивается, и тем самым ток и момент двигателя не могут превзойти заданного уровня.

На графике приведены статические характеристики электропривода с подчиненным регулированием координат и настройкой на «технический оптимум». Их особенностью является наличие вертикального участка I, обеспечивающего ограничение тока и момента, и участка II с высокой жесткостью характеристики, определяемой соотношениями двух постоянных времени – электромеханической двигателя Т_М и электромагнитной Т_П преобразователя.

В схемах подчиненного регулирования используется и другой критерий настройки регуляторов по так называемому симметричному оптимуму, который позволяет получить абсолютно жесткие статические характеристики на участке II, но переходные процессы в этом случае характеризуются большим перерегулированием, доходящим до 55%. При настройке на «симметричный оптимум» РС выполняется как ПИ – регулятор.

При необходимости регулирования положения вала двигателя схема дополняется контуром положения, включающим в себя регулятор положения и датчик положения вала двигателя.

В силу своих больших функциональных возможностей схемы с подчиненным регулированием координат нашли очень широкое распространение в регулированном электроприводе как постоянного, так и переменного токов.

Пример. Электропривод выполнен по выше приведенной схеме. Двигатель постоянного тока имеет следующие паспортные данные: номинальная мощность Р_НОМ=14кВт, напряжение питания U _НОМ =220В, номинальная скорость ω_НОМ=104,7рад/с, номинальный ток якоря I _НОМ =82А, номинальный КПД η_НОМ=82%, сопротивление цепи якоря R _Я =0,22Ом, индуктивность цепи якоря L _Я =4,4мГн.

Параметры других элементов схемы:

· преобразователь: коэффициент усиления k _П =23, постоянная времени Т_П=0,01с, внутреннее сопротивление R _П =0,15 Ом;

· тахогенератор: коэффициент передачи γ=0,6В/(рад/с);

· шунт: сопротивление шунта R _Ш =0,00075Ом;

· датчик тока ДТ: коэффициент передачи k _Д.П =100.

· Суммарный момент инерции электропривода J =0.8 кг*м².

Требуется рассчитать по критерию технического оптимума параметры регуляторов тока и скорости и определяющие параметры цепей операционных усилителей.

При расчете используем методику, изложенную в [14].

Определяем суммарное сопротивление якорной цепи:

R _Я.Ц = R _Я + R _П = 0.22 + 0.15 = 0.37 Ом.

Находим постоянную времени цепи якоря двигателя:

с.

Находим коэффициент обратной связи по току. При R3 = R4 он равен:

Рассчитываем постоянную интегрирования ПИ – регулятора тока:

с.

Определяем коэффициент усиления регулятора тока:

Задаваясь R_О.С2= 10 кОм, находим параметры операционного усилителя, на котором реализован регулятор тока:

мкФ;

кОм.

Для нахождения параметров П – регулятора скорости определяем следующие параметры двигателя и электропривода:

Произведение конструктивной постоянной двигателя на магнитный поток

В*с;

скорость вращения холостого хода:

рад/с;

механическая постоянная времени электропривода:

с.

Определяем коэффициент передачи регулятора скорости:

;

ЭДС тахогенератора при скорости

В.

Задаваясь R_O_._C₁= 100 кОм, получим:

кОм;

кОм.

ЗАМКНУТЫЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ.

Замкнутая схема «тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель» (ТРН – АД) с использованием обратной связи по его скорости.

Силовую часть ТРН образуют три пары встречно – параллельно соединенных тиристоров VS 1 – VS 6. Управляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам СИФУ ТРН, которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры и осуществляет их сдвиг в зависимости от входного сигнала управления U _У. К валу двигателя, который в этой схеме имеет фазный ротор, для реализации обратной связи по скорости подсоединен тахогенератор ТГ. Его ЭДС Е_ТГ сравнивается с задающим напряжением скорости U _З.С, снимаемым с задающего потенциометра ЗП, причем эти напряжения действуют навстречу друг другу, а их разность образует сигнал управления

который поступает на вход СИФУ. При увеличении этого сигнала угол управления тиристорами α уменьшается, подаваемое на двигатель напряжение увеличивается, и наоборот. Важно отметить, что при снижении скорости двигателя в цепи ротора увеличиваются потери мощности (потери скольжения), которые вызывают дополнительный нагрев двигателя, снижая экономичность работы электропривода. Для облегчения теплового режима двигателя при его работе на пониженных скоростях в цепи ротора двигателя включен добавочный резистор R _Д2, наличие которого позволяет также расширить диапазон регулирования скорости.

Рассмотрим работу электропривода при изменении момента нагрузки М_С навалу двигателя и постоянном задании скорости U _З.С2. Допустим, что в исходном положении двигатель работал в т.1 при моменте нагрузки М_С1, а затем произошло его увеличение до значения М_С2.

При увеличении нагрузки на валу двигателя его скорость начнет снижаться, соответственно начнет уменьшаться и ЭДС тахогенератора Е_ТГ. Уменьшение Е_ТГ вызывает увеличение напряжения U _У, что приведет к уменьшению угла управления тиристорами α и увеличению тем самым подаваемого на двигатель напряжения. Момент двигателя будет увеличиваться и в т. 2 сравняется с М_С2. Таким образом, увеличение момента нагрузки привело к небольшому снижению скорости двигателя, т. е., другими словами его характеристики в схеме стали жесткими.

При уменьшении момента нагрузки М_С будет автоматически снижаться напряжение на двигателе и тем самым поддерживаться его скорость вращения на заданном уровне.

Изменяя с помощью потенциометра ЗП значение задающего напряжения U _З.С, можно получить ряд механических характеристик электропривода с относительно высокой жесткостью и необходимой перегрузочной способностью двигателя.

Выражение является исходным для получения формул для расчета параметров выше приведенной схемы. Используя уравнения связи выходного U ₁ и входного управляющего U _У напряжений ТРН

а так же момента двигателя и приложенного к нему напряжения в относительной форме

после последовательной подстановки и несложных преобразований получаем

где перепад скорости Δω соответствует изменению момента нагрузки в пределах М_С2 – М_С1.

Если в схеме используется усилитель сигнала U _У (пропорциональный регулятор скорости) с коэффициентом усиления k _У, то

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 168; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!