Аналоговой и цифро-аналоговой систем управления электропривода

На рис. 1.1 изображена структурная электрокинематическая схема системы управления электропривода (СУЭП) с аналоговыми регуляторами скорости и положения. Схема представляет собой двухконтурный следящий позиционный электропривод.

Контур положения состоит из суммирующего усилителя АS1, регулятора положения W_рп(s), редуктора q₁, датчика положения TC, который образует главную отрицательную обратную связь и замкнутого контура скорости (КС), настроенного на оптимум по модулю (ОМ).

Контур скорости содержит тиристорный преобразователь AW, двигатель М, мультипликатор q₂, датчик скорости BR, суммирующий усилитель АS2 и аналоговый регулятор скорости с передаточной функцией W_рс(s), который обеспечивает пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) алгоритм работы.

Рис. 1.1. Структурная электрокинематическая схема СУЭП

с аналоговыми регуляторами скорости и положения

Заметим, что в качестве ПИД-регулятора скорости можно использовать как аналоговый, так и цифровой регуляторы, как показано на структурной электрокинематической схеме цифро-аналоговой СУЭП (рис. 1.2). В первом случае соотношение электромеханической (Т_м) и электромагнитной ( ) постоянных времени удовлетворяет условию ≥ и передаточная функция двигателя М является апериодическим звеном 2-го порядка. Во втором случае < и передаточная функция двигателя имеет комплексно-сопряженные корни и структуру колебательного звена.

В контуре скорости реализована стандартная настройка на оптимум по модулю, которая обеспечивает требуемые показатели качества:

- перерегулирование ;

- время нарастания переходного процесса ( – суммарная малая постоянная времени контура скорости);

- запасы устойчивости по фазе и амплитуде, соответственно, и дБ;

- число колебаний N < 1.

Принцип действия схемы, изображенной на рис.1.1 заключается в следующем. На основании информации о заданном значения угла поворота в виде сигнала и информации о фактическом значении угла поворота исполнительного вала привода на выходе суммирующего усилителя АS1 формируется сигнал рассогласования , который поступает на вход регулятора положения W_рп(s). Управляющий сигнал U_рп, сформированный регулятором положения W_рп(s), поступает на вход суммирующего усилителя АS2, входящего в состав контура скорости. На второй вход АS2 поступает сигнал обратной связи с выхода датчика скорости BR с информацией о текущем значении угловой скорости вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения с якорным управлением М. При отклонении от требуемого значения на выходе суммирующего усилителя АS2 формируется сигнал рассогласования , который обрабатывается аналоговым регулятором скорости W_рс(s) и подается на вход тиристорного преобразователя AW. Сигнал с выхода тиристорного преобразователя усиливается по мощности, достаточной для приведения в действие двигателя М, который через редуктор q₁ поворачивает исполнительный вал привода до согласованного положения, соответствующего выражению .

На рис. 1.2 изображена структурная электрокинематическая схема цифро-аналоговой системы управления с цифровым ПИД-регулятором скорости и цифровым регулятором положения.

Рис. 1.2. Структурная электрокинематическая схема ЦАСУЭП

с цифровым ПИД-регулятором скорости

Принцип действия схемы, изображенной на рис.1.2 заключается в следующем. На основании информации о коде заданного значения угла поворота и информации о фактическом значении кода угла поворота исполнительного вала привода на выходе цифрового сумматора ZS1 формируется сигнал рассогласования в виде цифрового кода, который поступает на вход цифрового регулятора положения W_рп(z). Регулятор положения реализован в виде рабочей программы программируемого логического контроллера (ПЛК) и обеспечивает требуемый алгоритм формирования управляющего сигнала . Управляющий сигнал, сформированнный цифровым регулятором положения W_рп(z), поступает на вход цифрового сумматора ZS2, входящего в состав контура скорости. На выходе цифрового сумматора ZS2 формируется сигнал рассогласования контура скорости в виде цифрового кода, который подается на вход цифрового регулятора скорости W_рс(z). Сигнал , пропорциональный угловой скорости двигателя М с выхода датчика скорости BR поступает на АЦП U_VZ2, а затем в виде цифрового кода на второй вход цифрового сумматора ZS2.

Для расчёта электропривода в приложении 1 приведена система исходных данных:

- момент инерции нагрузки J_н, кг×м²;

- момент сопротивления нагрузки , Н×м;

- максимальная угловая скорость нагрузки , град/с;

- максимальное угловое ускорение нагрузки , град/с²;

- максимальный угол поворота исполнительного вала , град;

- показатель колебательности М;

- коэффициент полезного действия редуктора η;

- ошибка по скорости , угл. мин;

- ошибка по ускорению , угл. мин.