Система регулирования скорости

Рис. 3.66. Система регулирования скорости, построенная по принципу последовательной коррекции: '

а— схема электропривода; б — образование контура тока; в— образование «контура скорости

откуда получаем

Обычно принимают постоянную времени контура тока  равной небольшой (около 0,01 c) постоянной времени преобразователя Т_я

Тогда передаточная функция регулятора тока принимает вид

                       (3.150)

,где  = /R_Я - постоянная времени регулятора.

 Из (3.150) видно, что регулятор, тока для рассматриваемого случая представляет собой пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор.

                  (3.151)

Т.е. замкнутый контур представляет собой систему второго порядка с малой постоянной времени Т_п. Другими словами, введение регулятора тока с передаточной функцией, вида (3.150) позволило скомпенсировать большую постоянную времени цепи якоря Т_я и обеспечить оптимальный характер переходных процессов с отмеченными ранее показателями.

После расчета .контура тока производится расчет и построение контура скорости. Для этого в систему вводятся регулятор скорости PC с неизвестной пока передаточной функцией W_р,_c и отрицательная обратная связь по скорости с коэффициентом k_с (рис. 3.66, в). После образования контура скорости контур тока, представленный на рис. 3.65, в передаточной, функцией W_3aмT, оказался внутренним (подчиненным) для контура скорости, так как управляющий сигнал U_зт на регулятор тока поступает c выхода регуляторf скорости.

Передаточную функцию регулятора скорости определяют, как и для регулятора тока, по передаточной функции объекта регулирования скорости W_0C состоящему из контура тока и механической части привода, и желаемой передаточной функции разомкнутой системы регулирования скорости W _раз,с.

Если пренебречь в (3.151) членом второго порядка 2T_П²p² то передаточная функция W₀,_c примет вид

                         (3.152)

Желаемая передаточная функция разомкнутой системы W _раз,с. oпределяется выражением (3.146) при подстановке в него k _о,c=k_с и Т_м =2Т_П

                    (3.153)

Разделив выражение (3.153) на (3.152), получим искомую передаточную функцию регулятора скорости W_pc

б) Техническая реализация систем подчиненного регулирования

Широкому распространению систем подчиненного регулирования способствует помимо отмеченных достоинств выпуск промышленностью унифицированной блочной системы регуляторов (УБСР).

Эта система имеет несколько ветвей: аналоговую, выполняемую_; на обычных элементах электроники УБСР-А и на интегральных микросхемах УБСР-АИ/ и цифровую — на обычных элементах УБСР-Д и на интегральных микросхемах УБСР-ДИ

Аналоговая ветвь УБСР-А состоит из небольшого количества элементов— транзисторных усилителей постоянного тока, датчиков регулируемых параметров и командных задающих устройств, функциональных преобразователей и источников питания. В системе принят электрический сигнал постоянного тока напряжением 0 ±24 В, 0 ±10 мА, что позволяет собирать элементы системы в разных сочетаниях и выполнять их на базе серийных транзисторов общего назначения

Основным элементом системы, с помощью которого выполняются схемы различных регуляторе электропривода, служит операционный усилитель постоянного тока УПТ-3 с высоким коэффициентом усиления (более 1000) и относительно малым дрейфом нуля

Вторым типом усилителя системы УБСР-А является усилитель мощности У ПТ-5, предназначенный для работы с внешними исполнительными устройствами с параметрами входных сигналов, отличающимися от принятых в системе. Кроме того, усилитель УПТ-5 можно использовать в качестве операционного.

При введении соответствующих обратных связей операционный уси­литель может обеспечивать масштабное преобразование (усиление или ослабление) входной величины, ее интегрирование или дифференцирование, а также осуществлять пропорционально-интегральный (ПИ) и интегрально-пропорционально-дифференциальный (ИПД) законы управления электроприводом

Для примера на рис. 3.68 показаны схемы П- и ПИ-регуляторов, собранных на базе операционного усилителя ОУ. Сигнал на выходе П-регулятора (рис. 3.68, а) пропорционален входному, т. е. U_вых=k_вх, где k=R _o.c/R_u откуда передаточная функция П-регулятора

Сигнал на выходе ПИ-регулятора (рис. 3.68, б) пропорционален входному сигналу и интегралу от входного сигнала, т. е

где – T₀ =R_oc C, k= R_oc / R₁

Передаточная функция ПИ-регулятора, соответствующая выражению (3.158), имеет вид

где – T_И =Т₀ / k = R₁ C,

Рассмотрим порядок расчета параметров регуляторов системы с подчиненным регулированием координат, реализуемых на базе операционных усилителей. Основой этого расчета является условие эквивалентности требуемых передаточных функций регуляторов тока (3.150) и скорости (3.154) и передаточных функций ПИ-регулятора (3.159) и П регулятора (3.157). Для реализации передаточной функции регулятора тока вида (3.150) параметры ПИ-регулятора (рис. 3.68,6) должны удовлетворять следующим условиям,

Рис. 3.68. К технической реализации электропривода с подчиненным регулированием координат а — схема П-регулятора скорости; б — схема ПИ-регулятора тока; в— структурная схема электропривода

которые после несложных преобразований можно представить в виде

                      (3.361)

Для реализации передаточной функции регулятора скорости вида (3,154) параметры П-регулятора (рис. 3.68, а) должны удовлетворять следующим условиям

k =R_oc-/R1=k_TcT_M/(4k_cT_ПR_я) = k_p,_c. (3.162)

На рис. 3.68, в приведена структурная схема электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат. Двигатель М получает питание от управляемого вентильного преобразователя УП. На валу ДПТ установлен тахогенератор BR, вырабатывающий сигнал обратной связи по скорости U₀,_с=k_со. Этот сигнал поступает на вход регулятора скорости PC вместе с сигналом задания скорости U _3,с

Сигнал обратной связи по току U₀,_T = k _T I вырабатывает датчик тока ДТ который, в свою очередь, получает сигнал с резистора R_ш, включенного в цепь якоря ДПТ. Сигнал U₀,_т поступает на вход регулятора тока вместе с сигналом задания тока U₃,т, снимаемого с выхода PC, Выходной сигнал РТ U_у поступает в СИФУ преобразователем, которая осуществляет управление его вентилями.

Ограничение тока якоря обеспечивается стабилитронами VI, V2. Задающее напряжение сигнала скорости U_3C может поступать на вход системы от задатчика интенсивности или другого источника задающего сигнала