Следящий электропривод

Следящим называется ЭП, который обеспечивает (воспроизво­дит) с заданной точностью движение исполнительного органа ра­бочей машины в соответствии с произвольно изменяющимся вход­ным сигналом управления. Этот механический или электрический сигнал может изменяться в широких пределах по произвольному временному закону. Чаще всего он соответствует скорости или углу поворота оси или вала задающего устройства. Следящий ЭП при­меняется в антеннах радиотелескопов, системах спутниковой свя­зи, металлообрабатывающих станках, приводах роботов и мани­пуляторов, автоматических измерительных приборах и других уст­ройствах.

1. Замкнутая система П - Д с отрицательной обратной связью по ско­рости двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Основу такой системы (рис. 11.23, а) составляет разомкнутая схема П - Д. На валу ДПТНВ находится датчик скорости - тахогенератор ТГ, выходное напряжение которого U_TГ = γω пропорционально скоро­сти ДПТ и является сигналом обратной связи. Коэффициент про­порциональности у называется коэффициентом обратной связи по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуж­дения тахогенератора

Сигнал обратной связи U_TГ = γω = U_oc сравнивается с задающим сигналом скорости U_ЗС , и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки) U_ВХ подается на вход дополнительного усилителя У, кото­рый с коэффициентом к. усиливает сигнал рассогласования U_ВХ и по­дает его в виде сигнала управления U. на вход преобразователя П.

Для получения характеристик ДПТ в замкнутой системе воспользуемся выражениями (4.30) и (4.31), схемой рис. 4.11, а также соот­ношениями (см. рис. 11.23, а)

U_у = k_у U_вх

Е_п = k_п U_у

где Е_п и k_п - соответственно ЭДС и коэффициент усиления преобра­зователя.

Заменяя в (4.30) и (4.31) последовательно Е на выражение (11.7), далее U_у на выражение (11.6) и затем U_вх на выражение (11.5), после несложных преобразований получим следующие формулы для ха­рактеристик ДПТ в замкнутой системе:

Для анализа жесткости полученных характеристик сопоставим перепады скорости в разомкнутой Δω_р и Δω_з замкнутой системах при одном и том же токе или моменте. Согласно (4.30), (4.31), (11.8) и (11.9)

Так как к_с > О, то Δω_з < Δω_р т.е. всегда жесткость характеристик в замкнутой системе больше жесткости характеристик в разомк­нутой системе. Сами характеристики, показанные на рис. 11.23,6, представляют собой прямые параллельные линии 2, 4 и 5, располо­жение которых определяется уровнем задающего сигнала по ско­рости U_3c и соответственно скоростью холостого хода со₍₎. Здесь же для сравнения приведена более мягкая характеристика ДПТ в ра­зомкнутой системе (прямая 3).

Для нахождения предельной по жесткости характеристики бу­дем увеличивать коэффициент усиления системы /с. до бесконечно­сти. Из (11.11) видно, что при к_с—> оо Δω_з —> 0, т.е. в пределе в дан­ной замкнутой системе может быть получена абсолютно жесткая характеристика (штриховая прямая У).

Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. Предположим, что ДПТ работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким-то причинам увеличился момент нагрузки М . Так как развиваемый ДПТ момент становится меньше момента нагрузки, его скорость начинает снижаться и соот­ветственно будет снижаться сигнал обратной связи по скорости U_TГ = γω, что в свою очередь согласно (11.5)...(11.7) вызовет увеличение сигналов рассогласования U_вх и управления U_у и приведет к повыше­нию ЭДС преобразователя, а следовательно, напряжения и скорости ДПТ. При уменьшении момента нагрузки обратная связь будет дей­ствовать в другом направлении, приводя к снижению ЭДС преобра­зователя.

Таким образом, благодаря наличию обратной связи осуществ­ляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя, а зна­чит, и подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего повышается жесткость характеристик ЭП. В разомкнутой же системе при изме­нении момента нагрузки ЭДС преобразователя не изменяется, в ре­зультате чего жесткость характеристик электропривода меньше.

Для повышения жесткости характеристик в системе П - Д кроме обратной связи по скорости используются также отрицательная об­ратная связь по напряжению и положительная обратная связь по току двигателя и их сочетания. Схемы ЭП и получаемые характери­стики см. в [6, 7].