Pankratov_V_V_Uchebnoe_posobie_po_AUEP_Avtorsk

Следует отметить, что эквивалентную рассмотренному КРМП в устано-

вившихся режимах систему можно построить на базе контура регулирования тока возбуждения, если на его задающий вход включить нелинейное звено с ха-

рактеристикой, соответствующей обратной характеристике намагничивания двигателя с учетом реальных масштабов воздействия uз и сигнала обратной связи по току возбуждения. В этом случае для обеспечения стабильных дина-

мических характеристик ЭП при ослаблении потока потребуется адаптация ре-

гулятора тока возбуждения к изменениям параметра Lв .

4.4.2. Синтез вычислителя и регулятора ЭДС

Укрупненная структурная схема контура регулирования модуля ЭДС

(КРЭ) двухзонного электропривода на базе ДПТНВ изображена на рис. 4.22.

Здесь: КЧОУ – компенсируемая часть объекта управления КРЭ; eяest – оценка ЭДС якоря двигателя (выходной сигнал ВЕ).

eяest

ВЕ

Рис. 4.22 – Структурная схема КРЭ

Так как ЭДС двигателя недоступна для прямого измерения, в качестве датчика ВЕ используется специальный вычислительный алгоритм и, возможно,

реализующее его отдельное устройство, обобщенно называемые «вычислите-

лем ЭДС» и функционирующие на основе информации о напряжении и токе цепи якоря. Рассмотрим возможные варианты построения ВЕ.

81

вал» отслеживать изменения ЭДС двигателя с максимальным темпом в пере-

ходных процессах, сопровождающихся токоограничением.

Переходя к синтезу регулятора ЭДС, определим объект управления КРЭ.

Математическую модель замкнутого КРМП согласно общепринятой методике

Компенсируемая часть ОУ описывается уравнением в приращениях

eя c 0 c 0 ,

где для упрощения задачи синтеза РЭ второе слагаемое приближенно можно считать «медленно» изменяющимся независимым возмущением. В этом случае КЧОУ формально становится безынерционной.

Зависимость коэффициента передачи КЧОУ от рабочей точки ЭП по ча-

стоте вращения обусловлена исходной нелинейностью объекта управления и должна учитываться при синтезе РЭ. Рассматривая процессы «в малом» и фор-

мально «замораживая» величину 0 , влияние нелинейности типа «звено пере-

множения» легко скомпенсировать установкой в прямой канал КРЭ (как прави-

ло, в регулятор ЭДС) звена деления на 0 .

Как уже отмечалось ранее, верхний уровень ограничения выходного сиг-

нала РЭ должен соответствовать заданию номинального магнитного потока двигателя, а нижний – допустимой кратности ослабления поля. Принимая во внимание требование постоянства уровней ограничения выходного сигнала РЭ,

а также тот факт, что КРЭ предназначен для ограничения (стабилизации во вто-

рой зоне регулирования) модуля ЭДС якоря eя , изменения коэффициента пе-

редачи КЧОУ проще всего скомпенсировать путем реализации коэффициентов передачи РЭ, обратно пропорциональных величине .

83

В зависимости от величины постоянной времени вычислителя ЭДС и требований, предъявляемых к быстродействию КРЭ, регулятор модуля ЭДС может быть интегральным или пропорционально-интегральным.

Если постоянная времени TBE относительно мала, ее относят к неком-

пенсируемым и складывают с e , а передаточная функция КРЭ в разомкнутом состоянии принимает вид

ной связи по ЭДС.

Отсюда следует, что регулятор КРЭ, настраиваемого на модульный оптимум, в

данном случае должен быть интегральным (И):

что соответствует пропорционально-интегральному РЭ:

И в том, и в другом случае обратная связь КРЭ замыкается по eяest , а ве-

личина 0 может быть сформирована как функция текущей скорости двигателя:

84

где гр min( Eя.з ) kecФн – оценочное значение минимальной скорости ЭП

на границе зон регулирования при возможных просадках напряжения питаю-

щей сети.

ke

Рис. 4.23 – Структурная схема И-регулятора ЭДС

В качестве пояснения к полученным выражениям на рис. 4.23 изображена внутренняя структура интегрального РЭ со всеми сопутствующими нелиней-

ными звеньями, дополнить которую пропорциональной составляющей с целью составления структурной схемы ПИ-регулятора ЭДС читатель может самостоя-

тельно.

4.4.3. Особенности построения КРС двухзонного электропривода

При двухзонном регулировании скорости объект управления в КРС также является нелинейным. Согласно последнему уравнению системы (2.5) (уравне-

нию движения привода) и рис. 2.4 коэффициент передачи линеаризованной «в

малом» компенсируемой части объекта управления в КРС (от приращения тока

iя к приращению скорости ) прямо пропорционален величине магнитного потока в точке линеаризации 0 . Если предположить, что магнитное состояние

85

двигателя изменяется относительно медленно, то приближенно учесть измене-

ния коэффициента передачи и преодолеть таким образом нелинейность объекта можно, используя тот же компенсационный прием, что и при синтезе КРЭ. Для этого в коэффициенты передачи регулятора скорости однозонной САР, см. раз-

дел 4.3.2, определяемые при настройке КРС на МО и СО по формулам (4.9) и (4.10) соответственно, вводится обратная зависимость – они умножаются на от-

носительную величину Фн Ф . В результате операторные передаточные функ-

ции РС принимают следующий вид:

- для настройки КРС на модульный оптимум

- для настройки на симметричный оптимум

Уровень ограничения выходного сигнала РС при этом должен остаться прежним, соответствующим максимально допустимому току якоря.

Заметим, что при настройке КРС на МО электромеханические характери-

стики ЭП во второй зоне регулирования становятся нелинейными и более жест-

кими, чем в первой зоне, что объясняется увеличением коэффициента передачи РС с ослаблением потока. Жесткость механических характеристик не изменяет-

ся. При настройке КРС на СО и механические, и скоростные характеристики ЭП в рабочей области являются абсолютно жесткими.

86

eп* (t)

e*я (t)

iя*(t)

*(t)

Ф*(t)

t, c

Рис. 4.24 – Графики переходных процессов при пуске и торможении двухзонного ЭП

Для иллюстрации характерных режимов работы двухзонной САР скоро-

сти электропривода постоянного тока на рис. 4.24 приведены графики переход-

ных процессов по ЭДС преобразователя якорной цепи и ЭДС якоря двигателя,

току якоря, частоте вращения и магнитному потоку возбуждения при пуске ЭП на скорость 2н с моментом сопротивления типа «сухое трение», равным

M н 2 , и последующем торможении до полной остановки. Процесс начального возбуждения двигателя (на рисунке не показан) предшествует управлению ко-

ординатами механического движения ЭП. Все переменные приведены в отно-

сительных единицах, в качестве базовых приняты номинальные значения соот-

ветствующих величин.

87

зоны) в данном случае значительно возрастает, т.к. включает в себя и удвоен-

ную постоянную времени преобразователя, и постоянную времени вычислителя ЭДС, которая может быть весьма значительной:

c aтTп TBE .

Очевидно, что это снижает эффективное быстродействие КРЭ «в малом». Во второй зоне регулирования задающее воздействие на входе КРЭ максимально по модулю и постоянно: uзe max(uзe ) , а для изменения частоты вращения используется способ независимого управления ослаблением потока, см. начало раздела 4.4. Функциональная схема такого бездатчикового ЭП с двухзонным регулированием скорости изображена на рис. 4.25. Здесь сохранены все обо-

значения, принятые на рис. 4.10, 4.20; нелинейные элементы НЭ1 и НЭ2 раз-

граничивают «сферы влияния» каналов воздействия на преобразователи цепей обмотки якоря и возбуждения; ЗИ – задатчик интенсивности, ограничивающий скорость изменения входного задающего воздействия СУЭП. Заметим, что ЗИ является непременным атрибутом «бездатчиковых» САР с двухзонным регули-

рованием, т.к. для правильного разделения первой и второй зон ЭП должен практически без запаздывания отрабатывать задающее воздействие по скорости,

а следовательно, не выходить в режим токоограничения при разгонах и тормо-

жениях. Задатчик интенсивности может быть линейным или S-образным.

Рис. 4.25 – Функциональная схема двухзонной бездатчиковой системы ЭП

89