7. Следящие системы аэп

Следящие системы – это системы, управляющие перемещением объекта регулирования. В таких системах главная обратная связь по положению.

Следящие системы бывают гидравлические, пневматические и электрические. В промышленных установках находят применение в станках с ЧПУ, роботах-манипуляторах.

Основной характеристикой следящей системы является точность, с которой они отрабатывают заданное перемещение, которое зависит от исполнения системы и режимов работы (режим позиционирования, режим отработки линейно изменяющегося сигнала и т.д.). Самый простой из режимов – режим позиционирования. Эти системы и находят наибольшее распространение.

1. Структурная схема и режимы работы позиционной системы аэп

Задачей позиционного АЭП является перемещение рабочего органа из одного положения в другое. Основной характеристикой этой системы является быстрота и точность отработки задающих сигналов. Т.к. в процессе отработки перемещения требуется контролировать ток и скорость двигателя на определенном уровне, то все современные позиционные системы АЭП являются трехконтурными с подчиненным регулированием параметров. Структурная схема позиционного АЭП представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1

Возможны три режима работы позиционного АЭП:

1. Режим малых перемещений, при котором не один из регуляторов не выходит на ограничение, т.е. система ведет себя как линейная.

2. Режим средних перемещений – в этом режиме регуляторы положения и скорости выходят на ограничение, т.е. система перестает быть линейной, но скорость в процессе отработки не выходит на максимальный установившийся уровень. Тахограмма режима средних перемещений изображена на рисунке 6.2.

3. Режим больших перемещений – регуляторы положения и скорости выходят на ограничение, привод разгоняется до максимальной скорости, некоторое время на ней работает. Тахограмма режима больших перемещений, в соответствии с рисунком 6.3, имеет вид трапеции.

Рисунок 6.2 Рисунок 6.3

2. Оптимизация контура положения для режима малых перемещений

Полагаем, что контура тока и скорости уже оптимизированы и остается оптимизировать только контур положения. Тогда структурная схема примет вид, представленный на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4

Передаточная функция замкнутого контура скорости, оптимизированного на модульный оптимум имеет вид

,

где Т_с = 4Т_т – малая постоянная времени оптимизированного контура скорости (Т^смо = 2Т_т, Т_с^СО = 4Т_т).

Настроим контур на модульный оптимум. При такой настройке ЛАЧХ имеет вид, представленный на рисунке 6.5.

Тогда передаточная функция разомкнутого контура положения, настроенного на модульный оптимум, примет вид

,

где К_дп, К_дс – коэффициент передачи датчика положения и скорости соответственно.

Передаточная функция регулятора положения будет равна

,

где i – передаточное число редуктора.

.

Получили П-регулятор положения и астатическую систему по заданию.

,

где Т_п = 2Т_с – эквивалентная постоянная времени оптимизированного на модульный оптимум контура положения.

Т_п = 2Т_с = ... = 8Т_

Полученная система по заданию является астатической 1-го порядка по заданию. Если контур скорости был оптимизирован на СО и регулятор скорости был ПИ, то данный контур положения будет астатическим даже с П-регулятором.

Знак ошибки зависит от направления действия статического активного момента (см. рисунок 6.6).

Рисунок 6.5 Рисунок 6.6

Оценим точность позиционной системы (см. рисунок 6.7).

Рисунок 6.7

; ;

– фактическое значение перемещения.

По аналогии находим заданное перемещение

.

Считаем, что коэффициент регулятора по заданию и каналу ОС одинаковы, т.е. R_зп = R_дп.

Определим величину ошибки

;

– не зависит от величины задающего сигнала, а зависит от момента на валу и параметров системы.

Если контур скорости настроен на СО (регулятор скорости ПИ), то