Принципи побудови замкнених систем регульованого електроприводу

Сучасні системи замкненого керування електроприводом призначені також, як і розімкнені системи релейно-контактного керування, для забезпечення автоматичного режиму пуску, гальмування, реверсування, регулювання швидкості, моменту і т.п. Однак ці системи дозволяють сформувати зазначені режими керування бажаним чином та зв`язати їх більш точно з вимогами технологічного процесу.

Найбільш поширені два типи замкнених систем керування: 1) з одним загальним підсумовуючим підсилювачем (рис.3.1,а); 2) з послідовними підсумовуючими підсилювачами (рис.3.1,б) – так звані системи підпорядкованого керування з послідовною корекцією.

Рис.3.1. Типи замкнених систем керування:

а) з одним загальним підсумовуючим підсилювачем;

б) з послідовними підсумовуючими підсилювачами

Відмітною особливістю системи, яка побудована за схемою на рис.3.1,а, є наявність одного підсумовуючого підсилювача П, на вхід якого подається алгебраїчна сума сигналу завдання та усіх зворотних зв`язків. Вихідний сигнал П залежить відразу від декількох змінних, що робить практично неможливим регулювання будь-якої змінної незалежно від інших.

Для розподілу дії зворотних зв`язків застосовують відсічки (БН1,БН2). Але і тоді єдиний сигнал завдання не визначає заданого значення змінної, яка вибирається для регулювання. Надання системі потрібних динамічних властивостей досягається за рахунок застосування складних коректуючих пристроїв БК1 та БК2. При цьому неможливо здійснити незалежне налагодження якості регулювання усіх змінних. Тому отримати потрібну високу або оптимальну якість регулювання в цих системах дуже важко, а іноді і не можливо. Але незважаючи на недоліки, ці системи поширені через простоту реалізації або у випадках, коли не пред`являються жорсткі вимоги до якості перехідних процесів та не потрібне роздільне регулювання змінних, або коли відносно простими засобами вдається досягнути потрібної якості процесів.

З появою інтегральних операційних підсилювачів та тиристорних перетворювачів стало можливим будувати системи підпорядкованого керування з послідовною корекцією (рис.3.1,б). На операційні підсилювачі покладають функції не тільки підсумовування, підсилення сигналів, але і виконання деяких інших математичних операцій над сигналами, тому їх називають регуляторами.

Найбільш поширені два типи регуляторів: пропорційний ( П - регулятор) (рис.3.2,а) та пропорційно-інтегральний (ПІ – регулятор) (рис.3.2,б).

Сигнал на виході П – регулятора

,

де , а сигнал на виході ПІ – регулятора

,

або у вигляді передавальних функцій

,

де ; ; .

а) б)

Рис.3.2. Пропорційний (а) та пропорційно-інтегральний (б) регулятори

Слід відмітити, що сигнал на виході ПІ – регулятора перестане змінюватись у часі та буде зберігати деяке постійне значення тільки у разі . Якщо на вході регулятора діє різниця сигналу завдання та сигналу зворотного зв`язку, то в усталеному режимі ці сигнали рівні, що відповідає принципу астатичного регулювання.

Система підпорядкованого керування (рис.3.1,б) складається із контурів, число яких дорівнює числу регульованих змінних або числу великих сталих часу системи, які підлягають компенсації. Кожний внутрішній контур регулювання підпорядкований наступному за порядком зовнішньому контуру. Ця підпорядкованість виявляється в тому, що задане значення регульованої змінної будь-якого внутрішнього контуру визначається вихідним сигналом регулятора наступного за порядком контуру. Кожний контур будується за принципом регулювання за відхиленням, має свій зворотний зв`язок та регулятор. Для кожного зовнішнього контуру внутрішній контур входить у склад об`єкту регулювання.

В системі підпорядкованого керування з`являється можливість роздільного регулювання змінних та роздільного налагодження контурів й корекції перехідних процесів у кожному контурі, що суттєво спрощує розрахункову роботу, технічну реалізацію та практичне налагодження системи.

Налагодження контуру здійснюють таким чином, щоб отримати технічно оптимальний перехідний процес, при якому час зміни регульованої величини від нуля до усталеного значення був мінімально можливим при пере регулюванні .