Адаптивні системи керування з перемикальною структурою регуляторів

Адаптивне керування нестаціонарними системами електроприводів може полягати у зміні структури регуляторів та структури системи керування у цілому. Необхідність цього переналагодження виникає звичайно у тих умовах, коли суттєво змінюються динамічні властивості систем електроприводів. Переважно це зумовлено зміною режимів роботи електроприводів. Суттєва зміна динамічних властивостей системи електропривода відбувається, наприклад, при переході вентильного електропривода постійного струму із режиму неперервних струмів перетворювача у режим переривчастих струмів. Розглянемо адаптивне керування електроприводом постійного струму, який працює при неперервних та переривчастих струмах.

Перехідний процес в електромагнітному колі системи перетворювач – двигун при неперервному струмі описується рівнянням

.

При виконанні системи керування електроприводом з підпорядкованим зворотним зв’язком за струмом об’єкт керування у контурі регулювання струму має передавальну функцію

,

де , - коефіцієнт передачі та стала часу перетворювача; - стала часу якірного кола двигуна.

При стандартному налагодженні контур струму, за умови оптимізації за модулем, є ПІ – регулятором струму

,

де ; - коефіцієнт передачі давача струму.

Передавальна функція замкненого контуру регулювання струму в цьому випадку має вигляд

.

У режимі переривчастого струму перетворювача струм починається та закінчується нульовим значенням протягом кожного інтервалу часу , де - частота сітки. В цьому випадку з точністю до інтервалу часу можна нехтувати електромагнітними перехідними процесами у колі перетворювач – двигун, але необхідно врахувати еквівалентний опір перетворювача , який суттєво змінюється у разі зміни кута провідності вентилів ,

. (6.1)

У разі зменшення струму перетворювача зменшується . Принципово можна припустити, що кут провідності вентилів змінюється від значення , яке відповідає неперервному режиму перетворювача, до нуля. У цих межах зміни опір буде змінюватись від значення до нескінченності. Якщо вважати, що , то опір якірного кола буде в основному визначатись еквівалентним опором перетворювача:

. (6.2)

Тоді об’єкт керування у контурі регулювання струму буде визначатись передавальною функцією

.

Якщо прямувати до збереження динамічних властивостей замкненого контуру регулювання струму у режимах переривчастого та неперервного струмів, то регулятор струму для режиму переривчастого струму вибирається інтегральним:

,

де - стала часу регулятора струму; . Приймаючи до уваги вирази (6.1) та (6.2), сталу часу регулятора струму можна записати таким чином:

,

де .

Таким чином, при переході електропривода з режиму неперервних струмів у режим переривчастих струмів необхідно перейти від структури ПІ – регулятора струму до структури І – регулятора та змінювати сталу часу регулятора пропорційно квадрату кута провідності вентилів.

Технічна реалізація адаптивного регулятора струму з перемиканням структури та зміною параметрів може бути, наприклад, такою як на рис.6.2. Регулятор струму складається з послідовно включених ланок: пропорційно – інтегральної, інтегральної та пропорційної. Блок керування регулятором БКР здійснює перемикання структури регулятора та змінює сталу часу інтегрувальної ланки при роботі в зоні переривчастих струмів. Логічний блок ЛБ фіксує появу нульового струму та підключає БКР. У разі неперервного струму перетворювача опір зашунтований ключем , в якості якого використовується полевой транзистор, а опір має початкове значення . Тоді коефіцієнт передачі підсилювача 2 буде рівний одиниці. У разі, коли вихідний опір підсилювача 1 малий, сталою часу інерційної ланки при шунтуванні можна нехтувати. В цьому випадку регулятор струму буде ПІ – регулятором зі сталими параметрами.

Рис.6.2. Технічна реалізація адаптивного регулятора струму з перемиканням структури та зміною параметрів

При появленні переривчастого струму ЛБ підключає БКР. Ключ розмикається та залишається розімкненим до тих пір, поки існує переривчастий струм. Введений у схему опір разом з ємністю утворюють інерційну ланку, стала часу якої дорівнює сталій часу ПІ – регулятора. Опір комутується за допомогою ключа , керування яким здійснюється від широтно-імпульсного модулятора (ШІМ) з відносною тривалістю вмикання пропорційною квадрату кута . Регулятор струму стає І – регулятором зі змінною сталою часу.

Для того, щоб отримати сигнал, пропорційний , необхідно отримати сигнал, пропорційний , та пропустити його через квадратичний перетворювач. Послідовність отримання цього сигналу ілюструється на рис.6.3.

Рис.6.3. Послідовність отримання сигналу пропорційного

Постійна напруга модулюється відповідно до переривчастого струму та згладжується. В результаті отримаємо напругу, пропорційну . Опір буде змінюватись пропорційно . Передавальна функція цього регулятора

,

де - змінний коефіцієнт передачі підсилювача 2.

Схема самоналагоджування значно спрощується, якщо керувати опором пропорційно . В цьому випадку комутація ключа здійснюється сигналом та не треба використовувати додатковий ШІМ. Таке керування можливо, коли кут з певним запасом відрізняється від нуля. В цьому випадку підвищується швидкодія контуру переналагоджування параметрів регулятора струму, а перехідні характеристики замкненого контуру струму наближаються до характеристик, що відповідають стандартним налагодженням при ступінчатих змінах впливів у системі з неперервним струмом якоря.