Лекція 13. Типові структури регульованих ЕП.

Методика синтезу систем заснована на лінеаризації структур ЕП, описі їхніми диференціальними рівняннями не вище від третього порядку і застосуванні місце частотних методів більш точних кореневих методів, що дають однозначні зв'язки між показниками якості та коефіцієнтами диференціального рівняння. Методикою передбачено два етапи процедури синтезу.

На першому етапі – система ЕП описується лініаризованою структурою при нехтуванні інерційністю і дискретністю силового перетворювача, й знаходяться умови оптимального настроювання в такій структурі.

На другому етапі – аналізується вплив властивостей перетворювача (тиристорного, транзисторного) на припустиму смугу пропущення лінійної частини передавальної функції, що характеризує граничну швидкодію при заданій якості перехідних процесів.

Установлено і практично доведено, що коли смугу пропущення обмежити ділянкою, де вплив специфічних властивостей перетворювача не значний, то його можна вважати безінерційною ланкою.

На практиці смугу пропущення встановлюють у діапазоні частот гармонійних сигналів, у якому зрушення фаз перших гармонік сигналу завдання швидкості й зворотного зв'язку в швидкості не перевищує або ослаблення сигналу зворотного зв'язку по відношенню до сигналу завдання не перевищує 3дБ.

Вимоги глибокого регулювання в приводах металорізальних верстатів і промислових роботів відповідають астатичні системи регулювання швидкості. Найбільш поширені лінеаризовані структури САК наведені на рисунку 13.1.

1. Одноконтурна з ПІ – регулятором швидкості (13.1 а).

2. Двоконтурна з ПІ – регулятором швидкості і твердим зворотним зв'язком по

току на вхід перетворювача (13.1 б).

3. Аналогічна 2, але з позитивним зворотним зв'язком у ЕРС двигуна на вхід

перетворювача (13.1 в)

4. Двоконтурна з ПІ – регулятором швидкості та струму (13.1 г).

До схеми 3 наводяться структури комплектних ЕП типу ЭПУ, ЭШИМ і ЭПБ.

При повній компенсації внутрішньої ОС у ЕРС двигуна ( ) сигнали на виході динамічної системи (13.1 в) визначається співвідношенням:

(13.1)

(13.2)

(13.3)

Після перетворення системи рівнянь одержимо диференціальне рівняння, що описує властивості замкнутої САК:

(13.4)

яке зручно представити у вигляді:

(13.5)

Перейдемо в (13.5) до безмірного оператора D, що зв'язаний з оператором p співвідношенням

[1/З] – масштаб часу (t* — безрозмірний час). (13.6)

Для структури 3 масштаб часу

. (13.7)

Уведемо безрозмірні величини:

- впливу, що задає ;

- збурювання впливу ;

- вихідної координати САК .

Підставимо в (13.5)

- поділимо праву і ліву частину отриманого рівняння на й одержимо безрозмірне (нормоване) диференціальне рівняння:

з огляду на співвідношення:

;

Рівняння приймає вид:

(13.8)

де для донної структури.

Виконавши аналогічні перетворення для структур 1, 2, і 4 видно, що до виду (13.8) приводяться описи процесів у всіх чотирьох розглянутих структурах. Причому запис у нормованому виді дозволяє шукати узагальнені рішення й одержувати узагальнені характеристики всіх систем. Математичний опис для структур 2,3 і 4 приводяться в таблиці.

Для структури 1 варто користуватися описом структури 2, дорівнявши в ньому Об коефіцієнт обробки зв'язку по струму .

(Лебедєв А.З, Остриров В.Н., Електропривод для верстатів иПР, М, МЭН, 1991) ст.77.

Синтез систем керування ЕП ЭШИМ1 і ЭПБ2

Структурною особливістю ЕП ЭШИМ1 і ЭПБ2 є наявність релейно – тимчасового регулятора в контурі струму. Значення електромагнітних постійних часу не перевищують 0,01 з, а смуга пропущення обмежена 100Та. Тому для інженерних розрахунків контур струму представляється пропорційною ланкою з коэф. передачі 1/К_Т . Тоді повна структурна схема

ЕП має вигляд:

ЕП з таким швидкоодіючим контуром струму буде відпрацьовувати й різні перешкоди (пульсації

BR). Тому в обох типах ЕП передбачена “зонна корекція РШ”.

- У зоні малих значень швидкості О-(0,25-0,3) параметри і повинні бути такими, щоб забезпечити максимальну полосу пропускання частот.

- У зоні середніх та великих швидкостей (0,25-0,3) — параметри повинні бути змінені, для того щоб полоса стала меньша.

“Зонна корекція” параметрів РШ здійснюється за допомогою рогового елемента і контакта реле К (рис.13.3).

При швидкості

контакт К замкнутий для показаних на схемі напрямків струмів можна написати такі рівняння:

Передавальна функція регулятора швидкості

де .

- При , контакт К розімкнутий, передавальна функція РШ має такий же вид, але вираз для коефіцієнта підсилення і постійної часу будуть іншими:

При цих умовах відбувається зменшення коефіцієнта підсилення і збільшення постійної часу РШ, що приводить до зменшення полоси пропускання ЕП.

Розрахунок параметрів РШ

Розрахунок параметрів РШ проводять виходячи зі значень частоти зрізу при занижених і підвищених швидкостях. Передавальна функція розімкнутого контура швидкості має вигляд:

де — результуючий коефіцієнт підсилення.

У ЛАЧХ слідує

Значення постійної часу вибирають, виходячи із забезпечення достатнього заносу по фазі й отримання потрібного перерегулювання в замкнутій системі.

З ТАУ відомо, щоб відношення не перевищувало заданого значення , необхідно виконати умову

де А – деяка функція від

Якщо позначити (де — частота зрізу при підвищених значеннях швидкості), врахувати (рекомендації заводом-виготовлювачем) значення і прийняти (що відповідає перерегулюванню 11%), то отримаємо наступний вираз для розрахунку елементів електричної схеми рис. 13.3.