электродвигателя со сверхноминальной скоростью. Такой режим работы электродвигателя предусмотрен в ряде серийно выпускаемых комплектных электроприводов типа ЭПУ1-2Д, КТЭ и др. Управление ДПТ осуществляют по цепям якоря и возбуждения, причем в обеих зонах задающим воздействием является лишь напряжение задания скорости. В первой зоне диапазон регулирования ограничен номинальным значением скорости, во второй – максимальным для данного типа электродвигателя. В табл. 8.1. приведены области изменения основных координат системы двухзонного регулирования скорости.
Табл. 8.1.
Параметр | w | M | e д | Ф |
1-я зона | w £ w н | M £ M н | e д £ e дн | Ф = Ф н |
2-я зона | w > w н | M < M н | e д = e дн | Ф< Ф н |
Изменение координат СУ ЭП в функции скорости двигателя представлено на рис. 8.13. В 1-ой зоне магнитный поток двигателя поддерживается номинальным, допустимое значение электромагнитного момента равно номинальному. Во второй зоне постоянным поддерживается э.д.с. двигателя, а магнитный поток и момент двигателя изменяются в обратно пропорциональной зависимости от скорости, поскольку e д = С е Ф w,
|
|
M = С м Фi. Таким образом, применение двухзонного регулирования целесообразно в тех случаях, когда момент нагрузки механизма на верхних скоростях меньше, чем на скоростях ниже номинальной. При этом ток якоря
и потребляемая мощность двигателя не превышают допустимых значений. Функциональная схема системы двухзонного регулирования скорости приведена на рис. 8.14.
Рис. 8.13. Изменение координат СУ ЭП в функции скорости
Система управления содержит два взаимосвязанных канала:
- регулирования скорости электродвигателя в обеих зонах;
- стабилизации э.д.с. двигателя на номинальном уровне во второй
зоне.
Рис. 8.14. Функциональная схема системы двухзонного
регулирования скорости
В первой зоне регулирования скорости э.д.с. двигателя ниже
номинального значения. Модуль напряжения обратной связи по э.д.с.
меньше напряжения задания номинальной э.д.с., т. е. / U дэ / < U зэ,н. При этом регулятор э.д.с. (РЭ) находится в режиме насыщения, причем блок ограничения (БО) формирует задание номинального тока возбуждения (магнитного потока) двигателя.
Во второй зоне w > w н, а следовательно, в динамике возникает ситуация, когда / U дэ / > U зэ,н. РЭ выходит из режима ограничения, снижает U зтв, а значит, ток возбуждения и магнитный поток двигателя. В итоге э.д.с. двигателя стабилизируется на номинальном уровне, а магнитный поток устанавливается на уровне, обратно пропорциональном скорости двигателя.
Датчик э.д.с. реализован на основе измерения напряжения на якоре и тока якоря двигателя (первый метод измерения э.д.с.). Делительное устройство (ДУ), установленное на выходе РС, обеспечивает оптимальную настройку контура регулирования скорости за счет деления U рс на сигнал, пропорциональный текущему значению магнитного потока.
|
|
Настройку контуров регулирования канала регулирования скорости производят так же, как в системе с однозонным регулированием (см. раздел 8.1.2). Настройку контуров регулирования канала стабилизации э.д.с. производят на ТО. Передаточная функция оптимального регулятора возбуждения имеет вид [2]:
где R в , T в - активное сопротивление и постоянная времени цепи обмотки возбуждения двигателя;
T в,т - постоянная времени контура вихревых токов, T в,т» 0,1 T в;
T mв - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбуждения, T m в» T тпв;
K тпв, T тпв - коэффициент передачи и постояння времени тиристорного преобразователя возбуждения (тиристорного возбудителя) – ТПВ;
K в - коэффициент обратной связи контура регулирования возбуждения.
Передаточная функция оптимального регулятора э.д.с. имеет вид:
где T m э - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования э.д.с. двигателя, T m э» 2 T m в;
K в,э– коэффициент передачи цепи “ток возбуждения – э.д.с. двигателя”, K в,э = D e д / D i в = w в K ф С е w н.
Если измерение э.д.с. двигателя производится с малой инерцией
(T я,ц » 0), например с применением тахометрического моста, то регулятор э.д.с. имеет И-структуру.
8.5. Системы регулирования положения рабочего органа
Системы регулирования положения исполнительных органов машин и механизмов имеют широчайший диапазон приложений. Они применяются для стабилизации положения различных платформ в условиях качки их оснований (системы стабилизации положения), для позиционирования схватов манипуляторов промышленных роботов, позиционирования инструментов координатно-расточных станков (позиционные программные системы регулирования положения), для механической обработки поверхности различных изделий техники токарно-фрезерными станками (контурные программные системы регулирования положения), в качестве систем наведения антенн, оптических радиотелескопов, ракет (следящие системы управления положением) и т.п. Диапазон мощностей исполнительных двигателей САР положения очень широк - от единиц ватт до единиц мегаватт.
Системы стабилизации положения, контурные и следящие САР функционируют, как правило, в режиме малых отклонений координат, т. е. их координаты не достигают предельно допустимых значений. Применительно к позиционным системам различают три режима их функционирования и, соответственно три режима перемещений:
- режим малых перемещений;
- режим средних перемещений;
- режим больших перемещений.
При малых перемещениях скорость двигателя w не достигает рабочей
максимальной скорости (w < w max), ток двигателя i не достигает значения тока ограничения (i < i max). В режиме средних перемещений скорость двигателя не достигает рабочей максимальной скорости, но ток двигателя может достигать значения тока ограничения (i £ i max). В режиме больших перемещений скорость двигателя и ток двигателя могут достигать максимальных значений (i £ i max, w £ w max). Графики перемещения исполнительного органа, скорости и тока двигателя для этих режимов приведены на рис. 8.15.
Рис. 8.15. Графики перемещения рабочего органа, скорости и тока
якоря двигателя в позиционной САР: а) режим малых
перемещений; б) режим средних перемещений; в) режим
больших перемещений
Заметим, что время позиционирования исполнительного органа в режиме малых перемещений является неизменным, не зависящим от величины перемещения (рис. 8.15а). САР положения при этом остается линейной. В режимах средних и больших перемещений время позиционирования зависит от величины перемещения и САР становится нелинейной (рис. 8.15 б,в).
|
|
САР положения призвана обеспечить оптимальное автоматическое перемещение исполнительного органа рабочей машины из некоторой начальной позиции в некоторую конечную. В позиционных САР траектория движения исполнительного органа не имеет существенного значения и в качестве датчиков положения часто с успехом могут использоваться дискретные датчики типа конечных выключателей. Напротив, в следящих САР, контурных СЧПУ требуется непрерывный контроль отклонения положения от заданного значения. Автоматическое регулирование положения в этом случае реализуют с применением аналоговых (непрерывных) или дискретных (цифровых) САР положения с подчиненными контурами регулирования координат электроприводов.
В качестве датчиков положения используются сельсины, вращающиеся
трансформаторы, индуктосины, многооборотные потенциометры, импульсные, цифровые датчики и др. В ряде случаев для повышения точности работы САР контроль положения осуществляют датчиками грубого и точного отсчетов (при больших отклонениях положения от заданного значения работает система грубого отсчета, в диапазоне малых рассогласований – система точного отсчета).
Ниже будут рассмотрены нашедшие наибольшее применение аналоговые САР положения с непрерывным контролем перемещения вдоль всего пути позиционирования рабочих органов механизмов.