double arrow

Аналоговые элементы и устройства управления ЭП

Датчики скорости и положения в замкнутых ЭП

Дискретные элементы и устройства управления ЭП

Аналоговые элементы и устройства управления ЭП

Вопросы

Управления АЭП

Технические средства замкнутых схем

Лекция №10

Современные замкнутые системы управления ЭП реализуются, как правило, на основе полупроводниковых элементах. В то же время подключение ЭД осуществляется с помощью рассмотренных электрических аппаратов с ручным и электромагнитным управлением.

Техническая реализация управляющих устройств современного ЭП весьма разнообразна. Они различаются по своей элементной базе, роду тока, мощности, конструктивному исполнению и многим другим признакам. Одним из основных признаков подразделения устройств управления является характер преобразования сигналов, по которому они делятся на аналоговые и дискретные.

Для аналоговых устройств характерна функциональная (линейная и нелинейная) зависимость между входным и выходным сигналами, при этом выходной сигнал может принимать любые значения. Примерами силовых аналоговых устройств могут служить управляемые выпрямители и преобразователи частоты, у которых напряжение и частота на выходе могут регулироваться в широких пределах.

Дискретный элемент может иметь только два уровня выходного сигнала — нулевой и максимальный, который появляется или исчезает при достижении входным сигналом определенного значения. Примерами дискретных элементов могут служить реле и бесконтактные логические элементы. На основе дискретных элементов создаются цифровые схемы управления ЭП.

До относительно недавнего времени задающие, регулирующие, согласующие и функциональные устройства, а также датчики координат ЭП выпускались отдельными сериями, «россыпью», что затрудняло проектирование схем управления, их наладку и эксплуатацию. Прогрессивным явлением в создании технических средств управления стала разработка унифицированной блочной системы регулирования (УБСР). Использование этой системы обеспечивает широкую унификацию производства комплектных средств управления, упрощает проектирование, наладку и эксплуатацию ЭП, улучшает технико-экономические показатели их работы.

Система УБСР имеет несколько ветвей — аналоговую, выполняемую на обычных элементах электроники (УБСР-А) и на интегральных микросхемах (УБСР-АИ), и дискретную (цифровую) на обычных элементах (УБСР-Д) и микросхемах (УБСР-ДИ).

Аналоговая ветвь УБСР-А состоит из набора транзисторных усилителей постоянного тока, командных и задающих устройств, функциональных преобразователей, датчиков координат и блоков питания. Развитием аналоговой ветви УБСР-А явилась разработка серии УБСР-АИ на интегральных микросхемах, применение которых позволило улучшить технические характеристики схем управления и расширить их функциональные возможности. Блоки УБСР-АИ размещаются на сменных ячейках со штепсельными разъемами и имеют печатный монтаж.

 
 


Рисунок 1- Схема операционного усилителя

В системе принят унифицированный электрический сигнал + 10 В и ±5мА, позволяющий соединение ее элементов с дискретными элементами УБСР-ДИ и другими устройствами автоматизации технологических процессов.

Операционный усилитель. Основным элементом аналоговой системы является операционный усилитель (ОУ). Он представляет собой усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления (от 5 до 100 тыс.), охваченного отрицательной обратной связью. Схема ОУ приведена на рисунке 1, где через zвх1 ... zвх2,- обозначены в общем случае комплексные активно-емкостные входные сопротивления, а zо.с — комплексное сопротивление цепи обратной связи

,

где ki = Rо.с/Rвхi.

При включении во входные цепи и цепи обратных связей наряду с резисторами конденсаторов ОУ позволяют осуществлять и другие, весьма разнообразные преобразования входных сигналов, необходимые для получения нужных управляющих воздействий в ЭП. Такие схемы получили название регуляторов. В таблице 1 приведены некоторые распространенные схемы регуляторов с использованием ОУ.

Регуляторы. Эти устройства получили свои названия в зависимости от выполняемых ими функциональных преобразований входных сигналов. Пропорциональный П-регулятор. Этот регулятор осуществляет уже рассмотренное выше масштабное (пропорциональное) преобразование входного сигнала с коэффициентом k (инвертирование знака входного сигнала не является принципиальным признаком преобразования). Как видно, выходной сигнал такого регулятора повторяет входной с коэффициентом преобразования К. Отметим, что зависимость Uвых(t) при подаче на вход регулятора ступенчатого входного сигнала получила название его переходной функции.

Интегральный И-регулятор. В цепь обратной связи ОУ включается конденсатор Со.с, а во входную цепь — резистор R1. В результате этого регулятор приобретает свойства интегрирующего устройства и напряжение на его выходе определяется интегралом от входного сигнала.

Таблица 1 – Схемы и характеристики регуляторов с использованием ОУ

Тип   Схема Вид преобра-зования Параметры регулятора Переходная функция
П     k = RO.C/R1  
    И   T = R1CO.C  
Д   T = RO.CC1  
А     k = RO.C/R1   T=RO.CCO.C    

Дифференциальный Д-регулятор. Схема соединения обеспечивает дифференцирование входного сигнала с коэффициентом T=Ro.cC1. Переходная характеристика идеального Д-регулятора представляет собой электрический импульс бесконечно большой амплитуды и малой длительности (для упрощения рисунков здесь и далее график входного сигнала Uвых(t) на них не показан).

Апериодический А-регулятор. Переходной функцией такого регулятора является экспоненциальная зависимость выходного сигнала во времени.

Ряд других регуляторов (пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-дифференциальный (ПД) и пропорциональио-интегрально-дифференциальный (ПИД) осуществляют комплексное преобразование входных сигналов, что требуется при реализации сложных законов управления ЭП.

Функциональные преобразователи. Эти преобразователи входят в состав УБСР-АИ и позволяют возводить в квадрат и извлекать квадратичный корень из входного сигнала (ячейка ПК-1АИ), умножать и делить входные аналоговые сигналы (ячейки УМ-1АИ, УМ-2АИ, МДУ-1АИ), выделять модуль сигнала (ячейка ВМ-1АИ), осуществлять различные нелинейные зависимости между входным и выходным сигналами (ячейка ПФ-1АИ). Эти преобразователи также реализованы на базе одного или нескольких ОУ.

Различные другие нелинейные преобразователи электрических сигналов могут быть получены с помощью многочисленных схем, также реализуемых на основе ОУ. Для примера рассмотрим схему включения ОУ обеспечивающую ограничение сигнала.

 
 


Рисунок 2 - Схема (а) и характеристики (б) при ограничении напряжения ОУ

Для выполнения этой функции цепь обратной связи ОУ параллельно резистору включены два стабилитрона VD1 и VD2. До уровня выходного напряжения, соответствующего напряжению пробоя (стабилизации) стабилитронов, ОУ работает как обычный масштабный преобразователь, обеспечивая линейную характеристику. При достижении выходным напряжением уровня Uст происходит пробой стабилитрона, эквивалентное сопротивление цепи обратной связи и тем самым коэффициент усиления ОУ становятся равными нулю и напряжение на выходе перестает изменяться (ограничивается). Включение двух стабилитронов обеспечивает симметричную характеристику Uвых(Uвх).

Если в схеме рисунка 2, а убрать из цепи обратной связи резистор Roс, то схема будет обеспечивать еще одну нелинейную характеристику типа релейной без зоны нечувствительности. Сигнал Uст на выходе такой схемы будет появляться сразу же, как только поступит входной сигнал.

 
 


Рисунок 3- Схема (а) и график напряжения на выходе (б) задатчика интенсивности

В схемах управления ЭП применяются также задатчики интенсивности, построенные на эффекте протекающего во времени заряда конденсатора. На рисунке 3,а показана схема простейшего задатчика интенсивности, в котором используются конденсатор С и резистор R. При подаче на вход цепочки R—С ступенчатого входного сигнала UВХ сигнал на ее выходе Uвых будет изменяться по экспоненте. Изменяя постоянную времени Т= RC, можно получать различный темп изменения выходного сигнала.

Датчики координат электрических приводов. В замкнутых ЭП, как уже говорилось, для формирования требуемых статических и динамических характеристик применяются обратные связи по скорости, положению, току и напряжению, реализуемые с помощью соответствующих датчиков. Ряд из них, аналоговые датчики скорости и тока, были рассмотрены ранее. В этом разделе рассматриваются другие виды датчиков, применяемых в аналоговых схемах управления замкнутых ЭП.

Датчики напряжения для ЭП с ДПТ выполняются на основе потенциометра, включаемого на зажимы якоря М двигателя, как это показано на рисунке 4. Уровень сигнала Uo, снимаемого с потенциометра RP, и тем самым коэффициент обратной связи по напряжению определяются положением движка потенциометра.

Для получения сигнала обратной связи по напряжению в ЭП с двигателями переменного тока используются трансформаторные схемы напряжения.

В УБСР реализация цепей обратных связей по току и напряжению осуществляется с помощью ячеек ПН-1АИ и ПН-2АИ, называемых датчиками тока и напряжения. Они позволяют регулировать коэффициенты обратных связей и обеспечивают гальваническую развязку силовых цепей и цепей управления.

 
 


Рисунок 4 - Потенциометрический и трансформаторный датчик напряжения

Датчики положения применяются для получения электрического сигнала, пропорционального положению исполнительного органа или вала двигателя. В таких датчиках используются сельсины, потенциометры и вращающиеся трансформаторы.

Сельсинные датчики положения с выходом на постоянном токе соединяются с исполнительным органом или валом двигателя, в результате чего выходное напряжение пропорционально их положению. В ЭП применяются сельсины типов БД160, БД404, БД501, ДИД505, НЭД-101.

Датчики положения на основе вращающихся трансформаторов являются электромеханическими устройствами. Как и сельсины, они позволяют получать напряжение на своем выходе, определяемое положением своей подвижной части.


Сейчас читают про: