Замкнутые электропривода с подчиненным регулированием координат

Замкнутая схема электрического привода с двигателями постоянного тока с обратными связями по скорости и току

Для получения жестких характеристик ЭП, необходимых для регулирования скорости, и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока и момента, т. е. при регулировании двух (или более) координат, применяются различные сочетания обратных связей. В схеме ЭП с нелинейными обратными связями по скорости и току (рис. 5) для обеспечения нелинейности цепей обратных связей использованы рассмотренный ранее узел УТО и узел ограничения скорости УСО, характеристики которых показаны внутри соответствующих условных изображений. Приведенная схема соответствует структуре с общим усилителем и нелинейными обратными связями.

Рисунок 5 - Схема и характеристики замкнутой системы П — Д с обратными связями по скорости и току

В зоне 1 в диапазоне токов 0...I_отс действует только обратная связь по скорости, обеспечивая жесткие характеристики ЭП. В зоне 2 вступает в действие обратная связь по току и характеристики становятся мягче. При дальнейшем увеличении тока и уменьшении скорости ниже скорости отсечки ω_отс перестает действовать обратная связь по скорости и за счет действия связи по току характеристики становятся еще мягче (зона 3), обеспечивая требуемое ограничение тока и момента.

После формирования требуемых статических характеристик в замкнутом ЭП, построенном по схеме с общим усилителем, может оказаться, что его динамические характеристики неприемлемы — движение в переходных процессах оказывается или неустойчивым, или оно характеризуется перерегулированием и колебаниями, или значительным временем протекания. В этих случаях требуется осуществление коррекции АЭП.

Сущность коррекции динамических характеристик АЭП заключается в том, что в его схему включаются дополнительные (корректирующие) устройства, позволяющие нужным образом изменять эти характеристики. Определение схемы (структуры), параметров и места включения корректирующих устройств или, как говорят, их синтез, производится по заданным критериям качества переходных процессов методами, разработанными в теории автоматического регулирования в ЭП.

Эффективное и качественное регулирование координат в системе П — Д обеспечивает принцип подчиненного регулирования. Этот принцип предусматривает регулирование каждой координаты с помощью своего отдельного регулятора и соответствующей обратной связи. Тем самым, регулирование каждой координаты происходит в своем замкнутом контуре и требуемые характеристики ЭП в статике и динамике могут быть получены за счет выбора схемы и параметров регулятора этой координаты и цепи ее обратной связи.

Управление внутренним контуром с помощью выходного сигнала внешнего контура определяет еще одно ценное свойство таких схем. Оно заключается в возможности простыми средствами ограничивать любую регулируемую координату, например ток и момент, на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь ограничить задающий сигнал, поступающий с внешнего контура.

Рассмотрим ЭП (рис. 6) с подчиненным регулированием, выходной регулируемой координатой которого является скорость. Управляющая часть схемы состоит из двух замкнутых контуров регулирования тока (момента), содержащий регулятор тока РТ и датчик тока ДТ, и регулирования скорости, содержащий регулятор скорости PC и датчик скорости (тахогенератор) ТГ.

Регуляторы тока и скорости в большинстве современных схем ЭП этого типа выполняются на базе операционных усилителей (ОУ). Включение в цепи задающего сигнала скорости U_з.с регулятора скорости и его обратной связи (резисторов R1 и R_о.с1) обеспечивает изменение (усиление или ослабление) этого сигнала с коэффициентом k_l = R_о.с1/R1. Аналогично, изменение сигнала обратной связи по скорости U_о.с происходит с коэффициентом k₂=R_о.с1/R2. Такой регулятор получил название пропорционального (П) регулятора скорости.

При включении в цепи ОУ конденсаторов (реактивных электрических элементов) его функциональные возможности по преобразованию электрических сигналов становятся шире.

Рисунок 6 - Схема ЭП с подчиненным регулированием координат

Так, схема регулятора тока с включением в цепь обратной связи конденсатора С_о.с последовательно с резистором R_о.с2 позволяет получить сигнал на выходе РТ в виде суммы двух составляющих (пропорциональную и интегральную). В этом случае имеем пропорционально-интегральный (П-И) регулятор.

Как уже отмечалось, схема подчиненного регулирования координат позволяет простыми средствами ограничивать координаты ЭП на заданном уровне. В схеме для ограничения тока и момента в цепь обратной связи PC включены стабилитроны VDI и VD2. В результате этого выходное напряжение PC, являющееся задающим сигналом (уставкой) тока U_з.т, ограничивается и тем самым ток и момент двигателя не могут превзойти заданного уровня.

Отметим, что в силу своих больших функциональных возможностей, схемы с подчиненным регулированием координат нашли очень широкое распространение в регулируемом ЭП постоянного тока.