Моделирование системы управления электроприводом

 

Моделирование регулируемого электропривода.

 

Структурные схемы систем подчиненного регулирования содержат типовые звенья САУ, в связи с чем их моделирование целесообразно осуществлять структурным методом. Суть структурного моделирования заключается в том, что типовые звенья соединяются в модели привода в той же последовательности, что и в структурной схеме системы.

Структурная схема такой системы регулируемого электропривода в блоках MathLab показана на рис. 12. Она включает в себя два контура регулирования: контур регулирования тока, состоящий из регулятора тока, тиристорного преобразователя (ТП) и цепи якоря двигателя; контур регулирования скорости, включающий в себя регулятор скорости, контур тока и интегрирующее звено, отображающее в структурной схеме механическую часть электропривода.

 

Рисунок 12 — Структурная схема РЭП в блоках MathLab

 

Рассматриваемая схема обеспечивает возможность настройки системы управления с минимальной величиной перерегулирования в кривых тока и скорости (около 5%), при статическом перепаде угловой скорости, определяемом параметрами системы по следующей формуле:

где Dw_{С РАЗ} — перепад скорости в разомкнутой системе; Т_П, Т_М — постоянные времени соответственно преобразователя и электромеханическая.

Статический перепад скорости зависит от соотношения 4Т_П/Т_М. Для уменьшения статизма в ряде случаев используют системы с двукратным интегрированием, когда регулятор скорости выполняется также пропорционально-интегральным. В этом случае имеет место астатическая система, но характер переходного процесса ухудшается. Перерегулирование тока достигает 30—40%.

Для ограничения величины тока цепи якоря двигателя регулятор скорости шунтируют стабилитронами или специальными блоками ограничения. Настройка параметров электропривода в системах подчиненного регулирования отличается тем преимуществом, что можно проводить настройку отдельных контуров последовательно, одного за другим. В двухконтурных системах сначала настраивают контур тока при отключенном возбуждении двигателя. В этом случае двигатель рассматривается как инерционное звено. При подаче скачкообразного сигнала на вход РТ настраивается желаемый характер переходного процесса тока i(t). Затем включается возбуждение двигателя и настраивается контур скорости.

Такой же порядок рекомендуется для настройки системы на модели.

В САУ ЭП применяются задержанные обратные связи (с отсечками), вступающие в действие при определенных значениях контролируемых параметров. Отключение или включение обратных связей осуществляется с помощью специальных ключей в виде нелинейных элементов (НЭ).

Реализация нелинейных элементов НЭ1 (в регуляторе тока) и НЭ2 (в регуляторе скорости) показана на рис. 13 и 14 соответственно.

 

а	б
Рисунок 13 – Схемная реализация регулятора тока (а) и статическая характеристика НЭ1 – зоны нечувствительности (б)
а	б
Рисунок 14 – Схемная реализация регулятора скорости (а) и статическая характеристика НЭ2 – зоны насыщения (б)

Моделирование следящего электропривода.

 

Задачей следящих систем автоматического управления электроприводом (САУ ЭП) рабочих органов механизмов является обеспечение перемещения исполнительного органа (ИО) в соответствии с изменяющимся по произвольному закону управляющим (входным) сигналом. Функциональная схема, реализующая задачи следящих САУ, приведена на рис. 15.

Следящая САУ рассматривается с позиции теории подчиненного регулирования с последовательной коррекцией (последовательным включением регуляторов). Как известно, величина ошибки САУ в установившемся режиме зависит от порядка астатизма (числа интегрирующих звеньев в системе) - .

 

Аппаратное решение следящих САУ обычно осуществляется на базе ТП-Д с активными корректирующими звеньями последовательного действия – регуляторами на операционных усилителях. В отличие от схемы РЭП в следящей системе имеется еще одно интегрирующее звено, соответствующее преобразованию угловой скорости двигателя w_дв в угол поворота объекта регулирования Q_вых. Его передаточная функция при отсутствии зазоров в редукторе имеет вид

где i — передаточное отношение редуктора.

Устройству для измерения угла рассогласования (СС) – и фазовому детектору, выполняющему функции регулятора положения, соответствует пропорциональное звено с коэффициентом усиления k_d (k_d =К_рп),т.е.

В соответствии со структурной схемой на рис. 15 и передаточными функциями ее звеньев на рис. 16 представлена схема модели следящего электропривода, реализованного на базе модели РЭП (см. рис. 16).

 

Рисунок 16 – Модель следящего электропривода

 

В следящем электроприводе, где не используются контуры регулирования тока и скорости, передаточная функция регулятора угла должна выбираться из условия обеспечения заданных значений добротности по скорости, ускорению и рывку. В этом случае необходимо использование ПИД - регулятора с передаточной функцией

где Т_к1 — низкочастотная постоянная времени дифференцирования, обеспечивающая устойчивость системы; Т_к2 — высокочастотная постоянная времени дифференцирования, повышающая динамические свойства системы; Т_к3 — постоянная времени интегрирования, обеспечивающая ограничение ускорения привода и компенсирующая скоростную ошибку системы.

На практике для обеспечения заданных значений угла рассогласования в статических и динамических режимах достаточно использовать ПИ - регулятор с передаточной функцией