- •Уравнение движения электропривода
- •Основы алгебры логики, основные операции, аксиомы и теоремы
- •Нарисовать и объяснить механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения питающей сети и при изменении величины активного сопротивления цепи ротора.
- •Переходные процессы в электроприводах постоянного тока.
- •Логические элементы «и-не» и «или-не» кмоп. Принцип работы. Достоинства и недостатки.
- •Основные характеристики синхронного двигателя
- •Нарисовать и объяснить механические характеристики электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения при изменении напряжения
- •Исполнительные двигатели в мехатронных системах и их основные характеристики
- •Технический оптимум при настройке регуляторов тока и скорости
- •Структура мехатронной системы и основное оборудование
- •Выбор двигателей по мощности для кратковременного режима работы s2
- •Система подчиненного регулирования с регулятором эдс
- •Нарисовать и объяснить скоростные характеристики асинхронного электропривода
- •Выбор двигателей по мощности для повторно-кратковременного режима работы s3.
- •Логический Элемент «или» Схема,принцип работы, достоинства и недостатки
- •Законы частотного регулирования скорости асинхронных электроприводов
- •Структурные схемы электроприводов постоянного тока
- •Тормозные режимы работы электроприводов переменного тока(только асинхронник)
- •Перегрузочная способность электроприводов
- •Особенности исполнительных элементов в мехатронных системах металлургического производства
- •Потери и расход энергии в переходных процессах электроприводов постоянного тока
-
Исполнительные двигатели в мехатронных системах и их основные характеристики
Система, состоящая из двигателя и связанных с ним устройств для приведения в движение одного или нескольких исполнительных механизмов, входящих в состав мехатронной системы, называется приводом. В мехатронных системах широко применяются электрические, гидравлические и пневматические (по физическому принципу действия основного движителя) приводы, а также их комбинации, различающиеся функциональными возможностями.
Пневматические приводы
Гидравлические приводы
Пьезоэлектрические приводы
Электродвигатели постоянного тока
Электродвигатели переменного тока
Линейные электродвигатели
-
Технический оптимум при настройке регуляторов тока и скорости
Такая настройка применяется для систем второго порядка, ее называют также настройкой на технический оптимум. Термин обусловлен тем, что если характеристический полином системы второго порядка представить в канонической форме, т.е. в виде
(7.5)D(p)=T12p2+2ζT1p+1,то при 2ζ= обеспечивается переходный процесс, близкий к оптимальному, при котором будет небольшое перерегулирование и относительно высокое быстродействие.
Рассмотрим сначала простейшую систему, представленную в предыдущем пункте (двигатель питается от источника тока). В относительных единицах ее структурная схема представлена на рис. 7.3. Если коррекцию осуществлять путем подбора передаточной функции регулятора Wр(p), обеспечивающей оптимальный переходный процесс, то звенья с постоянными времени Tμ и Tо можно отнести к неизменной части системы, обозначив ее передаточную функцию через Wн(p). Учитывая введенное обозначение, запишем передаточную функцию разомкнутого контура
(7.6)W(p)=Wр(p)Wн(p),где
(7.7),
(7.8)
Wо(p) – передаточная функция объекта регулирования.В замкнутом состоянии привод будет описываться передаточной функцией
(7.9)
Которая, в соответствии с нашим желанием обеспечить технический оптимум (7.5), за счет выбора передаточной функции регулятора Wр(p), должна быть приведена к следующему виду
(7.10)
Из условия тождественного равенства передаточных функций (7.9) и (7.10) справедливы соотношения для передаточной функции синтезируемого регулятора
(7.11)Wр(p)=TμTо/T12 и Wр(p)=Tо / ( T1),где T1 – свободная для выбора постоянная времени. Попробуем выбрать её так, чтобы компенсировать влияние большой постоянной времени Tо. Для этого введем подстановку T1=aTμ и перепишем соотношения (7.11) в видеWр(p)=Tо/(a2Tμ) и Wр(p)=Tо / ( aTμ).
При a= , имеем
(7.12)
Wр(p)=Tо/(2Tμ)=kр.Такой регулятор называют пропорциональным (П-регулятором). Если прейти от относительных единиц к абсолютным, то согласно (7.3.в) получим
(7.13)
kр=Tо/(2Tμkпkоkос).Таким образом, если передаточную функцию регулятора выбрать согласно (7.13), мы обеспечим настройку на оптимум по модулю и передаточная функция замкнутой системы, получит вид (7.10). Передаточную функцию настроенной на оптимум по модулю разомкнутой системы получим по выражению
(7.14)
Смысл термина настройки на оптимум по модулю в том, что при этом стремятся в широкой полосе частот сделать модуль частотной характеристики замкнутого контура близким к единице.Переходный процесс в системе при ступенчатом управляющем воздействии показан на рис. 7.5.а, кривая А. Выходная величина в первый раз достигает установившегося значения через время t=4.7Tμ, перерегулирование составляет 4.3 %. Так как влияние постоянной времени объекта Tо было скомпенсировано коррекцией, длительность переходного процесса от нее не зависит, а определяется только малой постоянной времени Tμ.
Рис. 7.5. Переходные процессы в приводе при различных настройках регулятора
Теперь предположим, что двигатель питается от преобразователя напряжения. В этом случае, в первом приближении, постоянную времени Tя можно не учитывать. Тогда передаточную функцию объекта по управлению можно представить в виде
(7.15)Подставим Wо(p) из (7.15) в (7.7) и получим передаточную функцию разомкнутой системы
(7.16)Приравнивая правые части выражений (7.14) и (7.16), найдем передаточную функцию регулятора, при которой обеспечивается настройка системы на технический оптимум,
Учитывая полученное выше уравнение для оптимального передаточного коэффициента системы (7.13), представим полученную передаточную функцию стандартным пропорционально-интегральным звеном
(7.17)где τр=Tо, а kр определяется по (7.13). Такой регулятор называют пропорционально-интегральным (ПИ-регулятор).Если двигатель питается от преобразователя напряжения, и мы учитываем постоянную времени якорной цепи, то согласно (2.35.а) передаточная функция объекта по управлению имеет вид
(7.18)
где kо=1/(KΦ), Tо1=Tм, Tо2=Tя.По аналогии с предыдущим случаем найдем
(7.19)где τр1=Tо1, τр2=Tо2, а kр определяется по (7.13). Такой регулятор называют пропорционально интегрально дифференциальным (ПИД-регулятор).