15.8. Синтез срп, работающих в режиме позиционирования

В режиме позиционирования СРП перемещает рабочий механизм в задаваемые положения и устанавливает его в этих положениях с требуемой точностью (точность позиционирования). Кроме точности позиционирования, одним из основных показателей качества системы позиционирования является характер переходного процесса в окрестности заданной координаты и время перемещения в заданное положение. Требуется, чтобы переходный процесс в окрестности заданной координаты был апериодическим, т.е. без перегулирования, а время перемещения рабочего механизма из исходного положения в заданное было бы минимизировано за счет оптимальной формы траектории движения.

Характер переходного процесса при завершении позиционирования определяется настройкой контура регулирования положения. Формирование траектории движения между исходной и конечной точками позиционирования осуществляется за счет выбора формы регулировочных характеристик регулятора скорости и регулятора положения и ограничения координат тока и скорости. В зависимости от технологического процесса система позиционирования может осуществлять малые, средние или большие перемещения.

В режиме малых перемещений система работает без ограничения координат тока и скорости. Поэтому она должна рассматриваться как линейный следящий электропривод, у которого контур положения настроен на МО с коэффициентом настройки а_мсл=46, когда достигается апериодический переходный процесс.

В режиме средних перемещений система работает с ограничением тока якоря на уровне I_ядоп, но без ограничения скорости.

В режиме больших перемещений система работает с ограничением тока якоря и ограничением скорости на допустимом уровне _макс_н. Допустимая максимальная величина скорости электродвигателя определяется его техническими характеристиками, а требуемый уровень ограничения скорости определяется технологическим процессом рабочего механизма.

Ограничение тока якоря и скорости электродвигателя обычно реализуется за счет ограничения сигналов u_зт и u_зс на выходе регуляторов скорости и положения.

Рис.15.18. Расчетная структурная схема позиционного электропривода

Расчетная структурная схема системы позиционирования приведена на рис.15.18. На рис.15.19 и рис.15.20 приведены переходные процессы отработки среднего и большого перемещений, когда М_с0.

Процесс отработки средних перемещений протекает в два этапа. На первом этапе электропривод разгоняется с максимальным ускорением _р до скорости _П переключения, когда ток якоря и ускорение меняют свой знак в момент прохождения сигнала на входе РС через нольu_урс=u_зс-к_С.

Рис.15.19. Переходные процессы отработки среднего перемещения S_З

Рис.15.20. Переходные процессы отработки большого перемещения S_З

С этого момента начинается процесс торможения с максимальным замедлением _Т до тех пор, пока система не войдет в линейную зону при подходе к заданной координате. Окончание позиционирования протекает в линейной зоне и имеет затухающий апериодический характер.

При отработке больших перемещений электропривод с максимальным ускорением _р разгоняется до максимальной скорости _макс и с этой максимальной скоростью движется к заданной координате. При этом ускорение =0. В момент, когда сигнал управления на входе РС проходит через ноль, то есть

u_урс=u_зс-к_С_макс=0

электропривод переходит в режим торможения, ток якоря и ускорение _Т становятся отрицательными и максимальными. При подходе к заданной координате система входит в линейную зону, и процесс позиционирования завершается так же, как и при отработке средних перемещений.

Так как при настройке контура положения на МО система является статической относительно возмущения по моменту, то точность позиционирования зависит от величины коэффициента усиления регулятора положения К_РП и от момента сопротивления М_с. Чтобы система точно перемещала рабочий механизм в заданное положение, величина коэффициента усиления К_РП должна определяться соотношением

, (15.63)

где ₀ – ускорение торможения при М_с=0.

И

Рис.15.21. Регулировочная характеристика параболического регулятора положения

з этого уравнения сле-дует, что требуемый коэф-фициент усиленияК_РП уве-личивается при увеличении М_с и уменьшении задания . Чтобы это условие выполнялось при отработке средних и больших пере-мещений, в структуре системы позиционирования используют регулятор положения с нелинейной (параболической) регулировочной характеристикой, как показано на рис.15.21. Форма этой характеристики находится из уравнения оптимального процесса торможения, для которого скорость определяется соотношением

, (15.64)

где: _Т - скорость электропривода при торможении в процессе позиционирования,

S_Т=S-S_зп - ошибка по перемещению в режиме торможения,

_Т - ускорение торможения, определяемое динамическим коэффициентом параболического регулятора положения,

signS_Т - знак ошибки по перемещению в режиме торможения.

Исходя из _Т, находится величина u_зст=к_С_Т, и формируется регулировочная характеристика РП.

Теоретически при малых заданиях S_зп параболический регулятор должен иметь очень большой коэффициент усиления, что недопустимо исходя из требований к качеству переходного процесса позиционирования. Поэтому для малых S_зп параболический регулятор выполняют с линейной частью, характеристики которой К_РП= К_РПМО. В этом случае минимизируется время позиционирования при средних и больших значениях и обеспечивается хорошее качество переходных процессов в окрестности точки позиционирования.

263