Рассмотрим реализацию контурных регуляторов для настройки
системы управления электроприводом на модульный оптимум.
U	kп	E	1 Rэ	Ia	Iс	Rэ / с
у
		d
	Тµ р +1		Т р +1			Т р
			э			м
uот		i =1	Еа			с
	kот
uос				i = 2
	kос
Рис.5.2. Структурная схема силовой части системы ТП-Д

В соответствии с построением систем подчиненного регулирования координат, первым настраивается внутренний контур регулирования, в данном случае это контур регулирования якорного тока.

5.1. Настройка контура регулирования тока якоря

Наиболее общей функцией электропривода является регулирование его тока или пропорционального ему момента у двигателя независимого возбуждения. Контур регулирования тока (момента), как внутренний контур СПРК, определяет настройку и динамические показатели остальных внешних контуров регулирования электропривода.

При реализации регулятора тока (РТ) принимают следующие допущения:

•внутренняя обратная связь по ЭДС двигателя не оказывает влияния на работу токового контура;

•режим прерывистого тока отсутствует;

•параметры якорной цепи во время работы остаются неизменными;

•не учитывается ввиду своей малости инерционность датчика

тока.

Всоответствии с принятыми допущениями структурная схема контура регулирования якорного тока (момента) примет вид, представленный на рис. 5.3.

117

uзт

∆uт

Uу

E

I

kп

d

1 Rэ

a

Wрт (p)

Тµр +1

Тэр +1

uот

kот

Рис.5.3. Структурная схема контура регулирования якорного тока

В контур регулирования якорного тока (момента) входят: регулятор тока (РТ), передаточную функцию которого следует

определить, ТП с минимальной постоянной времени Tµ , якорная цепь

электропривода, цепь обратной связи, состоящая из шунта и датчика тока. Коэффициент пропорциональности между величиной якорного тока и напряжением обратной связи по току (или напряжением задания якорного тока) называется коэффициентом обратной связи по току

koт и рассчитывается по формуле:

kот = uзтmax = uотmax		=	(8 -10)В	(5.1)
Imax	Imax		λIндв

где λ – перегрузочная способность двигателя по току, Iндв – номинальный ток двигателя, А.

Настройка контура регулирования якорного тока на модульный оптимум для получения оптимальных переходных процессов заключается в определении передаточной функции РТ и реализации регулятора в системе управления электроприводом.

Передаточная функция разомкнутого контура регулирования якорного тока (рис.5.3), когда выходной координатой является напряжение обратной связи по току якоря, имеет вид:

W

(p) = uот (p)

= W (p)

kп

1/ Rэ

k

.

(5.2)

T p +1 T p +

1

разт

u

зт

(p)

рт

от

µ

э

118

Для настройки контура регулирования якорного тока на МО необходимо, чтобы передаточная функция разомкнутого контура регулирования тока равнялась передаточной функции разомкнутой системы, настроенной на МО. Поэтому аналогично (4.10) легко получить следующее равенство, где в передаточной функции системы, настроенной на МО, отсутствует единичная обратная связь (т.е. система разомкнута):

W (p)	kп		1/ Rэ			k		=	1	.	(5.3)
	T p +1 T p +			1					2T p(T p +1)
рт							от
	µ		э						µ µ

Из (5.3) можно определить передаточную функцию РТ, обеспечивающую настройку контура регулирования якорного тока на МО:

W

(p) =

Tэp +1

=

Tэp +1 =

Tэ

+

1

=

рт

kпkот

p

T p

T

T p

2Tµ Rэ

рт

рт

рт

(5.4)

= kрт +

1

.

Tртp

Из (5.4) видно, что РТ является пропорционально –

интегральным

(ПИ)

регулятором,

с

коэффициентом

усиления

kрт = Tэ Tрт

и постоянной времени

интегрирования

регулятора

тока Tрт = 2Tµkпkот Rэ .

Определим передаточную функцию замкнутого токового контура Wзамт (p) , настроенного на модульный оптимум, когда выходной

координатой является якорный ток Ia , а входной – напряжение задания величины якорного тока uзт :

119

W (p) =

Ia (p)

=

1

=

uзт (p)

1

замт

+kот

kп

Wрт (p)

1/ Rэ

Tµp +1 Tэp +1

1

1 kот

(5.5)

=

=

.

1

+kот

2Tµp(Tµp +1) +1

Тэp +1

kп

1/R

э

kпkот

T p +1

Т

p +1

2Тµ

p µ

э

Rэ

Как видно из последнего выражения (5.5), динамические свойства замкнутого контура регулирования якорного тока определяются только

минимальной постоянной времени системы регулирования Tµ , и не

зависят от величины постоянной времени Tэ , говорят, что произошла «компенсация» большой постоянной времени. «Компенсация» постоянной времени Tэ осуществляется форсировкой выходного

напряжения ТП, когда к якорной цепи прикладывается повышенное напряжение для обеспечения переходной функции с перерегулированием

4,3% и временем нарастания, равным 4,7 Tµ (таблица 1 для i=1).

Рассмотрим реализацию регулятора тока якоря на аналоговом операционном усилителе (приложение В). Принципиальная электрическая схема регулятора тока приведена на рис. 5.4. Регулятор имеет два входа, на первый подается напряжение задания величины

якорного тока uзт , например, положительной полярности, тогда на

второй вход для обеспечения отрицательной обратной связи по регулируемой координате должно подаваться напряжение обратной связи

по величине якорного тока uoт отрицательной полярности. При данной полярности входных напряжений на выходе РТ будет сформировано напряжение управления ТП отрицательной полярности - Uу (для условного направления вращения «назад»).

120

			Кл1
	+uзт	R1	R3 C1
		R2
	-uот
		R4	-Uу

DA1

Рис.5.4. Принципиальная электрическая схема регулятора тока

Передаточная функция операционного усилителя DA1 по входам

задания uзт и цепи обратной связи uoт определяется выражением:
W (p) = R3C1p +1		= R3C1p +1 .	(5.6)
DA1	R1C1p	R2C1p

Из выражения (5.6) видно, что для обеспечения одинакового коэффициента передачи по цепи задания и обратной связи (т.е. для

обеспечения одинакового масштаба напряжений uзт и uoт ) необходимо, чтобы выполнялось равенство величин сопротивлений входных резисторов R1 = R2 . Для настройки контура регулирования якорного

тока на модульный оптимум, необходимо выполнение равенства передаточных функций регулятора РТ (5.4) и регулятора DA1 (5.6):

Tэp +1		=	Tэp +1	=	R3C1p +1 .	(5.7)
kпkот
	p		T p		R C p
2Tµ Rэ			рт		1 1

Из равенства (5.7) можно получить следующие зависимости: R3C1 = Tэ ; R1C1 = Tрт , на основании которых, задавшись величиной

121

емкости конденсатора C1 , можно рассчитать величины сопротивлений

резисторов R1 = R2 = Tрт C1 , R3 = Tэ C1 . В схеме РТ (рис.5.4) в

цепи обратной связи операционного усилителя DA1 включен контакт реле Кл1, шунтирующий цепь обратной связи DA1 для предотвращения

возможного дрейфа нуля регулятора и заряда конденсатора C1 при стоянке электропривода.

Пример 5. Реализовать регулятор тока на операционном усилителе (рис.5.4) для электропривода с параметрами: Iндв= 192 А; λI = 2,5; kп = 25; Tμ = 0,01с; Rэ = 0,115Ом; Тэ = 0,05с. Рассчитаем величину коэффициента обратной связи по току, задавшись максимальной

величиной uзтma x= uотma x= 10В, kот= uотma x/( λI*Iндв)=10/(2,5*192)=0,0208

В/А. Тогда постоянная времени РТ будет равна Трт=2 Tμ*kп*kот/Rэ=

2*0,01*25*0,0208/0,115 = 0,09 с, коэффициент усиления РТ равен kрт = Тэ

/Трт = 0,05/0,09 = 0,556. Зададимся величиной емкости конденсатора С1= 1,0 мкФ и рассчитаем величину сопротивления резистора R3 = Т э/С1= 0,05/1,0 = 50 кОм, с учетом ряда Е24 принимаем стандартное значение R3= 51 кОм, тогда величина сопротивления резисторов R1 и R2 будет равна R1 = R2 =R3/kрт= 51/0,556 = 91,7 кОм, с учетом ряда Е24 величина сопротивления берется равной R1 = R2= 91 кОм.

Контрольные вопросы:

1.Как выполняется построение систем подчиненного регулирования? Что входит в состав контуров регулирования?

2.Почему на практике не применяют более трех контуров регулирования?

3.Что должен обеспечивать регулятор в системе подчиненного регулирования координат?

4.Выведите передаточную функцию регулятора при настройке i – го контура на модульный оптимум.

5.От чего зависят передаточная функция и свойства регулятора при настройке на модульный оптимум?

6.Какой будет передаточная функция регулятора, если объект регулирования представлен колебательным звеном? (Инерционным, интегрирующим?)

7.Почему в системе ТП-Д получаются два контура регулирования

вСУЭП подчиненного регулирования? Какие это контуры?

8.Какие допущения принимают при настройке контура регулирования якорного тока?

122