Системы управления электромеханическими объектами. Система управления «магнитный усилитель – двигатель», страница 26

В современных системах числового программного управления (СЧПУ) технологическим оборудованием применяются многоконтурные системы управления двигателями постоянного тока (ДПТ). Типовая структура которых показаны на рис. 16.1.

Рис. 16.1. Структура системы подчинённого управления ДПТ

Система содержит три контура управления каждый со своим регулятором:

1.  Контур регулирования тока якоря двигателя Д. включающий регулятор тока РТ и датчик тока ДТ;

2.  Контур регулирования частоты (скорости) вращения w с регулятором скорости РС и датчиком скорости ДС;

3.  Контур управления положением исполнительного органа (угол f после редуктора Р), включающий детали в положения ДП и цифровой регулятор, реализованный программно в устройстве программного управления УЧПУ, подсоединяемом к объекту управления через устройство сопряжения с объектом – УСО

Исполнительный двигатель ДПТ в таких системах обычно управляется от широтно-импульсного модулятора, выполненного на транзисторных вентильных преобразователях – ВП.

Устройство ЧПУ в результате отработки управляющей программы, содержащей информацию о необходимых перемещениях исполнительного механизма, формирует код задания – К_З, которое сравнивается с текущим положением исполнительного механизма N f. Получаемым с датчика положения ДП. В результате сравнения на выходе УЧПУ формируется напряжение задания скорости U_зс для контура регулирования скорости вращения двигателя. Регулятор скорости в свою очередь вырабатывает напряжения задания тока Uзт для регулятора тока.

Система с таким подчинённым включением регуляторов называется системой подчинённого регулирования. Система подчинённого регулирования позволяет получить достаточно жёсткие механические характеристики привода при высоком быстродействии. Часть системы управления, включающая контуры скорости и тока, является системой управления частоты вращения (скорости) ДПТ.

Здесь в качестве датчика скорости обычно используется тахогенератор ТГ, а в качестве датчика тока резистор Rш, который включается последовательно в цепь якоря. Регуляторы скорости и тока РС и РТ, обычно реализуют пропорционально-интегральный закон регулирования (ПИ-регуляторы) с передаточной функцией:

                                                                                                            (16.1)

Регулятор тока вырабатывает управляющее воздействие U_y на вентильный преобразователь ВП.

На рис. 16.2 показаны регулировочная (а) и механическая (б) характеристики привода с ДПТ.

Рис. 16.2.

Как указывалось выше, система содержит три контура регулирования: контур регулирования тока якоря I_я, частоты вращения w и положения f. Структурные схемы контуров регулирования тока и частоты вращения приведены на рис. 16.3, а, б. Рассмотрим контур тока (рис. 16.3, а) В него входят собственно ПИ-регулятор тока с передаточной функцией Wрт, вентильный преобразователь W_тп(p), якорная цепь двигателя W_дв(p) и датчик тока  с фильтром W_дт(p).

Параметры регулятора тока рассчитываются так, чтобы повысить быстродействие системы, определяемое длительностью переходного процесса, которое можно характеризовать величиной перерегулирования s = 0.05 ¸ 0.3 (см. рис. 16.3, в).

В ПИ-регуляторе тока форсирующая постоянная времени זּт должна компенсировать «большую» постоянную времени объекта управления (двигателя) זּм, т.е. זּт≈זּм, увеличивая тем самым, быстродействие системы, а интегрирующее звено с коэффициентом передачи 1/Т_итp стабилизирует переходный процесс. При оптимальном выборе параметров регулятора тока передаточная функция замкнутого контура тока может быть представлена в виде: