Расчет системы управления позиционированием электропривода в режиме малых перемещений: Методические указания к выполнению практической работы

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт, техники, технологии и управления

РАСЧЕТ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В РЕЖИМЕ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Методические указания к выполнению практической работы

по дисциплине «Электромеханические системы» для студентов

специальности 220201 «Управление и информатика в технических

системах»  всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского  института техники,

технологии и управления

Балаково 2010

Управление положением находит широкое применение в станках с ЧПУ, в системах наведения антенн, телескопов, в системах управления промышленными роботами и в большинстве случаев строится по принципу подчиненного регулирования. Системы управления положением принято разделять на работающие в режиме позиционирования и слежения. Позиционированием называется такой режим работы, при котором задачей управления является перемещение электроприводом механизма (рабочего органа) из одного положения в другое при требуемом быстродействии.

В режиме позиционирования различают:

- режим малых перемещений, при котором ни один из регуляторов не ограничен и система работает как линейная;

- режим средних перемещений, при котором ограничен якорный ток, т.е. ограничен выходной сигнал регулятора скорости;

- режим больших перемещений, при обработке которых двигатель в течение некоторого времени работает на установившейся скорости, т.е. все регуляторы некоторое время находятся в зоне ограничения.

Цель работы - аналитический расчет параметров следящей трехконтурной системы в режиме малых перемещений с установлением связей между параметрами регуляторов и основными показателями качества переходных процессов.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

На рис.1 изображена структурная схема трехконтурной системы, построенной по принципу подчиненного регулирования [1,2]. На рисунке приняты следующие обозначения:

W_РП(р), W_РС(р), W_РТ(р) – передаточные функции регуляторов положения, скорости, тока соответственно;

k_ДП, k_ДС, k_ДТ – коэффициенты преобразования датчиков положения, скорости и тока; 

 - передаточная функция тиристорного преобразователя, осуществляющего питание двигателя.

Остальные звенья соответствуют структурной схеме двигателя постоянного тока. В них использованы следующие величины:

R_Я - сопротивление якоря, Ом;

k_Е - коэффициент ЭДС, В·с;

k_М - коэффициент момента, Н·м А^-1;

Т_Э, Т_М - электромагнитная и механическая постоянные времени двигателя соответственно, с;

  k₀ - вспомогательный коэффициент, равный обратной величине R_Я, А/В.

Рис.1. Структурная схема трехконтурной системы

Для внутреннего контура тока входным сигналом является U_ЗТ (напряжение заданного тока), выходным – I_Я (ток якоря, А). Следующим контуром, охваченным обратной связью является контур скорости с входным сигналом U_ЗС и выходным - ω (угловая скорость, рад/с). Внешним контуром является контур положения с входным сигналом U_ЗП и выходным β (угол поворота, рад). В каждом контуре присутствует регулятор, с помощью которого компенсируется большая постоянная времени (своя для каждого контура). Предполагается, что в данной работе рассматривается система управления позиционированием электропривода, работающая в режиме малых перемещений.

В данном режиме ни один из регуляторов не входит в насыщение и поэтому система линейна. Оптимизация системы управления положением начинается с внутреннего контура тока. Он настраивается на технический оптимум с малой некомпенсируемой постоянной времени Т_μ, определяемой инерционностью тиристорного преобразователя:  

Компенсируется при этом электромагнитная постоянная двигателя Т_Э.

Желаемая передаточная функция контура тока, настроенного на технический оптимум (ТО), имеет вид [1]:

Используя параметры структурной схемы (рис.1), с отключенной обратной связью по ЭДС, передаточная функция разомкнутого внутреннего контура тока имеет вид:

Приравнивая выражения (2) и (3), получим выражение для расчета передаточной функции регулятора тока:

Получаем, что регулятор тока состоит из параллельного соединения усилительного и интегрирующего звена,  т.е. является пропорционально-интегральным (ПИ-регулятором).

Передаточная функция замкнутого контура тока с учетом (1) после упрощения имеет вид: