Введение. Понятия и определения. Обобщённая схема мехатронной системы. Классификация приводов мехатронных систем, страница 10

Динамические свойства объектов принято характеризовать динамическими характеристиками или динамическими моделями.

Динамические характеристики – это константы (динамические параметры) и зависимости, характеризующие свойства объекта в динамических режимах функционирования.

Под динамическими моделями будем понимать представленное в той или иной форме математическое описание объекта (оригинала) адекватно отображающее его существенные свойства в динамических режимах функционирования.

Одному и тому же объекту может быть поставлено в соответствие несколько динамических моделей, отличающихся не только по форме представления модели, но и по глубине отображения в модели свойств объекта.

Формами представления могут быть: система дифференциальных уравнений, уравнение движения системы, динамические структурные схемы, передаточная функция.

Динамические константы ИД (на примере двигателя постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения при управлении по цепи якоря):

  1. Коэффициент внутреннего демпфирования

, где U - напряжение управления на цепи якоря.

В общем случае  К - переменный и зависит от рабочей точки, т.е. от режима  работы в котором вычисляется. В частном случае при линейной механической    характеристике  ИД  , где - момент короткого замыкания, -

скорость холостого хода.    К = , где - статическая жесткость. К 

характеризует угол наклона механической характеристики.

Для  ДПТ    и     , следовательно 

.

К относится к динамическим константам, т.к. характеризует петлевой  коэффициент передачи ИД как звена системы.

  1. Коэффициент управления по моменту - .

,т.е. в режиме короткого замыкания.

В частном случае при линейных характеристиках ИД  этот коэффициент  определяется как  . Тогда для ДПТ   .  характеризует

коэффициент передачи прямого канала динамической модели от управляющего воздействия до момента.

  1. Коэффициент управления по скорости (добротность по скорости) - .

, т.е. холостой ход. Он характеризует угол наклона регулировочной  характеристики ИД и при ее линейности определяется как .

Для ДПТ  .

  1. Коэффициент управления по ускорению - ,  где - момент инерции ротора машины. Для ДПТ   характеризует коэффициент передачи прямого канала динамической модели в виде структурной схемы.
  2. Постоянные времени

5.1   (якоря, электромагнитная) – характеризует быстроту протекания процесса в цепи якоря машины. Для ДПТ  .

5.2     (электромеханическая) – характеризует быстроту протекания процесса в механических цепях. Для ДПТ  .

Динамические характеристики бывают: временные и частотные.

К временным характеристикам относят: переходную характеристику (реакция объекта на скачкообразное изменение воздействия); импульсную переходную характеристику (реакция объекта, т.е. закон изменения выходного параметра объекта, при импульсном изменении воздействия управляющего или возмущающего).

К частотным характеристикам относят: амплитудно-частотные, фазово-частотные, амплитудно-фазовые частотные характеристики (зависимости амплитуды и фазы от частоты).

Динамические модели используются при анализе и синтезе свойств всей системы, а также для построения характеристик. Для аналитического метода построения характеристик используются линеаризированные простые модели. Более точное представление о характеристиках дают нелинейные модели, которые позволяют построить характеристики при использовании численных методов.

При построении динамических моделей  и характеристик ИД постоянного тока принимаются следующие допущения:

1.   Параметры машины на рассматриваемом интервале времени не изменяются.

2.  Гистерезисом магнитной цепи машины пренебрегаем.

3.  Кривую намагничивания будем аппроксимировать кусочно, нелинейной характеристикой типа “насыщения”.

4.  Реакция якоря машины полностью скомпенсирована компенсационной обмоткой.

5.  Трение на валу машины характеризуется сухим трением и мало по величине, что позволяет им пренебречь в этом случае.

С учетом этих допущений система уравнения описывающих работу ИД постоянного тока может быть представлена как: