Разработка аналоговой системы автоматического управления следящим электроприводом (стр. 5 из 9)
Рисунок 2.3 – Структурная схема двухконтурной САУ РЭП
В схеме используется отрицательная обратная связь по скорости и отрицательная обратная связь по току с отсечкой [1].
Цепь обратной связи по току выполнена нелинейной с зоной нечувствительности Uср1, а входной каскад усилителя насыщается при Uсн2.
Требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы, необходимый по соображениям заданного статизма σЗ, определяется следующим образом:
.Перепад скорости в замкнутой системе:
,где δЗ – заданный относительный перепад двигателя при номинальной нагрузке; δЗ=0,05…0,1;
D – заданный диапазон регулирования скорости, D=40.
Перепад скорости в разомкнутой системе:
.Таким образом, требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы, необходимый по соображениям заданного статизма σЗ, составит:
.Необходимый коэффициент обратной связи по скорости
.где kТП – коэффициент передачи тиристорного преобразователя, kТП=55;
kД – коэффициент преобразования двигателя, kТП=0,51;
kРС, kРТ – коэффициенты усиления регуляторов скорости и тока соответственно,
Тогда
.По полученному значению КС,НЕОБХ из приложения Д [ист. 1] выбираем тахогенератор АТ – 161 с параметрами, приведенными в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Параметры тахогенератора АТ – 161
| UВОЗБУЖД, В | ωМАКС, об/мин | kТГ | f, Гц | m, кг |
| 110 | 4000 | 0,096 | 400 | 0,9 |
Согласующий промежуточный усилитель в цепи ОС (см. рис. 2.3) рассчитывается исходя из формулы:
, откуда 
.Скорость идеального холостого хода определяется из уравнения статической характеристики для замкнутой САУ [1]:
.На упорной характеристике выделено пять характерных точек (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5), каждая из которых определяется двумя координатами – значением угловой скорости ω и заданным значением силы тока I:
Т1 ( I = 0, ω= ω0) – точка идеального холостого хода;
T2 ( I = IН, ω= ωН) – точка номинального режима;
Т3 ( I = IНАС , ω= ωНАС) – точка, в которой регулятор скорости переходит в режим насыщения (отрицательная обратная связь по скорости прекращает свое действие). IНАС = (1,3...1,4)·IН – по выбору проектировщика;
Т4 ( I = IОТС , ω= ωОТС) – точка, в которой вступает в действие отсечка по току IОТС = (1,7…1,8)·IН – по выбору проектировщика;
Т5 ( I = IСТ ,ω= ωСТ=0) – точка, в которой наступает стопорный режим: двигатель работает на упор при I=IСТ=2·IН, а скорость ω равна нулю.
Для дальнейших расчётов принимаем следующие значения токов:
IН=16,9 А;
IНАС=1,3· IН=1,3· 16,9=21,97 А;
IОТС=1,8· IН=1,· IН=30,42 А;
IСТ=2·IН=2·16,9=33,8 А.
Просадка скорости при номинальной нагрузке:
Номинальная скорость:
Просадка скорости при токе насыщения:
Скорость в точке насыщения:
.Просадку скорости при наступлении токовой отсечки для замкнутой системы определим по формуле:
.Значение скорости в момент включения отсечки:
.Статическая электромеханическая характеристика в замкнутой САУ ЭП при IНАС<IОТС представлена на рисунке 2.4 и состоит из трёх участков.
На участке I действует обратная связь по скорости (ООС). Величина сигнала UУ2<UСР2, kT··IЯ<UСР1, система находится в режиме поддержания постоянства заданной скорости.
На участке II IДВ>IНАС, UУ2>UСР2, IДВ·kТ<UСР1, перестает действовать обратная связь по скорости. Система превращается в разомкнутую. Наклон характеристики заметно увеличивается.
На участке III IДВ≥IНАС, UУ2>UСР2, IДВ·kТ>UСР1. Вступает в действие отрицательная обратная связь по току (ООТ), под влиянием которой формируется крутопадающая часть характеристики.
Определяем статизм системы:
.Произведём сравнение параметров регулирования во всех вариантах питания электродвигателя: как видно из рисунка 2.4 замкнутая система регулирования обладает самыми лучшими параметрами регулирования, а именно жёсткость рабочей части характеристики стремится к абсолютно жёсткой, следствием чего является малая просадка в скорости даже при больших нагрузках.
2.3 Расчёт входного контура (задатчика интенсивности)
Для получения постоянного динамического тока якоря в переходных режимах система управления электропривода должна обеспечить постоянное ускорение двигателя. Это легко достигается с помощью задатчика интенсивности, схема которого представлена на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Электрическая схема входного каскада САУ РЭП (ЗИ)
Принцип работы задатчика заключается в следующем. Входное постоянное напряжение, пропорциональное заданной скорости привода, заряжает конденсатор С, в цепи которого установлен транзистор VT1, регламентирующий зарядный ток конденсатора. При любой полярности входного напряжения требуемая полярность напряжения на электродах транзистора обеспечивается диодами моста UZ. Благодаря включению транзистора по схеме с общей базой его коллекторные характеристики идут почти параллельно оси абсцисс и зарядный ток конденсатора С остается постоянным вплоть до очень малого значения напряжения на переходе «коллектор-база». Величина зарядного тока регулируется током смещения через эммитерный переход.
При этом напряжение на конденсаторе изменяется во времени согласно уравнению:
где UC - напряжение на конденсаторе, В;
C - емкость зарядного (накопительного) конденсатора, мкФ;
IЗ - сила тока заряда конденсатора, А;
UЗ - напряжение задания, В.
Время интегрирования, нарастания входного сигнала UЗ:
,где ∆ω - нарастание угловой скорости при разгоне от 0 до ωН;
ε – допустимое угловое ускорение, ε=1900 с-2 . Тогда
.Параметры С и UН зарядного конденсатора находятся из уравнения экспоненты:
,где R – общее сопротивление в эмитерной линии, R=RОГР+RП2.
Значение экспоненциального выражения определим как:
. следовательно: