Система автоматического регулирования угловой скорости ДПТ с жесткой отрицательной ОС по скорости двигателя

Структурная схема такой системы имеет вид ( рис.3, а) ) и характеристики двигателя ( рис.3, б) ).

а) б)

Рис.3. Структурная схема САР угловой скорости с жесткой отрицательной ОС по скорости а) и характеристики двигателя б).

Принцип действия жесткой обратной связи по угловой скорости заключается в следующем. С ростом нагрузки на валу двигателя уменьшается его угловая скорость и понижается сигнал с ТГ, находящегося на валу с двигателем М. U_ТГ=8w . Т.к. задающий сигнал U_{3 с} остается постоянным, то сигнал на выходе усилителя ( У ) при понижении w возрастает, следовательно возрастает ЭДС преобразователя ( П ), что автоматически приводит к компенсации падения угловой скорости привода.

Система уравнений для схемы ( рис.3, а ) имеет вид:

U_вх = U_{З с}-gw ; Е_П = k_сU_вх ;

U_Д = Е_п-JR_g ; U_Д = E_Д+ JR_Д ; ( 5 )

E_Д = сw ; М = сJ ;

Здесь U_{З с} - задающее воздействие ( напряжение ) в системе с ОС по скорости. g=U_ос / w - коэффициент пропорциональности ОС по скорости. Все остальные обозначения те же, что и в предыдущем случае.

После соответствующих преобразований получим уравнение для механической характеристики замкнутой системы регулирования.

; ( 6 )

где k=k_c / c - коэффициент передачи ( усиления ) системы. R_Я=R_П+R_Д .

При k=const механические характеристики двигателя линейны. Первый член определяется w_о угловая скорость идеального холостого хода двигателя, второй член - падение угловой скорости, обусловлены изменением момента нагрузки.

Статизм этой системы определяется по формуле при М=М_ном

( 7 )

Из ( 7 ) следует, что статизм может быть сколь угодно малым с возрастанием коэффициента передачи всей системы. Поэтому в системе с отрицательной ОС по скорости можно при большом коэффициенте передачи получить значительный диапазон регулирования. На рис.3, б приведены предельная характеристика 1 при k®¥, характеристики 2,2^’ при конечном значении коэффициента передачи ( усиления ) системы и характеристика двигателя в разомкнутой системе 3.

53.Система подчиненного регулирования частоты вращения дпт П, ПИ- регляторы Увеличение k в системах ограниченно динамической устойчивостью и чувствительностью к помехам. При больших k приходится вводить дополнительные ОС ( гибкие ) и корректирующие звенья, которые делают систему устойчивой, обеспечивая желаемое качество ( время процесса, перерегулирования, колебательности ).

Применение комбинированных ОС расширяет возможности электрического привода в отношении диапазона регулирования.

Организация системы с несколькими ОС осуществляется по принципу подчиненного регулирования. Структурная схема системы, организованная по такому принципу имеет вид ( рис.4 ):

Рис.4 Структурная схема системы подчиненного регулирования частоты вращения.

Система подчиненного регулирования состоит из ряда контуров, число которых равно числу переменных. Эта подчиненность выражается в том, что заданное значение регулируемой переменной любого внутреннего контура определяется выходным сигналом регулятора следующего контура. В результате все внутренние контуры работают как подчиненные задаче регулирования выходной координаты системы. Для каждого внешнего контура внутренний контур ( или несколько внутренних контуров ) входит в состав объекта регулирования.

В системе подчиненного регулирования есть возможность раздельно регулировать переменные и раздельно производить настройку контуров. Это упрощает расчеты системы и практическую ее отладку.

Каждый контур регулирования имеет, как правило, свой усилитель ( регулятор ).

Наиболее часто используется два типа регуляторов: пропорциональный ( П - регулятор ), пропорционально - интегральный ( ПИ - регулятор ) - которые опираются на базе операционных усилителей ( ОИ ).

а) б)

Рис.5 Схемы а) П - регулятора, б) ПИ - регулятора

Сигнал на выходе П - регулятора пропорционален входному, т.е.

U_вых=kU_вх , где k=R_ос / R₁

Сигнал на выходе ПИ - регулятора пропорционален входному сигналу и интегралу от входного сигнала:

;

или в операционной системе:

;

где Т_о=R_0cc; k=R_0c / R₁; T₀₁=R₁c; p - оператор.

Сигнал на выходе ПИ - регулятора перестанет изменяться во времени и будет сохранять некоторые значения, только когда входной сигнал равен нулю. Если на входе такого регулятора поступает разность задающего сигнала и сигнала ОС, то в установившемся статическом режиме эти сигналы равны, что соответствует принципу астатического регулирования - сигнал управления изменяется регулятором до тех пор, пока не будет достигнуто равенство задающего сигнала и сигнала ОС, т.е. пока не будет устранена ошибка регулирования.

Настройку контура ( расчет и выбор элементов последовательных корректирующих цепей), т.е. выбор типа регулятора и расчет его параметров проводят так, чтобы получить технически оптимальный переходный процесс.

Технически оптимальным называется такой переходный процесс, при котором время t₁ ( смотри рис.5 ) изменения регулируемой величины от 0 до установившегося значения было бы минимально возможным при перерегулировании D x_вых не превышающим допустимого значения примерно 4¸10%.

Рис.5

- номинальное сопротивление;

Потери электричества:

; ;

где R_t - сопротивление обмотки в нагруженном состоянии;

R₀ - сопротивление обмотки при номинальной температуре;

a-h=0.004 ; q - температура перегрева.

Потери мощности:

;

Полные потери:

;

Переменные потери:

;

- коэффициент потерь ( 0.5¸2 );

, где x=J_я / J_{я ном} - коэффициент нагрузки.