close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Билет №22

код для вставкиСкачать
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 22
1 Коэффициенты ошибок систем по положению, скорости и ускорению. Оценка установившихся ошибок регулирования систем управления при различных видах входных воздействий и числе интеграторов в разомкнутом контуре.
Коэффициенты ошибок СУ ЭП
по положению, скорости и ускорению
Статические режимы СУ ЭП характеризуются установившимися состояниями при неизменных входных воздействиях. Статическая характеристика системы - это зависимость выходной переменной от какой-либо входной переменной в статическом (установившемся) режиме.
Примером статической характеристики является механическая характеристика электропривода - зависимость угловой частоты вращения вала двигателя от момента нагрузки на валу в установившихся режимах. Для электропривода постоянного тока такая характеристика приведена на рис. 5.1. Рис. 5.1. Статическая механическая характеристика двигателя постоянного тока
Как видим, при увеличении нагрузки на валу двигателя скорость вращения вала двигателя падает и появляется статическая ошибка регулирования скорости. При изменении нагрузки от нуля до номинального значения Mсн скорость вращения уменьшается от скорости холостого хода до номинальной скорости . В номинальном режиме абсолютная величина статической ошибки регулирования скорости вращения
.(5.1)
Найдем выражения для установившейся ошибки регулирования в общем случае изменения задающих или возмущающих воздействий линейной СУ ЭП.
Передаточная функция любого замкнутого контура регулирования электропривода с отрицательной обратной связью (рис. 5.2) определяется передаточными функциями прямого и обратного каналов регулирования [3]:
.(5.2)
Рис. 5.2. Структурная схема замкнутого контура регулирования
Отсюда изображение ошибки регулирования в системе
,(5.3)
а передаточная функция по ошибке
.(5.4)
Как следует из (54.3), ошибка регулирования будет стремиться к нулю при X = const, если , что предполагает реализацию бесконечно большого усиления в устройстве управления и может привести к неустойчивости системы. Кроме того, реальные динамические звенья обладают конечными коэффициентами усиления, что приводит к возникновению ненулевой статической ошибки регулирования. Между тем, статическая ошибка регулирования в системе при неизменном входном воздействии может быть сведена к нулю, если сделать равной нулю передаточную функцию ошибки по задающему (возмущающему) воздействию при p=0. Для этого достаточно в прямой или обратный канал регулирования системы, приведенной два рис. 5.2, ввести интегрирующее звено. На практике интегрирующее звено вводят в структуру устройства управления, применяя И-, ПИ-, ПИД-регуляторы. Это обеспечивает и, тем самым, нулевую статическую ошибку регулирования. Такие системы принято называть астатическими нулевого порядка по задающему или (и) возмущаещему воздействию. Для придания системе астатизма более высокого порядка в структуру регулятора вводят соответствующее число интеграторов. Величина установившейся ошибки регулирования, наличие и порядок астатизма замкнутой САУ определяются не только ее моделью, но и видом входного сигнала. Определим, как вид входного воздействия влияет на величину установившейся ошибки.
Передаточную функцию прямого канала СУ ЭП запишем в виде
,(5.5)
гдеK - коэффициент передачи,
pj, zi - полюсы и нули передаточной функции (5.5).
Для определения величины установившейся ошибки рассмотрим случай единичной обратной связи, т. е. =1.
В установившихся режимах (при p = 0) передаточную функцию (5.4) можно записать в виде
,(5.6)
гдеKi - коэффициент ошибки системы, определяемый видом входного воздействия, i = 0, 1, 2.
Поскольку в качестве типовых тестовых сигналов применяют ступенчатое, линейное и квадратичное входное воздействие, то для оценки установившихся ошибок в системе выделяют 3 типа коэффициентов ошибок:
1) коэффициент ошибки по положению (i = 0)
;(5.7)
2) коэффициент ошибки по скорости (i = 1)
;(5.8)
3) коэффициент ошибки по ускорению (i = 2)
.(5.9)
Как следует из выражений (5.3)...(5.9), установившиеся ошибки СУ ЭП могут иметь нулевое, бесконечное или постоянное значение в зависимости от числа интеграторов в передаточной функции W1(p) и типа входного сигнала. Установившиеся ошибки для трех типов входных воздействий и трех типов передаточной функции W1(p) - с отсутствием интеграторов, с одним и с двумя интеграторами - приведены в табл. 5.1. Табл. 5.1
Число интеграторовВходной сигналСтупенчатый
Линейный
Квадратичный
012
2.Приведите способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока.
С точки зрения, регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока являются универсальными. Можно регулировать скорость за счет изменения сопротивления в цепи якоря, потоком и подводимым напряжением. Это видно из формулы: .
1.Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря.
Уравнения токов до и после введения сопротивления
, , откуда , т. е. ток и момент уменьшается () .
При этом и скорость уменьшается. С уменьшением скорости ток якоря возрастает, и он достигнет исходного тока якоря, но при меньшей скорости .
Переходный процесс показан на рис. 50.
Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря осуществляется в сторону уменьшения скорости, рис. 51.
Но так как ток якоря протекает по Rр, то увеличиваются общие потери, и снижается кпд. При постоянном токе, за счет увеличения падения напряжения , скорость двигателя уменьшается.
2.Регулирование частоты вращения за счет изменения потока
Ток якоря до и после изменения потока , , их отношение . Уравнение моментов . Уменьшим поток на , т. е. , . Напряжение примем за единицу, тогда .
Ток якоря возрос в 3,3 раза, тогда , то и (возрастает). Переходный процесс представлен на рис. 52.
Ток . С увеличением скорости вращения, ток якоря будет уменьшаться, но он будет больше исходного т. к. уменьшен поток. При уменьшении потока частота вращения возрастает, рис 53.
Рис. 53.
Как правило, регулирование частоты вращения изменением потока производят в сторону увеличения. В сторону уменьшения регулирование мало эффективно из-за насыщения магнитной цепи.
3.Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения производится следующими способами:
А) Система генератор-двигатель (Г-Д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).
В) Широтно-импульсное регулирование.
А) Система Г-Д, рис.54.
Рис. 54.
Увеличивая ток возбуждения генератора iвг, возрастает поток Фг и Ег, а следовательно увеличивается напряжение на якоре двигателя и скорость возрастает. Регулирование происходит плавно при малых потерях энергии.
Эта система используется при большой мощности двигателя (подъёмники, прокатные станы, экскаваторы и т.д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель.
В системе Г-Д используется большое число машин, что увеличивает стоимость установки и снижает надежность.
Поэтому в последнее время для регулируемого напряжения все чаще используются статические преобразователи, рис.55.
Рис. 55.
Увеличивая угол управления - площадь полупериода уменьшается, уменьшается среднее значение напряжения - Uср, а следовательно уменьшается скорость вращения.
В) Широтно-импульсное регулирование.
Идея регулирования напряжения подводимого к двигателю заключается в том, что, изменяя длительность подключения двигателя ключом (К) к сети, изменяется среднее значение напряжения, рис. 56. В качестве ключа используются схемы на базе тиристоров или транзисторов.
Рис. 56.
Изменяя время импульса tи изменяется скважность ,
где t4 - время импульса;
tп - время паузы.
Среднее значение Uср=U0.
.
Как видим, изменяя среднее значение напряжения, можно регулировать частоту вращения двигателя. Эта система широко используется вместо контактакторно-резисторных систем.
3.Типовые структуры следящих СУЭП (датчики положения в следящих СУЭП; функциональная схема СУЭП с сельсин-парой; функциональная схема СУЭП с СКВТ; функциональная схема СУЭП с частотно-импульным датчиком положения)
Техническая структура и точность следящего электропривода определяются, прежде всего, типом применяемого датчика положения. В качестве датчиков положения следящих САУ применяются:
- многооборотные прецезионные потенциометры с линейной характеристикой (точность отработки рассогласований - 0,2%...0,6%); - сельсины (точность отработки рассогласований - 0,2...1);
- синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (точность отработки рассогласований - десятые доли...единицы угловых минут);
- круговые индуктосины (точность отработки рассогласований - единицы...десятки угловых секунд);
- линейные индуктосины (точность отработки рассогласований - единицы...десятки микрон);
- цифровые и импульсные датчики положения (точность отработки рассогласований - до 0,001%). Заметим, что точность следящей САУ не может быть выше точности применяемого датчика. Наиболее широкое распространение в САУ, в частности в следящих САУ металлорежущих станков (МС) и промышленных роботов (ПР), нашли фазовые датчики перемещений индукционного типа - сельсины, СКВТ, индуктосины. На рис. 8.23. приведена функциональная схема следящего электропривода с СКВТ, работающего в режиме фазовращателя. Рис. 8.23. Функциональная схема следящего привода с СКВТ
СКВТ представляет собой индукционную микромашину, напоминающую двухфазную асинхронную машину с фазным ротором. На статоре расположены 2 обмотки, сдвинутые в пространстве на 90 и питающиеся синусоидальными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 90. Благодаря этому образуется круговое, вращающееся со скоростью  , магнитное поле. При этом в роторных обмотках индуцируется ЭДС, имеющая такую же частоту, но сдвинутая по фазе относительно опорного напряжения на угол , определяемый углом поворота ротора СКВТ. Ротор СКВТ кинематически связан с перемещаемым (вращаемым) узлом МС, ПР или иной установки (см. пунктирную линию на рис. 8.23).
Задающее устройство представляет собой фазовый преобразователь ФП, на который подаются два сигнала: синусоидальное напряжение Um sin( t) от генератора синусоидального напряжения ГСН и цифровой код, пропорциональный заданному угловому перемещению з рабочего органа, от устройства числового программного управления УЧПУ. ФП осуществляет сдвиг по фазе синусоидального сигнала на угол з. Фазовый дискриминатор ФД осуществляет сравнение сигнала задания с сигналом обратной связи, поступающий с роторной обмотки СКВТ, и формирует напряжение, пропорциональное ошибке слежения U. Устройство управления УУ следящим приводом обеспечивает формирование оптимального сигнала управления Uу электромеханическим приводом (силовым модулем, состоящим из силового преобразователя энергии СПЭ и электродвигателя). Оно включает в себя регуляторы положения, скорости и тока двигателя, корректирующие звенья, обеспечивающие формирование первой и, в общем случае, второй производных от задающего и возмущающего воздействий (см. предыдущий раздел).
Следует отметить, что СКВТ с одной парой полюсов (Zp=1) имеют сравнительно невысокую точность (менее 1). Значительно более высокую точность имеют многополюсные СКВТ, у которых цена оборота фазы равна 360/Zp). Существенное повышение точности следящей САУ можно достичь, если измерение положения осуществлять в дискретной форме. В таких системах не только задание, но и контроль отработки, и выработка сигнала управления положением производится в цифровой или импульсной форме. Функциональная схема следящей САУ с импульсным датчиком положения приведена на рис. 8.24.
Рис. 8.24. Функциональная схема следящей САУ с импульсным датчиком положения
Обозначения на схеме:
УЧПУ - устройство числового программного управления;
РИ - распределитель импульсов;
РСч - реверсивный счетчик импульсов (двоичный или двоично-десятичный);
РП - регулятор положения;
ПКН - преобразователь "код-напряжение";
ПЧН - преобразователь "частота-напряжение";
КУ - корректирующее устройство;
КРС - разомкнутый контур регулирования скорости;
РО - рабочий орган;
ЧИД - частотно-импульсный датчик.
Задание положения осуществляется устройством числового программного управления УЧПУ типа NC в дискретной форме, т.е. приращение перемещения за некоторый промежуток времени задается числом импульсов, соответствующих этому перемещению (см. сигнал fзп на рис. 8.24). По сути дела задающее воздействие определяет заданную кадром программы скорость электропривода на данном отрезке времени. В качестве датчика положения применен частотно-импульсный датчик ЧИД, выходная частота которого пропорциональна скорости электродвигателя. Распределитель импульсов РИ осуществляет исключение полностью совпадающих импульсов по каналам задания и обратной связи. Реверсивный счетчик импульсов РСч формирует код ошибки отработки перемещения N, а цифровой регулятор положения РП формирует код задания скорости Nзс следящего электропривода (например, пропорционально N ). На входе КРС суммируются 3 сигнала: напряжение задания скорости Uзс, напряжение частотно-импульсного датчика скорости Uдс (отрицательная обратная связь) и напряжение корректирующего устройства Uку (положительная компенсирующая связь), обеспечивающее форсирование отработки изменения задающего воздействия следящей САУ. При ПД-структуре КУ на его выходе формируются компенсирующие воздействия по первой и второй производной задающего воздействия, что позволяет обеспечить астатизм второго порядка по этому воздействию.
Несомненным достоинством приведенной структуры следящей САУ с импульсным датчиком скорости является применение единого частотно-импульсного датчика в каналах регулирования скорости и положения. На рис. 9.26 приведена электрическая схема трансформаторной синхронной передачи на сельсинах. По принципу действия она аналогична трансформаторной передаче на ВТ
Рис. 9.26. Схема трансформаторной синхронной передачи.
1
Документ
Категория
Разное
Просмотров
92
Размер файла
268 Кб
Теги
билет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа