Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Коригувальні пристрої

1. Аналіз скорегованого приводу

Теоретичне дослідження СП почнемо з визначення залежності між кутом повороту вихідного вала й впливами, що прикладаються до СП (мал. 1, а). У загальному випадку ці впливи ділять на керуючі, прикладені до входу СП у вигляді кута повороту вхідного вала або напруги , та збурюючі, що сприймаються силовою частиною привода у вигляді моменту збурювання .

Рис. 1 Схеми СП з пропорційним управлінням

Розглянемо функціональну схему приладового СП (рис. 1, а). Відхилення виконавчої осі від, задавальної () сприймається й перетворюється в електричний сигнал двома потенціометрами і . Напруга неузгодженості підсилюється підсилювачем і подається на двигун . Двигун через редуктор обертає навантаження Н і корпус потенціометра до узгодженого положення.

На підставі функціональної схеми СП складемо структурну схему, у якій кожний функціональний елемент представимо своєю передатною функцією. Керувач, що виконаний на потенціометричній трипровідній вимірювальній схемі, представимо у вигляді елемента порівняння й підсилювальної ланки з коефіцієнтом передачі . Підсилювач сигналу неузгодженості теж може бути представлений підсилювальною ланкою з коефіцієнтом передачі у випадку реалізації його на напівпровідникових елементах.

Електродвигун з врахуванням запізнювання в зміні швидкості () і моменту () згідно рис. 2 може бути представлений послідовним з'єднанням підсилювального, коливального та інтегруючої ланок. Крім того, до силової частини привода прикладається збурювальна дія через ланку з передвальною функцією .

Редуктор, що зв'язує вал двигуна з виконавчим валом СП, представимо у вигляді підсилювальної ланки з передавальним коефіцієнтом .

Відповідно до отриманої схеми (рис. 1, б) складемо систему линеаризованих диференціальних рівнянь.

1. Рівняння елемента порівнянь

, (1)

де - похибка неузгодженості.

2. Рівняння перетворювача

, (2)

де - напруга похибки;

-- коефіцієнт пропорційності, що характеризує крутість перетворювача.

3. Рівняння підсилювача напруги

, (3)

де - напруга на виході підсилювача;

- коефіцієнт підсилення підсилювача.

4. Рівняння виконавчого двигуна відповідно до (2.34)

, (4)

де - коефіцієнт передачі двигуна по швидкості;

- кут повороту вала двигуна;

, - електромагнітна та механічна постійні часу;

- постійна складова моменту збурювання;

- коефіцієнт демпфірування двигуна;

- передаточне число редуктора.

5. Рівняння редуктора

, (5)

де - передаточний коефіцієнт редуктора.

Підстановкою з (5) в (4) одержуємо рівняння силової частини привода (двигун - редуктор)

або . (6)

Тут операторний багаточлен характеризує запізнювання, обумовлене інерційністю елементів силової частини привода, у зміні швидкості вихідного вала при стрибкоподібній зміні керую вального сигналу:

. (7)

При наявності в СП генератора й ЕМП, а також враховуючи інерційність електронного підсилювача вид операторного багаточлена ускладнюється. Наприклад, при наявності ЕМП

,

де , - постійні часу ЕМП.

Операторний багаточлен характеризує запізнювання в зміні швидкості наростання моменту:

.

У всіх випадках , .

При спільному розв'язку рівнянь (2), (3), (4) одержуємо диференціальне рівняння СП в оператор ній формі

або , (8)

де - коефіцієнт підсилення розімкнутої системи.

Як випливає з рівняння (8), похибка привода залежить як від керувальних, так і від збурюючих дій. Результуючу похибку можна одержати у вигляді суми складових від кожного виду дій, тому що в лінійних системах реакції на різні дії можна розглядати роздільно:

. (9)

Вважаючи, що збурювальний момент відсутній , одержуємо:

.

Визначимо вираз характерних для приводу передавальних функцій. Передавальна функція розімкнутого СП

(10)

Відповідно зворотна передавальна функція розімкнутого СП

.

Структурну схему СП з врахуванням виразу (10) можна спростити (рис. 1, в).

Передавальні функції замкненого приводу і похибки можуть бути визначені за допомогою відомих з теорії автоматичного регулювання формул взаємозв'язку для систем з одиничним ЗЗ

, (11)

Звідси передавальна функція замкненого привода

.

Передавальна функція похибки привода

. (12)

Вираз

, (13)

одержаний як знаменник передавальної функції замкнутого контуру, є його характеристичним рівнянням.

Для оцінки стійкості приводу за критерієм Гурвіца напишемо рівняння СП (13) у розгорнутому виді з врахуванням виразу (7):

. (14)

Оскільки всі коефіцієнти рівняння позитивні, стійкість привода буде забезпечена при виконанні нерівності

.

Точність приводу оцінимо значенням похибки по керувальній та збурювальній діях.

Похибка по керувальній діях згідно (12)

. (15)

У режимі, що встановився, рух з постійною швидкістю [, ] у СП виникає похибка, що називається швидкісною:

. (16)

Для оцінки впливу збурюючого моменту на похибку приводу приймемо і визначимо передавальну функцію похибки за відношенням до збурювальної дії, замінивши у виразі (8):

.

Передавальна функція похибки по збурювальному моменту

. (17)

Як випливає з виразу (17), по відношенню до моменту збурювання СП є статичним. Для визначення значення уста-новленої похибки у рівнянні (17) вважаємо , , . Тоді

. (18)

Похибка, викликана постійною складовою моменту збурювання , називається моментною похибкою СП.

Сумарна похибка приводу, що встановилася, обумовлена виразом

,

залежить від коефіцієнта підсилення розімкнутого привода. Чим більше цей коефіцієнт, тим точніше привод і вища його добротність. Добротність по швидкості визначається відношенням встановленої швидкості вхідного вала до встановленої швидкісної похибки, що виникає при цьому:

. (19)

Як випливає з отриманого співвідношення, добротність СП по швидкості чисельно дорівнює коефіцієнту посилення розімкнутого привода.

Таким чином, вимоги до точності СП можуть бути задоволені шляхом збільшення коефіцієнта підсилення розімкнутого привода, що позитивно позначається й на його швидкодії, оскільки розширюється смуга пропускання. Проте при цьому зростає коливальність, а отже, погіршується стійкість СП. Розв'язати це протиріччя, забезпечити необхідну стійкість і якість роботи при заданій передавальній функції незмінювальної частини СП дозволяють коригувальні пристрої.

2. Призначення коригувачів

Коригувач - пристрій, що спеціально вводиться в контур регулювання для забезпечення необхідних динамічних властивостей СП.

В СП застосовують різні методи корекції:

– в'язким демпфіруванням;

– зменшенням нелинійностей СП;

– зміною частотних характеристик СП.

Перший метод корекції пов'язаний з введенням у СП додаткового моменту в'язкого тертя, що сприяє гасінню коливань і зменшенню інерційності привода. В СП це досягається закріпленням на валу двигунів спеціальних пристроїв - демпферів (повітряних чи електромагнітних) або створенням в асинхронних двигунах постійного магнітного потоку, що взаємодіє з порожнім ротором під час прискорення або сповільненням руху. В'язке демпфірування забезпечує відносну простоту проектування й виготовлення СП, але застосовується в основному в приводах малої потужності внаслідок значної витрати потужності на обертання демпферів в установленому режимі та зміною в'язкості рідини при коливаннях температури.

Зменшити не лінійність СП, обумовлену наявністю зазорів, моменту тертя і погіршуючу якісні показники приводу, можна шляхом використання вібрації. Так, для знаття статичного моменту тертя в підшипниках передбачають проміжну обойму, яка під дією спеціального пристрою вібрує з великою частотою і малою амплітудою.

Корекція приводів зміною частотних характеристик найприйнятніша в СП. Цей спосіб зводиться до введення в сигнал управління крім сигналу похибки сигналів, що пропорційні до похідних та інтегралів від похибки і збурень.

В залежності від закону формованого сигналу регулювання визначають місце включення коригувала. (рис. 2). За цією ознакою коригувачі поділяють на:

– послідовні ;

– паралельні , ;

– коригувальні ЗЗ - , .

Рис. 2 Схема включення СП

По виду частотних характеристик коригувачі ділять на:

– диференціювальні;

– інтегрувальні;

– інтегродиференціювальні.

В залежності від виду використовуваної енергії коригувачі поділяють на:

– електричні;

– електромеханічні;

– електрогідравлічні.

По виду диференціального рівняння розрізняють лінійні коригувачі, що описуються диференціальними рівняннями з постійними коефіцієнтами, та нелінійні, що описуються нелінійними диференціальними рівняннями. Крім того, коригувачі ділять на активні й пасивні залежно від того, чи виконують коригувачі крім основної функції перетворення ще й функцію підсилення перетвореного сигналу.

Основними вимогами до коригувачів, є:

– надійність у роботі;

– незалежність перетворень від частоти джерела живлення;

– стабільність вихідних параметрів, особливо в приводах підвищеної точності.

3. Послідовні, паралельні коригувальні пристрої та коригувальні зворотні зв'язки

Послідовні коригувачі. Ці пристрої, що описуються передавальною функцією , включаються послідовно в ланцюг ланок з незмінними параметрами й служать для безпосереднього перетворення сигналу розузгодження (див. рис. 2). Послідовні коригувачі реалізуються у вигляді електричних , , -контурів. Залежно від схеми контуру на його виході виділяється похідна або інтеграл похибки, яка підсумуються з основним сигналом неузгодженості. Представлений на рис. 3 СП скорегований послідовним диференціювальним контуром (, , ).

Рис. 3 Послідовні КП

Оскільки контур вклю-чений послідовно, то при він не змінює похи-бок приводу ; і трохи їх збільшує за рахунок ослаб-лення, що вноситься при . Ріст похибок у цьому випадку можна компенсувати, збільшуючи добротність привода шляхом підвищення коефіцієнта підсилення підсилювача.

Стійкість СП при введенні послідовних коригувачів підвищується за рахунок їх впливу на частотні властивості привода. Характер впливу залежить від типу контуру (рис. 4): інтегрувального, диференціювального, інтегродиференціювального. Немає необхідності в детальному розгляді кожного контуру, тому що по виду ЛАЧХ можна судити про вплив контуру на привод. Зупинимося на аналізі інтегрувального контуру (рис. 4, а). Його передавальна функція



Рис. 4 Типи і частотні характеристики послідовних КП

,

де; .

Якщо на вхід контуру надходить постійний або повільно мінливий сигнал (), то контур проявляє себе як дільник напруги з коефіцієнтом передачі , оскільки конденсатор має нескінченно великий опір. І тільки із частоти () конденсатор починає розряджатися й інтегрувати вхідний сигнал з похибкою, обумовленою наявністю резисторів. Наочно ілюструє сказане вище ЛАЧХ контуру.

Як видно із ЛФЧХ даного контуру, він діє як аперіодична ланка й вносить запізнювання по фазі від до при .

Інтегрувальний контур з ослабленням, передавальна функція якого

,

де (рис. 4), має наступні характеристики:

на частотах, менших , не вносить ослаблення сигналу, а починаючи із частоти , перестає інтегрувати. Крім того, цей контур вносить менше запізнювання по фазі, ніж контур на рис. 4, а.

Введенням диференціювального контуру з передавальною функцією

,

де; , досягається позитивний фазовий зсув (рис, 4, в) в істотному для якості привода діапазоні частотою підвищення його стійкості.

Контур, показаний на рис. 4, г, сформований з двох попередніх - інтегрувального, та диференціювального - і дає результуючий інтегродиференціювальний ефект, обумовлений передавальною функцією виду

,

де; ; ; .

Такий контур дозволяє одержати оптимальне з погляду якості привода розв'язок і тому знаходить найбільше застосування в техніці коригування СП.

Простота виготовлення та компонування контурів у єдиному корпусі з підсилювачем, можливість швидкої заміни є безсумнівними перевагами послідовних коригувачів. До недоліків слід віднести ослаблення сигналу, внесеного контуром у ланцюг керування, необхідність додаткового посилення, залежність коригувального ефекту від стабільності характеристик незмінної частини й перешкод.

Паралельні коригувачі. Для надання приводу необхідних динамічних властивостей паралельно до основних елементів з незмінними параметрами включають коригувач (див. рис. 5), які служать для утворення клерувального сигналу або збурювального сигналу .

Рис. 5 СП з паралельним КП

Для реалізації паралельного коригувача в ланцюг керувального сигналу включають датчик швидкості - тахогенератор кінематично пов'язаний із вхідним валом СП (рис. 5, а), що створює напругу , пропорційну першій похідній від кута повороту. На вході підсилювача А ця напруга додається до сигналу розузгодження :

, (20)

де -крутизна характеристики датчика швидкості.

Рівняння підсилювача (3) в цьому випадку набуває вигляду , а рівняння силової частини (6)

. (21)

Розв'язуючи разом (20) і (21) одержуємо

,

або . (22)

де - коефіцієнт передачі зв'язку по похідній від управляючої дії.

. (23)

Замінюючи в рівнянні (22) , одержуємо диференціальне рівняння руху СП з паралельним коригуванням сигналами, що пропорційні похідним від вхідної величини:

. (24)

Передавальну функцію помилки по управляючій дії визначається з рівняння (24) шляхом заміни .

.

Прийнявши , , одержуємо

. (25)

З порівняння виразів (16) та (25) видно, що застосування датчика швидкості вхідного вала забезпечує зменшення швидкісної похибки. Значення моментної складової похибки залишається попереднім. Для аналізу впливу паралельної корекції на стійкість приводу необхідно перетворити рівняння (24), зробивши заміну , та прийняти :

.

Коефіцієнт позначимо через - постійну часу в ланцюгові датчика швидкості і визначимо передавальну функцію замкнутого привода

. (26)

Отримана передатна функція, що зв'язує вхідну величину з регульованою координатою , дозволяє зробити висновок, що включення датчика швидкості по клерувальному впливу рівнозначно включенню послідовно з головним контуром регулювання КП з передавальною функцією (рис. 5, б) Аналізуючи знаменник передавальної функції (26), що представляє собою характеристичне рівняння скоректованого СП, і порівнюючи його з виразом (13), робимо висновок, що стійкість приводу, що визначається параметрами замкненого контуру, не залежить від датчика швидкості вхідного вала.

Таким чином, зв'язок по швидкості зміни клерувального сигналу сприяє підвищенню точності приводу, не впливаючи на стійкість.

Паралельні КП в ланцюгові сигналу по збурювальному моменту (див. рис. 2). Ці пристрої, що включаються послідовно з датчиком моменту , служать для зниження моменту ний складової похибки у випадку гармонійного закону зміни моменту. При постійному навантаженні на СП статичною похибкою можна знехтувати, якщо відповідним чином вибрати коефіцієнт підсилення привода згідно умові (18).

Коригувальні ЗЗ. Пристрої, що включаються в ланцюг ЗЗ і виробляють сигнали, пропорційно швидкості та прискоренню вихідного вала, утворюють коригувальні зворотні зв'язки. Коригувальні ЗЗ можна розділити на жорсткі, що діють як в установленому, так і в перехідному режимах, і гнучкі, що проявляються тільки в перехідних процесах.

Схема СП із жорстким ЗЗ по швидкості вихідного вала показана на рис. 6, а. Для створення ЗЗ використовується напруга , вироблена датчиком швидкості приймальним тахогенератором, пов'язаним з вихідним валом через редуктор . Якщо з якої-небудь причини швидкість вихідного вала зросте, то напруга із тахогенератора збільшиться, і на вхід підсилювача в протифазі із сигналом неузгодженості подається напруга ЗЗ. Сумарна напруга на вході підсилювача зменшується, і швидкість двигуна впаде.

Рис. 6 СП з коригувальним ЗЗ по швидкості

Напруга, що надходить на вхід підсилювача в цьому випадку

, (27)

де - приведена до вала двигуна крутизна характеристики датчика швидкості, .

Підставляючи (27) в рівняння (6) силової частини, одержуємо диференціальне рівняння СП з стабілізацією, що пропорційна швидкості вихідного вала:

або , (28)

де - коефіцієнт підсилення зв'язку по швидкості вихідного вала;

. (29)

Передавальні функції розімкнутого привода по керувальній дії

; (30)

. (31)

У відповідності з виразом (30) складаємо структурну спрощену схему скорегованого СП (рис. 6, б).

Передавальна функція замкнутого привода

. (32)

Для аналізу приводу на стійкість використаємо характеристичне рівняння, яким є знаменник виразу (32):



або в розгорнутому вигляді з врахуванням (7)

. (33)

З порівняння виразів (14) і (33) бачимо, що стійкість привода зросла при введенні датчика швидкості вихідного вала, оскільки збільшився коефіцієнт при характеристичного рівняння і підсилилась нерівність

Для оцінки точності привода перетворимо диференціальне рівняння привода (29), замінюючи :

. (34)

Вважаючи, що привод перебуває в спокої, знаходимо при

.

Моментна складова похибки, що визначається в режимі спокою, порівняно з (18) не змінилась, оскільки сигнал з датчика швидкості надходить тільки в режимі руху.

Швидкісну похибку приводу визначаємо з виразу (34), вважаючи , , :

. (35)

Швидкісна похибка (35) скоректованого СП у порівнянні з похибкою (16) привода без корекції зросла. Збільшення швидкісної похибки можна пояснити тим, що напруга ЗЗ, призначена для ослаблення коливань у перехідних процесах, надходить на вхід підсилювача й у режимах руху з постійно швидкістю, зменшуючи коефіцієнт передачі.

Компенсація втрати напруги на вході підсилювача може відбутися тільки за рахунок збільшення сигналу розузгодженості, тобто самої похибки. Щоб уникнути зменшення точності привода жорсткий ЗЗ по швидкості перетворюють у гнучкий шляхом уведення додаткових пасивних диференціювальних ланцюгів, з передавальною функцією або . Напруга із ТГ надходить на вхід підсилювача через диференціювальний контур , (рис. 6, в). Завдяки включенню конденсатора ланцюг ЗЗ буде розірваний в установленому режимі, оскільки конденсатор заряджений. І тільки на час перехідного процесу за рахунок перезаряджання конденсатора ланцюг ЗЗ відновлюється. Порядок диференціювання при цьому підвищується, і в підсилювач вводяться сигнали пропорційно прискоренню вихідного вала.

Структурна схема СП із гнучким ЗЗ пo прискоренню показана на рис. 7, а. За допомогою датчика прискорення виробляється напруга , що надходить на вхід підсилювача в протифазі із сигналом розузгодження:

. (36)

де - приведена крутизна датчика прискорення, .

Підставляючи отриманий вираз (36) у рівняння (6), одержуємо.

.



Рис. 7 СП з коригувальним ЗЗ по прискоренню

Диференціальне рівняння СП зі стабілізацією, що пропорційна прискоренню вихідного вала, має вигляд

, (37)

де - коефіцієнт передачі зв'язку по прискоренню;

. (38)

Передавальна функція розімкнутого привода по керувальному впливу

. (39)

Обернена передавальна функція розімкнутого приводу



Структурна схема, що відповідає виразу (39), представлена на рис. 7, б.

Передатна функція замкненого привода

. (40)

Оцінимо точність привода, для чого перетворимо рівняння (37), замінивши :

. (41)

Швидкісну похибку привода при постійній кутовій швидкості вхідного вала визначимо з (741), вважаючи що , , :

. (42)

Зіставляючи вирази (42) і (16) бачимо, що швидкісна похибка не змінилася в порівнянні з похибкою привода без корекції. Зворотний зв'язок по прискоренню, що діє тільки в перехідних режимах, не впливає також і на моменту складову похибки.

Аналіз стійкості скорегованого привода проведемо, досліджуючи за критерієм Гурвіца характеристичне рівняння замкненого привода, знайдене з виразу (40):

.

З урахуванням виразу (7) одержимо

. (43)

Як видно з (43), стійкість привода зросла, тому що збільшився коефіцієнт при другій похідній характеристичного рівняння порівняно з (14), і нерівність підсилилося.

Таким чином, корегувальний ЗЗ по прискоренню вихідного вала, не впливаючи на точність привода в усталеному режимі, підвищує стійкість СП.

Як правило, корекція СП здійснюється комбінацією послідовних, паралельних КП і коригувальних ЗЗ. У випадку застосування ЗЗ по швидкості й прискоренню зворотна передатна функція скоректованого привода

.

При використанні одного контуру, тобто для ,

. (44)

Відповідно до цього виразу структурна схема СП представлена на рис. 8, а.

Комбінований спосіб корекції забезпечує одержання найкращих якісних показників і запасів стійкості.

Найдоцільнішим з цієї точки зору є спільне використання датчиків швидкості, що задавального й виконавчого валів (рис. 8, б). Напруги, вироблювані ними, подаються на вхід підсилювача у вигляді суми



Рис. 8 Структурні схеми скоригованого СП

У випадку застосування однакових датчиків швидкості корекція привода здійснюється сигналом, пропорційним похідній від похибки, тому що . Тоді

. (45)

Для виводу диференціального рівняння руху привода скористаємося рівнянням (21), підставивши в нього (45):

,

або

. (46)

Замінюючи в рівнянні (46) , одержуємо рівняння привода з керуванням по похідній



Передавальна функція розімкнутого привода по керувальному впливу

. (47)

Передавальна функція замкненого привода після перетворень

. (48)

Передавальна функція похибки

. (49)

Аналізуючи вираз (49) при постійній швидкості руху , і відсутності збурю вального моменту, одержуємо

Очевидно, що швидкісна похибка СП залежить від співвідношення коефіцієнтів зв'язку по швидкості задавального й виконавчого валів. Похибка виходить такою ж, як у приводі без корекції: при виконанні умови . При виконанні умови повної компенсації привод працює без похибки, оскільки по відношенню до клерувального впливу він стає астатичним другого порядку. Передавальна функція (47) при повній компенсації набуває вигляду

,

де .

Запас стійкості привода збільшується в порівнянні із запасом не скоригованого, але залишається таким же, як при введенні одного датчика швидкості вихідного вала, що випливає з порівняння знаменників передавальних функцій (12), (32), (48).

Таким чином, за рахунок уведення датчика швидкості керувального вала підвищується точність спостереження, а за рахунок уведення датчика швидкості виконавчого вала збільшується стійкість СП.

Істотне значення в СП має технічна реалізація ЗЗ. Як відзначалось вище, в якості датчиків швидкості застосовують ТГ постійного або змінного струму, що виробляють напругу

,

де - крутість характеристики ТГ. Конструктивно ТГ можуть бути вбудовані в єдиний корпус із двигуном, сидіти з ним на одному валу або кінематично бути зв'язаними за допомогою редуктора.

Реалізація ЗЗ по прискоренню ускладнюється відсутністю підходящих датчиків прискорення, тому в електричних СП застосовують непрямий ЗЗ по моменту навантаження (на рис. 2 - датчик моменту), що пропорційний прискоренню.

Згідно з виразом (2.18) і (2.29)

. (50)

де - приведений момент інерції обертових мас;

- прискорення навантаження;

- приведений момент навантаження;

- коефіцієнт двигуна по моменту;

- струм якоря.

Якщо знехтувати моментом навантаження , то можна запивати

. (51)

Уводячи в контур, що складається з генератора , навантаженого двигуном (контур ЕМП - ВД), серієсний резистор (рис. 9 а), на котрому струм якоря створює спадання напруги , можна реалізувати ЗЗ по прискоренню:

, або ,

де - крутизна датчика прискорення;

. (52)

Опір серієсного резистора можна розрахувати за значенням коефіцієнта ЗЗ по прискоренню , розв'язуючи спільно (52) і (38):

. (53)

Недоліком схеми є те, що серієсний резистор повинен бути розрахований на велику силу струму, тому часто для реалізації ЗЗ використовують падіння напруги на компенсаційній обмотці ЕМП (рис. 9, а).

Залежно від виду використовуваного електричного сигналу (струму або напруги) ЗЗ підрозділяють на струмові й по напрузі. Розглянутий зв'язок з використанням резистора відноситься до струмової.

Зворотні зв'язки по напрузі досить різноманітні, їх вихідний сигнал і реалізовані передавальні функції залежать від місця відбору напруги. Найпоширеніша мостова схема, в одне плече якої включена якірна обмотка двигуна постійного струму з незалежним збудженням (мал. 9, б). Живлення схеми мосту здійснюється напругою , що надходить із виходу підсилювача СП. Напруга стабілізації знімається з вимірювальної діагоналі мосту у вигляді різниці напруг:

Рис. 9 Схеми реалізації ЗЗ по прискоренню

. (54)

де - падіння напруги на резисторі дільника ;

- напруга, підведена до якоря двигуна.

У відповідності із другим законом Кірхгофа напругу живлення мосту можна виразити як

. (55)

Спадання напруги дільника

. (56)

З теорії двигунів відомо, що

. (57)

де - опір якірної обмотки двигуна;

- коефіцієнт противоЕРС;

- кутова швидкість двигуна.

Підставляючи з (57) та з (51) у вираз (55) і (56), а потім у вихідний вираз (54), після деяких перетворень одержимо

або

. (58)

де - крутизна датчика швидкості;

крутизна датчика прискорення.

Як видно з рівняння (58), ЗЗ по напрузі дозволяє здійснити корекцію як по швидкості, так і по прискоренню. Роздільну стабілізацію можна реалізувати, змінюючи параметри мостової схеми. Так, при виконанні умови рівноваги мосту , що забезпечується відповідним підбором опорів резисторів, сигнал стабілізації буде визначатися швидкісною складовою . Стабілізація по прискоренню забезпечується виключенням зі схеми резистора . Існують мостові схеми й для двигунів змінного струму, але їх застосовують рідше внаслідок необхідності включення індуктивностей, що ускладнює настроювання мосту на основну гармоніку й обумовлює необхідність установки фільтрів вищих гармонік.

Для реалізацій розглянутих коригувальних ОС не потрібно вводити спеціальні пристрої, що є їхньою величезною перевагою перед КП інших типів. Їхній недолік - збільшення моментной і швидкісний складових похибок. Необхідно відзначити, що ЗЗ по струму крім складової, що пропорційна прискоренню навантаження уводять паразитну складову, пропорційну постійній складовій моменту, яким ми для простоти знехтували у виразі (50).

4. Пасивні та активні коригувачі

Пасивні КП застосовують у вигляді електричних контурів, побудованих на базі пасивних лінійних , -елементів. Вони не містять джерел живлення, і перетворення сигналу супроводжується частковим його ослабленням. Різні комбінації , -елементів надають контурам інтегрувальні та диференціювальні властивості в заданому діапазоні частот. Передавальні функції й частотні характеристики типових контурів визначені заздалегідь і зведені в спеціальні таблиці, що полегшують вибір КП. Деякі найтиповіші контури представлені в табл. 1 із вказівкою відповідних їм передавальних функцій і виразів, що зв'язують параметри елементів контурів з коефіцієнтами передавальних функцій.

Перевагами пасивних контурів є простота виготовлення та широкий клас реалізовуваних функцій. До недоліків слід віднести чутливість до завад і ослаблення сигналу, внесене контурами.

Активні КП поряд з перетворенням сигналу виконують функцію його підсилення. До активних КП відносяться активні пристрої на основі пасивних -ланцюгів; тахогенератори; гідромеханічні КП.

Активні КП першого типу формуються шляхом різних комбінацій пасивних контурів з активними елементами, що виконують роль базових елементів КП. КП, що складається з однопівперіодного ФЧП з інтегрувальним контуром у ланцюзі ЗЗ, показаний на рис. 10, а. Каскад ФЧП зібраний по балансовій мостовій схемі на транзисторах , і вторинних обмотках трансформатора опорної напруги . У діагональ мосту включений резистор навантаження , напруга з якого через фільтр , подається на вихід схеми. При відсутності сигналу розузгодження міст урівноважений, початкові колекторні струми транзисторів, що протікають по у протилежних напрямках, взаємно компенсуються. Вихідна напруга дорівнює нулю. Вхідний сигнал, що надходить на бази транзисторів із трансформатора у протифазі, спричиняє протікання по навантаженню різницевого струму певного напрямку. Вихідна напруга, що знімається з надходить на базу транзистора через інтегрувальний контур , і на базу транзистора через інтегрувальний контур , у вигляді сигналу негативного ЗЗ. В результаті ФЧП, охоплений ЗЗ у вигляді інтегрувального контуру, здобуває якісно нові властивості випрямляча з перетворенням сигналу. Передавальну функцію КП можна одержати з еквівалентної схеми, представленої на рис. 10, б:



Рис. 10 КП на підсилювальному каскаді

Таблиця 1



де - коефіцієнт підсилення ФЧПУ;

, - постійні часу КП, , .

У якості активних елементів для синтезу КП можуть бути використані операційні підсилювачі. ОП, що володіють великим вхідним опором (десятки мегаОм) і низьким вихідним (частки Ома) дають можливість шляхом включення у вхідному ланцюзі й ланцюгові ЗЗ пасивних -елементів одержати складні передавальні функції (схема 5 табл. 2). При високому коефіцієнті підсилення і глибокому негативному ЗЗ, що охоплює підсилювач, передавальна функція буде залежати тільки від параметрів елементів ЗЗ і вхідного ланцюга:

.

Це визначає простоту конструювання й велику кількість функцій, які можуть бути реалізовані для корекції. Підсилення сигналу за рахунок додаткового джерела живлення, що супроводжує процес диференціювання й інтегрування, поліпшує процес корекції.

5. Корувачі постійного та змінного струму

КП постійного струму. До них відносять розглянуті вище пасивні -контури (див. табл. 1) і активні КП, що здійснюють інтегрування й диференціювання повільно змінних сигналів постійного струму. Корекція ланцюгів змінного струму не може бути здійснена тими ж пасивними контурами внаслідок наявності в сигналі змінного струму несучої складової з частотою, що набагато перевищує частоту обгинаю чого сигналу. У таких ланцюгах -контур буде реагувати на швидкість зміни не корисного сигналу, а несучого, оскільки для нього конденсатори мають менший опір .

Таблица 2

КП змінного струму. Корекція СП змінного струму значно складніша й може бути здійснена за допомогою КП постійного струму з подвійним перетворенням сигналу (попередньою демодуляцією й наступною модуляцією), КП, що працюють на несучій частоті, і КП синхронного типу.

Спосіб демодуляція - корекція - модуляція (рис. 11) - найзастосовуваніший для ланцюгів змінного струму, тому що реалізується за допомогою простих і надійних КП постійного струму. Використання демодулятора в КП дозволяє здійснити його роботу на обгинаючій сигналу із подавленням несучої завдяки введенню інформації про несучу частоту в опорну напругу . Передавальна функція КП в цьому випадку має вигляд

Рис. 11 КП з подвійним перетворенням

де , , - коефіцієнти передач відповідно демодулятора , модулятора і контуру.

У деяких випадках ураховують й інерційність, внесену модулятором та демодулятором і обумовлену застосуванням фільтрів.

Перевагами даного способу корекції є незалежність перетворень від зміни несучої частоти й усунення квадратурної складової за допомогою демодулятора. Недоліки полягають в ускладненні підсилювача, появі додаткових гармонійних складових на виході демодулятора й запізнюванні, внесеному фільтром після демодулятора.

КП змінного струму на несучій частоті реагують на швидкість зміни обгинаючої сигналу роузгодженння без подавлення несучої. Це досягається ускладненням електричних контурів: застосуванням одинарного й подвійного -подібного контурів або заміною у звичайному -контурі конденсатора ємністю еквівалентною гілкою з конденсатора ємністю і котушки з індуктивністю . У результаті електричний контур перетворюється в коливальний, налаштований на несучу частоту. Використання КП змінного струму значно спрощує підсилювальні пристрої, не вимагає стабільності несучої частоти й ретельного підбору елементів схеми. Проте самі контури мають складну будову й громіздкі, оскільки містять індуктивності, і з їх допомогою можна реалізувати невелику кількість передавальних функцій. Вказані недоліки обмежують застосування КП змінного струму.

коригувач привод струм

Список літератури

1. Електромеханічні системи автоматичного керування та електроприводи: Навч. посібник / М.Г. Попович, О.Ю. Лозинський, В.Б. Клепіков та ін.; За ред. М.Г. Поповича, О.Ю. Лозинського. - К.: Либідь, 2005. - 680 с.

2. Карнаухов Н.Ф. Электромеханические и мехатронные системы / Н.Ф. Карнаухов. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 320 с.

3. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для студ. высш. учеб. заведений / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. - 3-е изд., испр. - М.: Издательский центр „ Академия”, 200 - 576 с.

4. Решетник В.Я. Основи електропривода: Навч. Посібник / В. Я. Решетник. - Тернопіль, ТДТУ -200 - 120 с.

5. Основы теории электропривода. Миллер Е.В., изд. 3-е. - М.: Высшая школа”, 1968, - 408 с.

6. Лябук М.Н. Електричні машини: Навчальний посібник / Лябук М.Н. - Луцьк, 2005. - 445 с.

7. Титаренко М.В. Електротехніка: Навчальний посібник для студентів інженерно-технічних (неелектричних) спеціальностей вузів. - К.: Кондор, 2004. - 240 с.

8. Монтік П.М. Електротехніка та електромеханіка: Навч. посібник. - Львів: „Новий світ - 2000”, 200 - 500 с.

9. Сандлер А.С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. Учеб. пособие для втузов. М.: Высш. Школа., 1972. - 440 с.

10. Розанов Ю.К. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб. пособие для студентов высш. Учеб. заведений / Ю. К. Розанов, Е.М. Соколова. - М.: Издательский центр „Академия”, 2004. -272 с.

11. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Соколовский. - М.: Издательский центр „Академия”, 2006. - 272 с.

12. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1990. - 304 стр.

Размещено на Allbest.ru