Файл: 11_Глава 9.doc

9.4. Классификация замкнутых систем регулирования

Замкнутые системы электропривода классифицируются по следующим признакам: по принципу действия, по выходному регулируемому параметру и по выполняемым функциям.

Классификация по принципу действия

По принципу действия системы регулирования автоматизированных электроприводов классифицируются следующим образом.

1. Системы электропривода с непрерывным управлением.

2. Системы электропривода с релейным управлением.

3. Системы электропривода с импульсным управлением.

4. Системы электропривода с цифровым (например, микропроцессорным) управлением.

Системы электропривода с непрерывным управлением - это такие системы, в которых каждая из переменных (координат) непрерывно изменяется во времени или остается постоянной. Соответственно непрерывно измеряется и подается в систему управления информация о контролируемых величинах, в соответствии с которой осуществляется непрерывное воздействие на приводной двигатель. Функциональная схема такой системы соответствует рис.9.7,б.

Системы электропривода с релейным управлением – это системы, у которых в прямом канале регулирования для управления электродвигателем имеется силовой релейный элемент РЭ с двумя устойчивыми состояниями:

U_вых=+U_п, если U_вх>0,

U_вых=0(или-U_п), если U_вх<0,

где: U_п – напряжение питания электродвигателя.

Регулировочная характеристика релейного элемента приведена на рис.9.8.

Функциональная схема замкнутой системы электропривода с релейным управлением приведена на рис.9.9.

Системы электропривода с импульсным управлением – это системы, в составе которых в прямой цепи регулирования имеется импульсный элемент, преобразующий непрерывный сигнал в непрерывную последовательность импульсов с определенными характеристиками. Наиболее распространен в системах электропривода широтно-импульсный преобразователь (ШИМ), который формирует последовательность импульсов с переменной длительностью и с постоянными периодом и амплитудой.

Цифровые системы регулирования – это такие системы, в которых информация о переменных преобразуется в цифровой код. Цифровые системы в настоящее время создаются на базе микропроцессоров, реализующих в цифровой форме функции регулятора Рег и информационно-преобразовательного устройства ИПУ.

Классификация по выходным регулируемым координатам

По типу выходной регулируемой координаты замкнутые системы электропривода подразделяются на следующие группы.

Системы регулирования момента (усилия). К этому классу относятся, например, электроприводы систем натяжения металла в листопрокатном производстве в металлургии или системы натяжения пленки в химико-технологическом производстве тонких пленок. Закон регулирования момента (усилия) рабочего органа определяется технологическим процессом.

Системы регулирования скорости. Они используются в электроприводах многих технологических машин: металлообрабатывающих станках, прокатных станах и многих других. Системы регулирования скорости делятся на две большие группы.

Системы стабилизации скорости, у которых скорость поддерживается постоянной, несмотря на воздействие возмущений. К таким системам относятся, например электроприводы бумагоделательных машин.

Системы управления скоростью, у которых скорость рабочего органа регулируется с высокой точностью в широких пределах в соответствии с требуемым характером протекания технологического процесса. Это, например, электроприводы экскаваторов, подъемно-транспортных машин и другие.

Системы регулирования положения рабочего органа. Эти системы используются в электроприводах нажимных винтов прокатных станов, в роботах и манипуляторах и многих других промышленных установках. В этих системах положение рабочего органа регулируется с заданной точностью в соответствии с требованиями технологического процесса. Существует два типа замкнутых систем электропривода регулирования положения – системы позиционирования и следящие системы.

Системы позиционирования – это такие системы, в которых задается исходное и конечное положение рабочего органа, а параметры перемещения не контролируются.

Следящие системы электропривода – это системы регулирования положения, в которых задается и непрерывно отрабатывается с заданной точностью вся траектория движения рабочего органа.

Классификация по выполняемым функциям строится в соответствии с характером и особенностями технологического процесса. При этом все замкнутые системы электропривода делятся на следующие группы:

1. Системы стабилизации регулируемого параметра (момента, скорости и т.п.). Основная особенность таких систем – это постоянство сигнала задания регулируемого параметра в течение продолжительного времени. Фактическое значение регулируемого параметра должно оставаться постоянным, несмотря на воздействие возмущений.

2. Системы регулирования скорости, в которых задание скорости определяется оператором и отрабатывается электроприводом с требуемой точностью.

3. Следящие системы электропривода – это замкнутые системы регулирования положения в соответствии с произвольно изменяющимся входным сигналом управления, обеспечивающим воспроизведение рабочим органом движения объекта слежения. Следящие системы применяются в электроприводах копировально-фрезерных станков, в системах наведения радиолокационных станций, которые работают в режиме слежения за летящими и при этом маневрирующими объектами и др.

4. Системы с программным управлением – это системы, в которых при выполнении технологического процесса сигнал задания и регулируемые величины изменяются по заданному закону, заложенному в программное устройство. Системы электропривода с числовым программным управлением находят применение в приводах металлорежущих станков.

5. Адаптивные системы, в которых автоматически производится перенастройка параметров или структуры регуляторов таким образом, чтобы обеспечить оптимальную работу системы регулирования при существенных изменениях параметров объекта регулирования или внешних условий.

Системы регулирования электроприводов постоянного тока ТП-Д выполняются

- с суммирующим усилителем;

- с подчиненным регулированием параметров электропривода.

Системы регулирования частотно-управляемых асинхронных электроприводов по принципам регулирования различаются:

- системы параметрического управления;

- частотно-токовые системы управления;

- системы векторного управления.

9.5. Регуляторы

Электрический силовой канал регулируемых электроприводов состоит из двигателя и полупроводникового преобразователя, питающего двигатель. Регулирование развиваемого двигателем момента и его скорости производится изменением параметров преобразованной электрической энергии: напряжения, тока, частоты. В главах 5 и 6 были рассмотрены основные системы регулируемого электропривода постоянного и переменного тока. Для управления этими параметрами необходимы регуляторы тока, скорости положения и др., которые вырабатывают сигналы управления преобразователем, обеспечивающие заданное изменение контролируемых параметров в установившихся и переходных режимах.

Техническая реализация управляющих устройств, в том числе регуляторов, достаточно разнообразна. Можно выделить две основные ветви: аналоговые устройства регулирования и дискретные или цифровые устройства. Находят также применение цифро-аналоговые системы регуляторов.

Цифровые системы регулирования в настоящее время реализуются на базе микропроцессорной техники. В данном параграфе рассмотрены регуляторы для аналоговых систем регулирования электроприводов.

Такие регуляторы – это электронные усилители, реализующие требуемую по условиям регулирования передаточную функцию

,

где: U_вых – выходной аналоговый сигнал регулятора;

U_вх – входной аналоговый сигнал регулятора.

В соответствии с передаточной функцией регулятора будет происходить изменение во времени выходного сигнала регулятора. Переходная характеристика регулятора – это зависимость при подаче на его вход ступенчатого единичного сигналаU_вх=1.

Промышленностью выпускается унифицированная блочная система регуляторов аналогового действия, построенная на интегральных микросхемах – УБСР-АИ. В состав этой системы входят унифицированные регуляторы. В системе УБСР принят унифицированный электрический аналоговый сигнал: 0-±10 В и 0-±5 мА.

Основу аналогового регулятора составляет операционный усилитель, выполненный на базе микросхем серий К140УД или К533УД.

Операционный усилитель – это усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления в разомкнутом состоянии. Для реализации требуемой передаточной функции операционный усилитель охватывается обратной связью, состоящей из активно-емкостных сопротивлений. Передаточные коэффициенты определяются соотношением сопротивлений обратной связи и входного сопротивления

(9.1)

В аналоговых системах регулирования электропривода применяются, главным образом, пропорциональные (П-регуляторы), интегральные (И-регуляторы), пропорционально-интегральные (ПИ-регуляторы) и пропорционально – интегрально - дифференциальные регуляторы (ПИД-регуляторы). В табл. 9.1. приведены схемы, передаточные функции и переходные характеристики указанных типов регуляторов.

Таблица 9.1

Типы аналоговых регуляторов

Необходимыми элементами регуляторов являются устройства ограничения, ограничивающие выходной сигнал регулятора на заданном уровне. Одна из схем ограничения показана на рис.9.10.