Двухконтурные системы подчиненного регулирования широко применяют для управления скоростью ДПТ посредством изменения напряжения на якоре при постоянном потоке. Внутренний контур состоит из регулятора тока якоря, тиристорного выпрямителя, якорной цепи и датчика тока. Внешний контур, в зависимости от требований к приводу, к жесткости характеристик, – может быть реализован одним из трех вариантов: с обратной связью по частоте вращения (по скорости), с обратной связью по ЭДС двигателя и с обратной связью по напряжению.
Структурная схема системы с обратной связью по скорости и модель системы в программе АС 3.1 представлена на рис. 9.1.
Рис.9.1 Пример моделирования двухконтурной системы с обратной связью по скорости.
Для расчета коэффициентов передачи и постоянных времени звеньев модели использованы справочные данные двигателя и преобразователя. Получены следующие параметры модели (примем Rтп=0.8Ra; Lтп=La):
Постоянная времени в канале ОС по скорости ТДС = 0,03 с
Для расчета коэффициента преобразователя использовано соотношение:
.
Максимальное напряжение тиристорного преобразователя UВ принято равным 280 В, а максимальное напряжение регулятора тока Uу – 10 В. Постоянная преобразователя принята равной 0,01 с. (Здесь и далее унифицированный уровень напряжения принят равным 10 В; на этом уровне ограничены задающие напряжения и выходные напряжения датчиков и регуляторов. В действительности уровень ограничения напряжения для различных элементов системы может быть разным, что должно учитываться при расчетах параметров модели и вводе ограничений.
Будем считать обратную связь по току безынерционной, т.е. ТДТ=0. Коэффициент обратной связи по току рассчитан по формуле:
.
Максимальная скорость вращения двигателя принята равной
1500 об/мин. Соответственно . Тогда коэффициент обратной связи по частоте вращения kс будет равен:
.
Постоянная времени фильтра в канале обратной связи по скорости ТДС принята равной 0,03 с.
При использовании ПИ-регулятора тока с передаточной функцией и настройке контура на оптимум по модулю, параметры регулятора тока будут следующими:
ТРТ = Тэ = 0,033 с.
здесь В0 = 2ТТП = 0,02 с.
Таким образом, регулятор тока будет следующим:
Коэффициент пропорционального регулятора скорости при настройке контура частоты вращения на оптимум по модулю можно рассчитать по формуле:
здесь Bос = 2(2ТТП+ТДС) = 2(0,02 + 0,03) = 0,1 с.
Таким образом, рассмотрены все звенья модели, представленной на рис.9.1 (файл OSS1.sa и макрос mc_pirt1.sa).
Моделировались два последовательных режима: отработка задающего напряжения UЗ = 7 В на холостом ходу в течение 2 секунд и последующее ступенчатое приложение нагрузки -43 А. Длительность второго режима 1 с. Расчет проводился с шагом интегрирования 0,001 с.
Результат, выведенный на график, представлен на рис.9.2. Согласно графику, статическая просадка скорости при приложении нагрузки составила примерно 60 об/мин.
Рис. 9.2. Результаты моделирования двухконтурной системы с обратной связью по скорости с П-регулятором скорости.
Второй вариант расчета проводился для двухкратноинтегрирующей системы с ПИ-регулятором скорости и фильтром на входе регулятора. Коэффициент регулятора остается неизменным и равным 9.9. Постоянная регулятора при настройке контура на симметричный оптимум рассчитана по формуле:
ТРС = 4Тµс = 0,14 c.,
где с.
В канал задания введен фильтр с такой же постоянной времени. Контур регулирования тока якоря не изменялся.
Результаты представлены на рис. 9.3. Основное отличие переходных процессов заключается в том, что задание отрабатывается с перерегулированием 4%, а скорость привода после приложения нагрузки восстанавливается, причем за короткое время (примерно 0,5 – 1 секунды). Система с П-регулятором скорости имеет более высокое быстродействие, чем система с ПИ-регулятором (OSS1_PI.sa с макросом mc_pirs1.sa).
Рис. 9.3. Результаты моделирования двухконтурной системы с обратной связью по скорости с ПИ-регулятором скорости.
.
.
. Тогда коэффициент обратной связи по частоте вращения kс будет равен:
.
и настройке контура на оптимум по модулю, параметры регулятора тока будут следующими:
с.
