Последовательная коррекция момента (тока) в системе УП-Д.

Для последовательной коррекции на вход разомкнутого конту­ра регулирования момента в схеме на рис. 7.9 введем регулятор момента с передаточной функцией , как показано на рис. 7.14,а.

Условия последовательной коррекции существенно зависят от инерционности преобразователя. Имея в виду вентильные преоб­разователи напряжения и частоты для электроприводов постоян­ного и переменного тока, примем, что постоянная времени Т_п является оценкой постоянного запаздывания и инерционности фильтров , причем благодаря малости и их можно отне­сти к некомпенсируемым инерционностям контура:

Как было показано, при регулировании момента электромеха­ническая связь, обусловленная внутренней связью по ЭДС, яв­ляется возмущающим воздействием, снижающим точность регу­лирования. При последовательной коррекции выбором желаемой передаточной функции разомкнутого контура регулирования в виде (6.34) статическая ошибка регулирования момента исключается. Поэтому при синтезе контура регулирования момента вну­треннюю обратную связь по скорости размыкают, пренебрегая ее влиянием на динамику привода в процессах по управлению. Влияние этой связи на динамическую точность регулирования можно оценить, положив изменения скорости независимым воз­мущающим воздействием

Изложенному соответствует упрошенная структурная схема контура регулирования момента, представленная на рис. 7.14,6. Запишем желаемую передаточную функцию разомкнутого конту­ра (6.34) с учетом неединичной обратной связи в виде

В соответствии с рис. 7.14,6 передаточная функция объекта ре­гулирования

Поделив (7.35) на (7.36), получим

Таким образом, регулятор момента должен быть пропорционально-интегральным (ПИ-регулятор) с постоянной интегриро­вания

и коэффициентом пропорциональной части

Передаточная функция замкнутого контура регулирования мо­мента

Исследуем свойства полученной системы электропривода. Уравнение механической характеристики получим на основании физических представлений. Благодаря наличию в передаточной функции регулятора момента (7.37) интегральной составляющей в статических режимах на входе регулятора напряжение должно быть равно нулю:

Отсюда уравнение механической характеристики

Механические характеристики, соответствующие различным значениям , представлены на рис. 7.15, причем при их по­строении учтено ограничение ЭДС или частоты преобразователя ( , штриховые предельные характеристики разомкнутой системы). Таким образом, в результате последовательной коррек­ции в статических режимах электропривод приобретает свойства регулируемого источника момента.

Динамические свойства контура определяются в соответствии с (7.40) его настройкой, т. е. выбором соотношения постоянных времени контура Контур момента чаще всего на­страивается на технический оптимум при котором мини­мальное время регулирования достигается при пренеб­режимо малом перерегулировании, не превышающем 5% Ес­ли по тем или иным причинам желательно полностью исключить

перерегулирование или, напротив, допустимо увеличение колебатель­ности для достижения, высокого быстродействия, значения выби­раются в пределах

При данном соотношении посто­янных быстродействие контура регулирования момента определяет­ся уровнем некомпенсируемой по­стоянной Для вентильных пре­образователей с и момент при скачке задания достигает задан­ного значения за время

Это высокое быстродействие, кото­рое достаточно для большинства ре­гулируемых электроприводов. Во многих случаях такой темп нараста­ния момента оказывается нежелательным или недопустимым по условиям работы механизма, тогда приходится принимать меры для его ограничения.

Одним из возможных путей ограничения производной момен­та является увеличение некомпенсируемой постоянной времени контура путем отказа от компенсации, например .Однако при этом следует учитывать, что увеличение приводит к увеличе­нию ошибок регулирования в динамических процессах.

Для анализа точности регулирования момента воспользуемся обшей формулой ошибки регулирования (7.19). С учетом схемы на рис. 7.14,6 при единичной обратной связи получим

Рассматривая (7.42), можно заключить, что статическая ошибка регулирования момента как по управлению, так и по возмуще­нию равна нулю. Установившаяся динамическая ошибка при линейном нарастании задания определяется по (7.42) при р = 0.

Проанализируем влияние внутренней связи по скорости на то­чность регулирования момента в переходных процессах электро­привода. Примем, что скорость двигателя изменяется по линей­ному закону Подставив изображение скоро­сти в (7.42), при р = 0 определим установившуюся динамическую ошибку по возмущению:

Таким образом, в переходных процессах вследствие влияния внутренней связи по скорости (электромеханической связи в ра­зомкнутой системе электропривода) фактические значения мо­мента в соответствии с (7.44) могут существенно отличаться от , т. е. между динамическими и статическими характеристика­ми M=f(t) имеют место значительные расхождения. При дан­ном ускорении эти расхождения тем больше, чем больше мо­дуль жесткости статической характеристики электропривода в разомкнутой системе и чем выше уровень некомпенсируемых инерционностей контура регулирования, оцениваемый . Вы­бор повышенных значений в целях снижения колебательности контура регулирования момента влечет за собой соответствую­щее увеличение ошибки регулирования момента в переходных процессах.

Наличие ошибки (7.44) объясняется следующими причинами. Для поддержания момента постоянным М = const по мере воз­растания скорости должна линейно увеличиваться т. е. на­пряжение или частота на выходе преобразователя. Соответствен­но должно линейно возрастать выходное напряжение регулятора момента, а для этого на входе ПИ-регулятора должен быть по­стоянный сигнал ошибки

Формулу, удобную для оценки динамической ошибки в пере­ходных процессах пуска и торможения, можно получить, опреде­лив из уравнения движения ускорение :

Подставив (7.45) в (7.44), после преобразований получим

Полученные соотношения и известные динамические показа­тели настройки на технический оптимум а = 2 позволяют инже­неру в практической деятельности производить оперативные ка­чественные и количественные оценки переходных процессов в электроприводах с унифицированным контуром регулирования момента.

При задании скачком момента переходный процесс изменения момента при стандартной настройке определяется формулой (6.32) при а = 2. Соответствующая зависимость M=f(t) представлена на рис. 7.16,а (кривая ). Она точно опи­сывает переходный процесс при , т. е. при заторможенном роторе двигателя. Изменения скорости, обусловленные прило­женным моментом в соответствии с уравнением движения

вызывают отличия реальной кривой 2 от теоретической тем большие, чем больше динамические ошибки регулирования мо­мента. Кривая 3 на рис. 7.16,а характеризует нарастание скоро­сти в процессе пуска с М_с= 0, соответствующее изменениям момента по кривой 2. Нетрудно видеть, что после начального пе­реходного процесса скорость при пуске с М = const изменяется по линейному при этом устанавливается постоянная ошибка которая вычисляется по (7.46).

Характер изменения момента на начальном участке кривой 2 может несколько отличаться от кривой , соответствующей . Однако эти отличия незначительны и существенного влияния на общий характер и время переходного процесса не оказывают. Поэтому кривая 2 приближенно может быть постро­ена по установившемуся значению при аналогично построению кривой

На рис. 7.16,б приведены такие же кривые для процесса стопорения электропривода, вызванного приложением момента на­грузки . За время нарастания момента от скорость успевает снизиться от до и далее уменьшается по линейному закону . В соответствии с (7.46) при стопорении под действием ошибка отрицательна и значение

На рис. 7.16,в представлены статическая характеристика 1 и соответствующие пуску (рис. 7.16,а) и стопорению (рис. 7.16,6) динамические механические характеристики 2 и 3. Они нагляд­но показывают расхождения между статикой и динамикой регу­лирования момента. Во многих случаях эти расхождения при стандартных настройках оказываются недопустимо большими и возникает необходимость введения в контур регулирования мо­мента дополнительных узлов, повышающих точность регулиро­вания.