/
Text
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
МЕТОДИКА НАСТРОЙКИ
ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
Характеристика тиристорного преобразователя
как элемента системы автоматического регулирования
Из специфических свойств тиристорного преобразователя, которые влияют
иа динамические характеристики электропривода (или качество переходных про-
цессов), можно выделить следующие:
1. Дискретность и полууправляемость..
В [17] показано, что если полосу пропускания линейной части электроприво-
да (регуляторы, двигатель, датчики обратных связей) ограничить областью, где
влияние этих свойств на динамику незначительно, то тиристорный преобразова-
тель можно считать безынерционным звеном. Во всех электроприводах настрой-
ка регуляторов производится таким образом, что это условие является выпол-
ненным. Примерные величины предельных значений полосы пропускания [17]
для систем подчиненного регулирования в области непрерывного тока состав-
ляют:
— для трехпульсиой схемы выпрямления (т=3):
Штах=0,515 о)о= 160 рад/с (,=26 Гц);
— для шестипульсной схемы выпрямления (т=6):
fflmax=0,77 <о0=240 рад/с (/=38 Гц).
Здесь <оо — круговая частота сети, равная 314 рад/с при [с = 50 Гц.
Настройка регуляторов, при которой величина полосы пропускания линей-
ной части электропривода превышает предельное значение, приводит к возник-
новению автоколебаний в системе автоматического регулирования.
2. Возможность возникновения в якорной цепи режима прерывистого тока.
Режим прерывистого тока имеет следующие особенности: электромагнитная
постоянная времени якорной цепи Тв нё оказывает влияния на длительность про-
текания переходных процессов тока; значительно уменьшается коэффициент пе-
редачи тиристорного преобразователя по сравнению с коэффициентом передачи
в зоне непрерывного- тока. Указанные факторы являются определяющими с точ-
ки зрения выполнения структур электроприводов.
Тиристорные преобразователи в электроприводах «Мезоматик»,и TNP в диа-
пазоне токов нагрузки до номинального тока двигателя работают в зоне пре-
рывистого тока. Поскольку в этом режиме действие Та на переходные процессы
тока не проявляется, в указанных электроприводах отсутствуют регуляторы то-
ка, а система регулирования выполнена по одноконтурной структуре.
3 В электроприводе БТУ3601 раздельное управление комплектами тиристоров
приводит к тому, что в диапазоне токов до (0,3—0,8) /аОм двигателя (в зависи-
мости от сглаживающего дросселя в якорной цепи) имеется режим прерывистого
тока. При увеличении тока нагрузки до номинального ток становится непрерыв-
ным. Поэтому для компенсации Тэ в зоне непрерывного тока используется регу-
лятор тока, а уменьшение коэффициента передачи тиристорного преобразователя
в зоне прерывистого . тока компенсируется использованием нелинейного звена,
которое обеспечивает одинаковый совместный коэффициент передачи нелиней-
ного звена и тиристорного преобразователя в зонах прерывистого и непрерыв-
ного токов.
В электроприводе ЭТ6 с совместным управлением за счет согласования групп
тиристоров при угле регулирования ааач=90 эл. град зона прерывистого тока
отсутствует полностью. Поэтому тиристорный преобразователь имеет линейную
регулировочную характеристику, а для компенсации 7Э используется регулятор
тока, то есть система, регулирования выполнена по обычной двухконтуриой
структуре.
В электроприводе «Кемрои» силовая часть реализована аналогично элект-
роприводу ЭТ6 с той лишь разницей, что согласование групп тиристоров произ-
водится при угле регулирования аНач=Ю0 эл. град. Это приводит к тому, что
якорная цепь в диапазоне токов до (0,1— 0,3) /аом двигателя работает в режиме
прерывистого тока. Уменьшение коэффициента передачи тиристорного преобра-
зователя в зоне прерывистого тока компенсируется использованием адаптивного
регулятора скорости. Таким образом, в электроприводе «Кемрои» система регу-
лирования выполнена по двухконтуриой структуре с использованием адаптивно-
го регулятора скорости. Необходимо отметить, что выполнение системы регу-
лирования с адаптацией только в функции скорости (не контролируя режим
тока) является не совсем правильным и приводит в ряде случаев в условиях
работы электропривода на станке к возникновению автоколебаний. Это проис-
ходит при скорости вращения электродвигателя, близкой или равной нулю, когда
коэффициент пропорционального усиления регулятора скорости имеет макси-
мальную величину, при увеличении тока нагрузки двигателя до значения, при
котором тиристорный преобразователь переходит в режим непрерывного тока и
его коэффициент передачи возрастает. Если при этом контурный коэффициент
передачи превысит предельное значение, возникает автоколебательный режим.
Электропривод «Мезоматик»
Принимая во внимание равенство нулю электромагнитной постоянной вре-
мени якорной цепи Та = 0, представим структурную схему двигателя в следую-
щем виде (рис. 9.1), где /н — ток двигателя, вызванный нагрузкой на валу, Св —
Рис. 9.1. Структурная схема электродвигателя
Рис. 9.2. Принципиальная схема PC
постоянная ЭДС двигателя, I м = —;— — электромеханическая постоянная вре-
СЕ
мени. Из структурной схемы получаем передаточную функцию двигателя по уп-
ч “дв(Р) 1/СЕ
равленню 1^дв(р) = — —- = ——=----------
£/я(р) 1+Р^м
Регулятор скорости электропривода настраивается таким образом, что
обеспечивает предельное значение полосы пропускания линейной части привода
(частоту среза разомкнутой системы) d>c=100 рад/с. В этой полосе частот ти-
ристорный преобразователь можно считать безынерционным звеном с коэффи-
циентом передачи Кт-
Датчик обратной связи по скорости (тахогенератор) также является безынер-
ционным звеном с коэффициентом передачи Кт-
Принципиальная схема регулятора скорости, делителя и фильтра сигнала
тахогенератора приведена на рис. 9.2. Совместная передаточная функция дели-
и
теля и фильтра сигнала тахогенератора имеет вид —t где
1+рГф ’
Кцел— п in ' мс<
/\4“Г*\5
Рис. 9.3. Структурная схема разомкнутой по скорости системы
г, . - TV7- , х 1 "Ь Р^ОС ™
Передаточная функция регулятора скорости U/pc(p) =--------, где Гос =
рТ и
=Сз/?1о— постоянная времени цепи обратной связи регулятора скорости,
Ти=С3(/?7+^) —постоянная времени интегрирования регулятора скорости.
В соответствии с передаточными функциями звеньев структурная, схема ра-
зомкнутой. по скорости системы будет иметь вид (рис. 9.3). Логарифмическая
амплитудная характеристика, соответствующая структурной схеме разомкнутой
Тде * Kq ъ
системы, приведена на рис. 9.4, где «с=—~—z—>— частота среза разомкнутой
системы, а Яо=Ядел-Ятп-т~,Лтг-контурный коэффициент передачи. Постоянной
СЕ
времени Т<~ — определяется быстродействие (или время переходного процесса)
(Ос
замкнутой по скорости системы. Для систем с логарифмической характеристи-
кой подобного вида время переходного процесса /Пп=(7—9) Гс [18].
Рис. 9.4. Логарифмическая амплитудная характеристика разомкнутой системы
Минимальное значение Гс ограничивается возможностью возникновения ав-
токолебаний в замкнутой системе регулирования, которые связаны с дискретно-
стью и полууправляемостью тиристорного преобразователя. Для трехпульсиой
схемы выпрямления предельное значение частоты среза находится в диапазоне
<Ос.пред = (160—200) рад/с.
Вид или качество переходного процесса скорости зависит от соотношения
Гос и Гс. Приближение Г00 к Гс вызывает в переходном процессе скорости по-
вышенное перерегулирование. Правильная настройка предполагает следующее
соотношение между постоянными: Гос>2 Гс. Практическая настройка переход-
ного процесса скорости заключается в нахождении оптимальных значений Гос
и Го путем| варьирования величии Сз и Ri0 в цепи обратной связи регулятора
скорости. Связь элементов Сз и Rio с постоянными Гоа и Тс определяется из
т or т • Т’и Ты Ri + R$
соотношении Гос=«1оЬз; / с = т— = *7Г~ — ------.откуда следует, что ве-
личина Сз влияет только на постоянную Гоо и, таким образом, изменение Сз
сказывается лишь на качественном виде переходного процесса скорости (больше
перерегулирование или меньше), не изменяя быстродействия системы регулиро-
вания. Уменьшение или увеличение быстродействия системы регулирования (по-
стоянной Гс) достигается изменением величины Rio. Однако при этом необходимо
в соответствующее число раз изменить величину С3 для сохранения выбранного
значения Гос. Из приведенного соотношения для Та следует также, что чем
больше момент инерции механизма (соответственно Гм), тем большей должна
быть величина Ri0, чтобы обеспечить системе регулирования максимальное бы-
стродействие.
Численные значения постоянных Гф и Гм составляют соответственно 0,7 мс
и 50 мс. Стационарная настройка регулятора скорости привода P3HR-444 А
характеризуется величинами С3=0,15 мкф, Rio=220 к, что обеспечивает
Гос=33 мс, Тс—10 мс.
На рис. 9.5 приведены кривые переходных процессов скорости при различ-
ных соотношениях ГОс и Гс. За основу принят переходный процесс скорости,
соответствующий настройке регулятора скорости, произведенной заводом-изго-
товителем.
Электропривод TNP
Структурная схема и логарифмическая амплитудная характеристика систе-
мы автоматического регулирования электропривода аналогичны соответствующим
электропривода «Мезоматик». Примерные величины постоянных времени состав-
ляют Тф = 1 мс; Тс = Ю мс; ТОс = 17 мс.
Отличие заключается в схемной реализации регулятора скорости (рис. 9.6),
который выполнен на двух операционных усилителях, на первом из них постро-
ен пропорциональный регулятор, а на втором пропорционально-интегральный.
Это облегчает настройку переходного процесса скорости, поскольку элементами
7С и 3R достигается независимое друг от друга изменение постоянных времени —
соответственно ТОс и Тс.
Кривая переходного процесса скорости, соответствующая настройке регу-
лятора скорости, произведенной на заводе-изготовителе, приведена на рис. 9.7.
Большое перерегулирование в кривой вызвано приближением частоты сопряже-
ния <‘>ос=;г—к частоте среза “с=—7~ (соответственно Гос и Тс) на логариф-
Тос /с
мической амплитудной характеристике (рис. 9.4). ,
Электропривод ЭТ6
Система регулирования в электроприводе ЭТ6 наиболее близка к линейной
по сравнению с другими приводами. Это обеспечивается при совместном спосо-
бе управления реверсивным тиристорным преобразователем согласованием групп
тиристоров при угле регулирования аНач=90 эл. град, что, исключает зону пре-
рывистых токов в якорной цепи.
Кроме того, применение в СИФУ опорного напряжения синусоидальной фор-
мы приводит к тому, что регулировочная характеристика тиристорного преобра-
зователя становится линейной во всем диапазоне изменения управляющего на-
пряжения СИФУ.
Структурная схема системы регулирования электропривода приведена на
рис. 9.8, где
Рнс. 9.6. Принципиальная схема PC
Рис. 9.7. Кривая переходного процес-
са скорости
ЦТ — датчик тока; {/дт—выходное
эффицнент передачи датчика тока;
ТГ— тахогенератор; 17тг — выходное
эффициент передачи ТГ',
PC — регулятор скорости; —
выходное напряжение регулятора
скорости; Гое — постоянная времени
цепи обратной связи PC, Тя — посто-
янная интегрирования PC;
РТ — регулятор тока; 17рт —вы-
ходное напряжение регулятора тока,
Гос — постоянная времени цепи об-
ратной связи РТ; Тя — постоянная
интегрирования РТ; Т$ — фильтрую-
щая постоянная времени РТ;
ТП — тиристорный Преобразо-
ватель, включающий в себя СИ ФУ и
силовую часть; Ктп — коэффициент
передачи ТП;
напряжение датчика тока; Кдт— ко-
напряжение тахогенератора; Ки — ко-
ия — напряжение на якоре двигателя; £дв—ЭДС двигателя; Св — посто-
янная ЭДС двигателя; 7?Яц— эквивалентное сопротивление якорной цепи, вклю-
чая силовой трансформатор, тиристорный'преобразователь, дроссели, двигатель;
Гэ — электромагнитная постоянная времени якорной цепи; Гм — электромехани-
ческая постоянная времени; /дв — ток якоря двигателя, /вагр — составляющая
тока якоря двигателя, вызванная иагрукой на его валу; /ДИн— динамическая до-
ставляющая тока якоря двигателя, обеспечивающая изменение скорости вра-
щения; Шдв — угловая скорость вращения двигателя; 773ад—задающее напря-
жение.
Регуляторы скорости и тока в электроприводе являются пропорционально-
интегральными звеньями, поэтому в установившемся режиме- сигнал на входе
регуляторов, представляющий сумму сигналов задания и обратной связи, прак-
тически равен нулю. Это обстоятельство учитывается на структурной схеме вве-
дением условных дополнительных звеньев, включенных перед узлами сравнения
тока и скорости. Таким образом, для установившегося режима будут справед-
Т^рс 7/ дт U зад 7/тг
ливы соотношения ——=—— и —— , где 7?3.т и 7?3.с — резисторы в Цепи
Лз.т Кт 7?з.с
задания регуляторов тока и скорости (R3.t=R 602, R3.c—R 301+7? 306), R?
и RB — резисторы в цепи сигналов обратной связи по току и скорости (R^—R 601,
Re=R 307+7? 302+7? 303). Приведенные соотношения отражают условие ра-
венства нулю алгебраической суммы токов на инвертирующем или неинвертиру-
ющем входах операционных усилителей регуляторов тока и скорости.
Рис. 9.8. Структурная схема системы регулирования
Настройка регулятора тока
Принципиальная схема регулятора тока, отражающая его основные особен-
ности, как элемента системы автоматического регулирования, приведена иа
рис. 9.9. Передаточная функция регулятора тока имеет вид
^рт(Р) l+pT'oc
гдеГо,—С604-£6<И; 74—C6O1-R 604; Тв=К=
Я Яо01-Н?302||Я503
При R 601=Я 602= 2 к и R 603 = 1,5 к К=0,3.
Постоянная времени Тф образуется за счет включения в обратную связь
операционного усилителя А601 конденсатора С601. Таким образом, производит-
ся фильтрация сигналов регулятора скорости и датчика тока.
4 Структурная схема контура тока без учета влияния обратной связи по ЭДС
в двигателе приведена иа рис. 9.10. При использовании в комплекте электропри-
вода ЭТ6 электродвигателя ПБВ 112 L коэффициенты передачи звеньев имеют
ил
следующие величины: Дтп = —— = 20; /?я-ц^0,35 Ом.
С/рт
Коэффициент передачи датчика тока Ядт = —— зависит от номинала рези-
-дв
стора R5O1 в цепи обратной связи операционного усилителя А5О1 датчика тока.
На заводе-изготовителе устанавливается R501 — b\ кОм, при этом Кдт = 0,0235 В/А.
Номиналы резисторов R601 и R602 равны 2 кОм,_ поэтому Лт/Лз-т = 1 и в
установившемся режиме Орс = Одт.
Настройка регулятора тока производится в два этапа. На первом опреде-
ляется электромагнитная постоянная времени якорной цепи.
Для этого затормаживается вал электродвигателя. В плате регуляторов пре-
образователя распаивается перемычка 19—19 и иа тот из штифтов, который
соединен со входом СИФУ, подается задающее напряжение, величина которого
Рис. 9.9. Принципиальная схема РТ
вызывает ток в якорной це-
пи двигателя не более но-
минального значения. Пере-
ходный процесс тока якоря
при скачкообразной подаче
на вход СИФУ напряжения
задания наблюдается осцил-
лографом по выходному -на-
пряжению датчика тока
(контрольная точка 120).
При этом осциллограф пе-
реводится в режим ждущей
развертки, а напряжение за-
дания одновременно подает-
Рис. 9.10. Структурная .схема контура тока без
учета влияния обратной связи по ЭДС в двигателе
Рис. 9.11. Осциллограмма тока якоря элект-
родвигателя в разомкнутой системе регули-
рования
ся иа вход внешней синхронизации. Осциллограмма тока якоря электродвигателя
ПБВ 112L приведена на рис. 9.11. Электромагнитная постоянная времени опреде-
ляется из соотношения Тэ = где tun — время, за которое кривая тока до-
стигает уровня 0,95 от установившегося значения. В соответствии с приведенной
осциллограммой имеем Т3эН8 мс.
После определения численного значения Т„ в цепь обратной связи регуля-
тора тока запаиваются элементы С604, R.604, образующие постоянную времени
Toti=C604-R6(j4, равную Та. Таким образом, осуществляется компенсация ре-
гулятором тока электромагнитной постоянной времени якорной цепи. Структур-
ная схема контура тока при условии полной компенсации (Т0С = Та) приведена
на рис. 9.12. Пренебрегая величиной постоянной времени T$ (численное значе-
ние ее получим в дальнейшем) и учитывая, что в данном случае £/Рс = ^дт, пре-
образуем структурную схему контура тока к виду (рис. 9.13), где
~ Т и
т‘- к _1_к
птп* D ,2Л11Т
Рис. 9.12. Структурная схема контура
тока при условии полной компенсаций'
электромагнитной постоянной времени
Рис. 9.13. Структурная схема кон-
тура тока без учета влияния об-
ратной связи по ЭДС в двигателе
— постоянная ннтегрировання контура тока. В этом приближении передаточная
функция контура тока соответствует апериодическому звену первого порядка
z Unrip) 1 .
wkt(P) = -,/ = ~~—а переходная функция контура тока носит экспо-
у₽с(Р) 1 + Pll
ненцнальный характер с постоянной времени Тс I ~)
Время переходного процесса тока в контуре тока зависит теперь только от
величины Т{, минимальное значение которой из условия отсутствия автоколеба-
ний в контуре тока составляет 2—3 мс. При этом переходный процесс тока бу-
дет заканчиваться за 3—5 импульсов тока (длительность импульса тока в шес-
типульсной схеме выпрямления т=й3,3 мс). На рис. 9.14 приведены осциллограм-
мы переходных процессов тока якоря и выходного напряжения регулятора тока
при скачкообразной подаче на вход РТ' задающего напряжения и величине
Т<=3 мс.
С6О4-/56ОЗ
Из соотношения / / =----------------- следует, что практически наиболее
/б/биГТ- ’Лдт
Аяц
удобно изменять Г* путем изменения величины С604, корректируя одновременно
значение R604, чтобы оставалась неизменной Постоянная времени цепи обратной
связи
Toa = C604-R604=T3.
Таким образом, второй этап настройки РТ заключается в определении рас-
четным или экспериментальным путем такой величины конденсатора С604', при
которой переходный процесс тока в контуре тока завершался бы за 3—5 им-
пульсов тока прн апериодическом характере. Настройка производится в замк-
нутой по току системе регулирования. Для этого перемычка 19—19 должна быть*
установлена, а перемычка, коммутирующая выходное напряжение регулятора ско-
рости иа вход регулятора тока, снята. На штифт, соединяющийся со входом РТ,
подается напряжение задания такой величины, при которой ток якоря двига-
теля ие превышает номинального значения. Переходный процесс тока при скач-
кообразной подаче задающего напряжения наблюдается осциллографом в ре-
жиме ждущей развертки по выходному сигналу датчика тока.
При настройке необходимо
убедиться, что выходное на-
пряжение РТ не достигает
уровня насыщения (система ре-
гулирования тока должна быть
без ограничений).
Имея численные значения
коэффициентов (которые не-
трудно определить эксперимен-
тально), входящих в выраже-
ние, определяющее Tt, можно,
задавшись значением Г<=3 мс,
определить соответствующую
этому значению величину кон-
денсатора С604. В данном слу-
чае при К=0,3; Ктп=20; 7?Яц=
=0,35 Ом; КДт = 0,0235 В/А,
R603= 1,5 кОм, имеем С6О4=
0,8 мкф.
Выбирая ближайшие стан-
дартные значения емкости, на-
пример 0,47 мкф или 1 мкф (из
Тэ
С604
выражения 7?604 =
име-
ем соответствующие им зна-
чения сопротивления R604
39 кОм и 18 кОм), проверяем
переходный процесс тока, соот-
ветствующий этим параметрам
настройки регулятора тока. На
рис. 9,15 приведены осцилло-
граммы переходных процессов
тока якоря и выходного напря-
жения РТ, соответствующие
параметрам настройки С604=
=0,47 мкф, R604=39 кОм (рас-
четное значение 7\зй,8 мс).
Необходимо отметить, что
дальнейшее уменьшение Tf
(меньше 1,5 мс) может приве-
сти к режиму автоколебаний в
контуре тока. На рнс. 9.16 при-
ведены осциллограммы тока
якоря и выходного напряжения
регулятора тока в режиме ав-
Рнс. 9.14. Осциллограммы переходных процес-
сов в контуре тока при Т{=3 мс
Рис. 9.15. Осциллограммы переходных про-
цессов в контуре тока при Т< = 1,8 мс
Рис. 9.16. Осциллограммы автоколебательного
режима в контуре тока
токолебаний, который был по-
лучен при Т<=1 мс (расчетное
значение C604=Q,27 мкф).
Из осциллограмм, приве- .
денных на рис. 9.14 и 9.15,
видно, что удовлетворительный
переходный процесс тока наб-
людается при обоих вариантах
настройки РТ (Ti = 3 мс, 7\ —
1,8 мс), однако, поскольку во
втором случае обеспечивается
большее быстродействие в кон-
туре тока, последующую наст-
ройку контура скорости реко-
мендуется производить при па-
раметрах РТ С604 = 0,47 мкф,
R604 —39 оОм. Если при этих
параметрах РТ в системе регу-
лирования, замкнутой по ско-
рости, даже при малых значе-
ниях коэффициента пропорцио-
нального усиления PC наблю-
дается возникновение автоко-
лебательного режима, необхо-
димо перейти к параметрам РТ
С604=1 мкф, /?604=18 кОм и
дальнейшую настройку PC про-
изводить при этих параметрах
РТ.
Из осциллограмм (рис. 9.11,
9.14, 9.15) видно также, что
применение регулятора тока
позволило сократить время пе-
Т
реходного процесса тока в —— _. (б-=-ю) раз.
Если величина конденсатора С604 подбиралась экспериментально, то по ос-
циллограммам переходного процесса тока следует определить постоянную ин-
тегрирования контура тока 7\, исходя из соотношения Ti<=4$ fnB, где tnn — вре-
мя достижения кривой тока уровня 0,95 от установившегося значения.
Величина 7\ будет использована в дальнейшем при настройке PC. Практи-
чески, если переходный процесс в контуре тока завершается в течение 3—5 им-
пульсов тока, можно принять Г<=3 мс.
Определим величину фильтрующей постоянной времени РТ из соотношения
T$*=C601 -R604 при параметрах РТ С604=0,47 мкф, R604=39 кОм.
При С60/=6800 пф, R604 — 39 кОм получим Гф^0,27 мс. Такая величина
Гф прн 7\ = 1,8 мс н тем более при 7\ = 3 дс практически ие оказывает влияния
иа переходные процессы в контуре тока, поэтому пренебрежение ею вполне до-
пустимо.
Настройка регулятора скорости
Упрощенная схема PC, отражающая его основные особенности, как элемента
системы автоматического регулирования, приведена на. рис. 9.17. Передаточная
^рс(Р) 1+рГОС
функция регулятора скорости имеет вид ^рс(р)., ' = -------->
^тг(Р) Р* и
где TOI1=C315(R319+R320) и T* = C315(R303+R302+R307}. В дальнейшем бу-
дем считать величину резистора R319 равной нулю, тогда свободно варьируемы-
ми параметрами при настройке PC будут С315 и R320.
С учетом передаточной функции PC на рис. 9.18 приведена структурная
схема разомкнутого контура скорости в режиме холостого хода двигателя
(7нагр = 0), где контур тока представлен инерционным звеном первого порядка
с постоянной времени Т{. На основании структурной схемы построена логариф-
мическая амплитудная характеристика (ЛАХ) разомкнутой по скорости системы
регулирования (рис. 9.19) при настройке PC на симметричный оптимум, кото-
рый определяется соотношениями: 1) 7’0е=4 Гг, 2) Тс=-------= 27'/. Величина
“с
на характеристике принята равной 7\=3 мс, что соответствует частоте сопря-
жения ~*= 333 рад/с. В соответствии с этим имеем = =*
Т[ 3 Г с
1000 1
= —— = 170 рад/с; шОс — ~z~ — 85 рад/с.
О / ОС
Частота среза разомкнутой
системы, которой определяется
время переходного процесса,
при расположении в промежут-
ке между Шое и находится
Т ос^о
нз соотношения "с = ,
1 I ^м/и
где ~ • 7?Яц ‘Ктг—
/'дт ь е,
— коэффициент пропорциональ-
Рис. 9.17. Упрощенная схема PC
ного усиления контура скорости
Рис. 9.18. Структурная схема разомкнутой по скорости системы регулиро-
вания
Рнс. 9.19. ЛАХ разомкнутой системы
(величина безразмерная). Раскрывая выражения для Тов и Ги, имеем
щ __________Д320___________^п.
’“с- Ти ' ДЗОЗ + Я302 + Я307 ~ Гм ’
где Ка — коэффициент пропорционального усиления PC.
Кривая переходного процесса скорости формируется двумя постоянными
времени, указанными на ЛАХ, это Тае н Гс, а постоянная-времени Г< определяет
предельное быстродействие системы регулирования. Связь параметров PC С315
и R320 с постоянными Гоо и'Т’с определяется из приведенных ранее соотношений .
для Тос и Тс, из которых вытекает практически важное следствие: изменение
величины С315 приводит только к изменению постоянной. Тов; постоянная Го
подбирается изменением величины R320, причем для сохранения выбранного зна-
чения Гое должна быть скорректирована в соответствующее число раз величина
С315. '
Таким образом, настройка PC, так же как и РТ, состоит из двух этапов. На
первом в цепь обратной связи PC устанавливаются элементы С315, R320, имею-
щие постоянную времени Гоо=(4—10) Tt, причем меньшие значения Тос будут
соответствовать большему перерегулированию в кривой переходного процесса
скорости, н наоборот. В случае необходимости получить в кривой переходного
процесса скорости минимальное значение перерегулирования, следует задаться
Величиной Гос около 10 Г4. Практически для получения хорошей динамики элек-
тропривода по управлению и по возмущению рекомендуется выдерживать ве-
личину Гос в диапазоне 3 Г4<Гое<5 Г4, что соответствует при правильной на-,
стройке РТ п шестнпульсной схеме выпрямления, то есть при Г4=3 мс, диапа-
зонузначений Гос, лежащему между 9 и 15 мс.
На втором этапе настройки PC, подбирая величину R320 с одновременным
изменением С315, чтобы постоянная Гос оставалась равной заданному значению,
необходимо получить возможно меньшую величину Ге. Увеличение R320 прнво-
Рнс. 9.20. Переходные процессы скорости при различных настройках PC
днт к-пропорциональному уменьшению Го (логарифмическая амплитудная ха-
рактеристика перемещается вверх) и соответственно уменьшению времени пере-
ходного процесса. И наоборот, с уменьшением R320 время переходного процес-
са пропорционально увеличивается.
Практическая оценка'того, в каком месте участка между фиксированными
Гос и Т{ находится значение Тс> производится по кривой переходного процесса
скорости следующим образом. При увеличении Ка регулятора скорости (соот-
ветственно R320) до значения, при котором Го приближается к Tt, переходный
процесс скорости начинает сопровождаться повышенной колебательностью, а при
дальнейшем увеличении Ku(Tc<Tt) может наступить режим автоколебаний (вы-
сокочастотные колебания скорости). При уменьшении до значения, при кото-
ром Тс приближается к Гос, переходный процесс скорости сопровождается уве-
личением перерегулирования, а при Г0>Г0с повышенной колебательностью (чис-
ло колебаний более двух).
Кривые переходных процессов скорости при различных настройках PC
(Г0 = Г0с, Г0 = Г4, Го=2 Г4/ Г,<Г0<2 Г4) приведены на рис. 9.20. При этом в
PC принята величина постоянной времени Гое=4 Г< = 12 мс. За точку отсчета Кп
регулятора скорости принято значение Кпо, соответствующее настройке системы
регулирования на симметричный оптимум (Тс —2 Г4). Удовлетворительной яв-
ляется настройка PC, соответствующая кривой 2, а кривые 3 и 4 дают представ-
ление о качестве переходных процессов соответственно прн Гс = Г00 и Г0 = Г4.
Технологически настройка PC производится следующим образом. Перемыч-
ка, соединяющая выход PC со входом РТ, должна быть установлена, вал элект-
родвигателя расторможен (двигатель в режиме холостого хода). Задающее на-
пряжение на входе электропривода устанавливается такой величины, скачкооб-
разная подача которой не вводит PC в режим насыщения (система регулиро-
вания без ограничений). Переходный процесс скорости наблюдается осцилло-
графом в режиме ждущей развертки по сигналу тахогенератора. Одновременно
задающее напряжение подается на вход внешней синхронизации осциллографа.
В процессе изменения величины R.320 необходимо контролировать, чтобы PC не
входил в режим насыщения, в противном случае уменьшить величину напряже-
ния задания.
Имея в распоряжении значения коэффициентов передачи звеньев системы
регулирования, можно определить расчетные величины параметров PC, оттал-
киваясь от которых производится настройка PC на желаемый переходный про-
цесс. Произведем расчет величин элементов С315, R320 прн настройке системы
регулирования на симметричный оптимум, принимая Т{=3 мс. При использова-
нии в комплекте с преобразователем электродвигателя ПБВ 112 L имеем
Св=1,2 В/рад/с, 2?Яц=0,35 Ом, Тм=16 мс; кроме этого Кд1=0,0235 В/А,
Ктг=0,38 В/рад/с (40 В/1000 об/мин). Настройка на симметричный оптимум,
как уже отмечалось, предполагает соблюдение двух условий; 1) ТОс=4
Т
2) 7’с=2 Т{. Из второго условия и соотношения для 7'с= 1 определяется
ЛоАп
Т
величина коэффициента пропорционального усиления PC Кп = —При
указанных значениях коэффициентов передачи звеньев контурный коэффициент
пропорционального усиления равен Ко=—~~-RXa'~—•Ктг.~4,7,а искомый ко-
Кдт СЕ
эффнциент пропорционального усиления PC Кп=0,57.
Потенциометром R302 устанавливается скорость вращения двигателя
1000 об/мин при напряженнн задании £Л>ад=Ю В, прн этом напряжение тахо-
генератора, соответствующее его коэффициенту передачи, составляет L/Tr=40 В.
Из условия равенства входных токов операционного усилителя PC имеем-
^зад = ( Где ра c=R306+R301— суммарное сопротивление в цепи задания
АЗ. С Ас
скорости, a Re = R303-{-R302+R307—суммарное сопротивление в цепи сигнала
обратной связи по скорости.
Из приведенного соотношения при R3e = 4,8 кОм определяется Яс = 19,2 кОм,
/?320
а из соотношения Кп= —-—определяется R320~9,l кОм.
°с .
Из первого условия настройки ТОе — С315-R320= 12 мс определяется вели-
чина С315е* 1,3 мкф.
Принимая .стандартные значения элементов PC С315=1 мкф, Я320 = 12 кОм,
получим переходный процесс скорости, соответствующий кривой 2 на рис. 9.20.
Электропривод «Кемрон»
Структурная схема системы регулирования электропривода «Кемрон» ана-
логична структурной схеме электропривода ЭТ6 (рис. 9.8).
Настройка регулятора тока производится иа заводе-изготовителе, и в силу
комплектности электропривода дополнительной подстройки не требуется. Запре-
щение перенастройки РТ оговаривается также в сопроводительной документации
на электропривод. В случае необходимости настройка РТ должна производиться
с учетом рекомендаций, изложенных применительно к настройке РТ в электро-
приводе ЭТ6.
Регулятор скорости допускает подстройку вследствие различных моментов
ннерцни механизмов подач станков. Упрощенная схема PC, отражающая его ос-
новные особенности, как элемента системы автоматического регулирования, при-
ведена на рис. 9.21. В отличне от регуляторов скорости других приводов PC в
электроприводе «Кемрон» выполнен адаптивным, т. е. его параметры автомати-
чески изменяются в функции скорости. В связи с этим настройка переходных
процессов осуществляется раздельно в диапазоне малых (напряжение задания
£Лад<0,1 В) н больших (1Лад>0,3 В) скоростей соответственно потенциомет-
рами П19, П21 н П18, П20. Другой особенностью PC является то, что схемная
реализация его выполнена на трех операционных усилителях: на усилителе ИС62
выполнено пропорциональное звено, на усилителе ИС63 интегрирующее, а на уси-
лителе ИС64 суммирующее. Структурная схема PC без учета цепочки С247,
R353 приведена на рнс. 9.22, где Лтг — коэффициент передачи тахогенератора;
Кдел — коэффициент передачи делителя, состоящего из резисторов R349, R3'51
и потенциометра П14; — коэффициент пропорционального усиления пропор-
ционального звена; Ти — постоянная ннтегрнровання интегрирующего звена;
Сдея — напряжение на движке потенциометра П14. В соответствии с приведен-
ной структурной схемой передаточная функция PC (без учета корректирующей
цепочки С247, R353) запишется в виде
t/pc(p) ( 1 I 1 \ _ 4- 1
^дел(Р) \ рРи / рРи
Рнс. 9.21. Упрощенная схема PC
Рис. 9.22. Структурная схема PC
где Ка= ; —-----КДел-п —коэффициент передачи делителя, состоя-
Я350-|~/?о57 Лдел.п
щего из резисторов R371, R372 и потенциометра П18.
Ти=С229-Р373-КЯъЛ и, где Кдел и — коэффициент передачи двигателя, со-
стоящего иэ резисторов R377, R378 и потенциометра П20. В соответствии с но-
миналами резисторов коэффициенты передачи делителей пропорционального и
интегрального звеньев могут регулироваться в диапазоне значений от 0,65 (движ-
ки потенциометров в верхнем положении) до 0,018 (движки потенциометров
в нижнем положении).
Логарифмическая амплитудная характеристика разомкнутого контура ско-
рости (аналогичная ЛАХ электропривода ЭТ6) приведена на рнс. 9.23, где
Т Tfi т
Tt — постоянная времени контура тока, Tt = Tn; Тс= = . Из собт-
* ~ „ * йКпКо дп^о
ношений для Т\ и Го наглядно видно, какое преимущество имеет схемная реа-
лизация PC на трех операционных усилителях, а именно: допускается независи-
мо друг от друга изменение постоянных я Тв соответственно потенциометра-
ми П20 н П18, что существенно облегчает настройку переходного процесса ско-
Качественный вид пере-
ходных процессов Скорости
при изменении параметра
логарифмической амплитуд-
ной характеристики Ti при-
веден на рис. 9.24. Настрой-
ка переходных процессов
скорости производилась при
напряжении задания £73ад=
0,4 В потенциометрами П18
и П20 без корректирующей
цепочки С247, R353. Кривая
1 соответствует прн величи-
не коэффициента передачи
делителя Кдел.и=0,65 (дви-
жок потенциометра П20 в
Рис. 9.23. ЛАХ разомкнутого контура скорости
Рис. 9.24. Переходные процессы скорости при различных настройках PC
верхнем положении) постоянной Т1=Ти = С229-/?373-Кдел.в=1>0,220к-0,65=
= 140 мс.
Кривая 2 соответствует Г1=ГИ=12 мс, которая устанавливалась по величи-
не коэффициента передачи делителя Кд3ди=12 мс/220 mcsO.055.. Коэффициент
пропорционального усиления Кц подбирался при Гв = 12 мс таким образом, что-
бы кривая 2 наиболее близко совпадала с кривой, соответствующей настройке
на симметричный оптимум. Кривая 3 отражает изменение кривой 2 переходного
процесса скорости при подключении корректирующей цепочки С247, R353, кото-
рая предназначена для уменьшения перерегулирования в кривой переходного
процесса скорости.
Необходимо отметить, что отсутствие нли уменьшение перерегулирования в
кривой переходного процесса скорости приводит к ухудшению динамики привода
по нагрузке. С другой стороны, при работе регулируемого электропривода в сле-
дящем режиме при тех величинах добротностей следящих приводов, которые
практически устанавливаются в станках, перерегулирование в кривой переходного
процесса скорости регулируемого привода не оказывает влияния на качество пе-
реходного процесса в следящем режиме. Поэтому установка корректирующей
цепочки для устранения перерегулирования в приводах, предназначенных для
работы в следящем режиме, не является необходимой, более того, является не-
желательной с точки зрения ухудшения динамики привода по возмущению.
Зона адаптации в электроприводе начинается в диапазоне скоростей, соот-
ветствующем напряжению задания 67зад <0,3 В, при этом, происходит уменьше-
ние постоянных времени Ti и Тс соответственно за счет уменьшения постоянной
интегрнровання регулятора скорости Тя и увеличения коэффициента пропорцио-
нального усиления Кп. Настройка переходного ^процесса скорости в зоне адап-
тации производится прн 17зад<0,1 В потенциометрами П19 и П21 таким обра-
зом, чтобы сохранить качественный вид кривой переходного процесса скорости
тем же, что н в диапазоне скоростей, соответствующем 1/зад>0,3 В.
Электропривод БТУ3601
Структурная схема и логарифмическая амплитудная характеристика линеа-
ризованной системы автоматического регулирования электропривода БТУ3601
аналогичны приведенным на рнс. 9.8 н рис. 9.19 структурной схеме и Л АХ элект-
Рис. 9.25. Рекомендуемые. кривые переходных процессов скорости
электропривода БТУ3601
ропривода ЭТ6. Практическая линеаризация системы осуществляется включени-
ем на входе СИФУ нелинейного звена, в результате чего совместный коэффициент
передачи нелинейного звена н тиристорного преобразователя остается приблизи-
тельно постоянным в зонах прерывистого н непрерывного токов.
Настройка переходного процесса тока в контуре тока производится соглас-
но рекомендациям, приведенным в разделе «Методика настройки электроприво-
да БТУ3601» четвертой главы. Отметим еще раз, что время переходного про-
цесса тока определяется постоянной интегрирования контура тока, которая под-
бирается при настройке путем изменения величины конденсатора С7 в цепи об-
ратной связи операционного усилителя регулятора тока (с уменьшением С7 про-
порционально уменьшается время переходного процесса тода, и наоборот). Ве-
личина резистора R22 в цепи обратной связи ОУ РТ зависит от величины кон-
денсатора С7 и определяется при настройке из условия сохранения постоянной
времени цепи обратной связи ОУ РТ Toa = C7'R22, равной Гв. С другой стороны
при заданной. С7 увеличение R22 приводит к увеличению форснровочной способ-
ности РТ и соответственно к увеличению перерегулирования в кривой переход-
ного процесса тока. При этом время переходного процесса тока остается прак-
тически неизменным. Регулятор тока можно считать настроенным правильно,
если кривая переходного процесса тока достигает установившегося значения за
3—4 импульса тока, тогда для дальнейшей настройки PC можно принять посто-
янную времени контура тока Т;=3 мс. .
Настройка PC, связь параметров PC с постоянными логарифмической ампли-
тудной характеристики Ti и Те, а также влияние Ti и Тс на кривую переходного
процесса скорости соответствуют аналогичным вопросам, изложенным примени-
тельно к электроприводам ЭТ6 и «Кемрон». Постоянную времени цепи обратной
связи ОУ PC рекомендуется выдерживать 7’0с = 7’1= (34-5) 7\, т. е. при 7\=3 мс
в диапазоне (94-15) мс. В отличие от РТ влияние элементов цепи обратной связи
ОУ PC (RIO, С4), на кривую переходного процесса скорости является противо-
положным, т. .е. время переходного процесса скорости определяется величиной
R10 '(с увеличением R10 время переходного процесса скорости уменьшается), а
величина С4 зависит От R10 и находится при настройке нз условия сохранения
постоянной времени Тос в заданном диапазоне. В то же время увеличение С4
(ТО при заданном RIO приводит к уменьшению перерегулирования в кривой пе-
реходного процесса скорости, и наоборот, с уменьшением С4 (Ti) перерегулирова-
ние возрастает. При этом время переходного процесса остается практически по-
стоянным.
В соответствии с изложенными рекомендациями была произведена настрой-
ка РТ н PC преобразователя БТУ3601 с высокомоментным двигателем электро-
привода «Кемрон» (при правильной настройке кривая переходного процесса ско-
рости не зависит от типа двигателя). Кривые переходных процессов скорости
приведены на рис. 9.25. Постоянная времени цепи обратной связи PC принята
равной 8 мс. Коэффициент пропорционального усиления PC, соответствующий
кривой 1, подбирался таким образом, чтобы качественный вид кривой переход-
ного процесса наиболее близко соответствовал настройке системы регулирования
на симметричный оптимум. Кривая 2 получена увеличением коэффициента про-
порционального усиления PC в два раза. Кривые переходных процессов скоро-
сти, попадающие в диапазон между приведенными кривыми, могут быть реко-
мендованы прн настройке.