СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Регулирование по возмущению

Идея рассматриваемого способа регулирования заключается в том, чтобы, непосредственно измерив величину действующего на электропривод возмущения (в нашем случае - Мс), изменить уставку на входе контура регулирования скорости так, чтобы ско­рость вращения двигателя не изменялась при приложении Мс. На схеме (рис. 3.10) измерение возмущения и подача компенси­рующего сигнала Uk на вход системы электропривода произво­дится специальным компенсирующим устройством КУ.

Поставим сначала задачу достижения абсолютной инвари­антности скорости вращения двигателя от приложенного возму­щения Мс как в установившихся, так и в переходных режимах. Физически это означает создание противодействия, равного и противоположного по знаку внешнему возмущению Мс. Для вы­полнения указанного условия необходимо, чтобы передаточные функции каналов передачи возмущения и компенсирующего ка­налов были равны, т. е.

1 = Л/ку (р) Wn (p)Whli(p).

Здесь Wk/ (р) - передаточная функция компенсирующего устройства КУ; Wn (р)^Яц (р) - передаточная функция последо­вательно включенных П и ЯЦ, т. е. части системы электропривода между местом приложения компенсирующего сигнала UK и воз­мущения Мс - Из приведенного уравнения желаемая передаточ­ная функция звена КУ

WKy(p) = 1 /Wn (р) Whu(p).

Если учесть, что звенья П и ЯЦ содержат инерционности, то для выполнения условия абсолютной инвариантности необходи­мо, чтобы звено КУ, кроме пропорционального канала, содержа­ло также идеальные дифференциаторы в общем случае того же порядка, что и звенья П и ЯЦ. Это физически невозможно. По­этому, если измеряется только возмущение Мс, то в переходных режимах, вызванных приложением Мс, динамическая ошибка не­избежна.

Потребуем выполнения условий компенсации возмущения только в установившихся режимах, что достигается при К*у Кп Кяц = 1. Для этого случая, во-первых, оценим величину ди­намической ошибки по скорости при приложении Мс и, во-вторых, выясним, как и до каких пределов можно улучшить динамические показатели электропривода, не усложняя существенно схему.

Преобразуем структурную схему электропривода, приведя воздействие U;< к тому же сумматору, что и возмущение Мс (рис.

3.11 а). Звеном А учитывается совместное влияние на изменение скорости п и возмущения Мс и компенсирующего сигнала UK. Так как в звене А оба канала суммируются с противоположными зна­ками, образуя неминимально-фазовое соединение звеньев, то найдем точное аналитическое выражение для передаточной функции этого звена. Чтобы не усложнять выкладки, учтем инер­цию только в звене ЯЦ постоянной времени Тяц, а звенья П и КУ примем безынерционными. Тогда передаточная функция звена А

WA = 1 - Wkv (р) Wn (р) (р) =

= 1 - Kky Кп Кяц / (1 + Тяц р) =

= 1 - 1 / (1 + + Тяц р) = Тяц р / (1 + Тяц р).

В соответствии с полученным выражением построена ЛАЧХ La звена А, которая показывает, как происходит подавление при­ложенного возмущения Мс на разных частотах: так, воздействия в диапазоне частот со > о>к = 1 / Тяц полностью проникают на вход системы электропривода, не будучи ослаблены действием ком­пенсирующей связи. Наоборот, при со < со« происходит ослабле­ние приложенного возмущения. Другими словами, действие ком-

пенсирующего канала эффективно лишь в полосе частот сок, ко­гда частотные характеристики каналов передачи возмущения и компенсирующего канала совпадают.

Сказанное позволяет сформулировать идею наиболее про­стого способа улучшения динамических показателей электропри­вода с регулированием по возмущению: необходимо с помощью дополнительных корректирующих связей максимально расши­рить попосу равномерного пропускания частот канала передачи компенсирующего сигнала (звеньев П и ЯЦ). Самым естествен­ным в этом случае решением является охват звеньев П и ЯЦ ме­стной обратной связью по току якоря. Здесь достижимая полоса равномерного пропускания частот, определяемая частотой среза контура регулирования тока якоря, доходит в существующих вен­тильных электроприводах до сот * 100...150 рад /с. Следователь­но, в этом же диапазоне частот будет эффективно работать и ка­нал передачи компенсирующего сигнала Uk. Динамическое паде­ние скорости вращения двигателя, связанное с неполной ком­пенсацией Мс из-за инерционности звеньев канала передачи Uk, можно приближенно оценить выражением:

ЛПд ~ (1/ Тд0)к) ДМс-

Заметим, что приведенное соотношение справедливо при <и< > соэ. В тех редких случаях, когда указанное неравенство не выполняется, динамическое падение скорости в электроприводе с регулированием по возмущению остается таким же, как и в ис­ходной системе.

Динамические показатели регулирования по возмущению оказываются более высокими, чем во всех рассмотренных пре­дыдущих случаях даже при весьма простой схеме компенсирую­щего устройства КУ (пропорциональный регулятор). Однако дан­ный способ не нашел широкого применения в системах регули­рования скорости вращения двигателя. Во-первых, рассмотрен­ная схема реагирует лишь на один вид возмущения - изменение f/омента статической нагрузки. Другие возмущения, например, колебания напряжения питающей сети, этой схемой не учитыза - ются. Во-вторых, реализация рассматриваемого способа требует специальных датчиков момента, номенклатура которых оказа­лась бы непомерно широкой из-за большого количества типо­размеров применяемых электродвигателей.

Между тем, в тех случаях, когда возмущение, действующее на электропривод, может быть измерено стандартными датчика­ми, данный способ оказывается весьма эффективным. Наибо­лее показательный пример - электроприводы моталок станов холодной прокатки, Почти на всех существующих электро­приводах моталок поддержание заданного натяжения наматы­ваемой полосы осуществляется косвенным способом - в функ­ции тока якоря двигателя. Изменение же скорости выходящей из клети полосы для сисіемьі регулирования натяжения на моталке является весьма сильным возмущением, которое может не толь­ко изменить натяжение сверх допустимых значений, но даже вы­звать нагон петли. Чтобы сохранить поддерживаемое натяжение в заданных пределах, на вход системы регулирования натяжения на моталке подают сигналы с выхода тахогенератора электро­привода клети (пропорционально скорости полосы) и из схемы узла задания скорости стана (пропорционально производным скорости).