Моделирование типовых регуляторов систем электропривода

Цель работы: знакомство с настройками типовых регуляторов систем электропривода и автоматики

На рисунке 7.1 в общем виде представлена структурная схема замкнутой системы автоматического управления.

Рисунок 7.1 – Структурная схема замкнутой САУ

Замкнутая система автоматического управления (САУ) состоит из объекта регулирования (ОР), датчика(ов) обратной связи (ДОС) с передаточной функцией W_ОС и регулятора (Р). На вход системы поступает сигнал задания x_З, а по каналу обратной связи – сигнал обратной связи x_ОС. На выходе системы в соответствии с сигналом задания и настройкой регулятора формируется выходной сигнал x_ВЫХ.

С точки зрения типа ОР замкнутые САУ можно разделить на статические и астатические. В состав ОР статической системы входят элементы, которые могут быть описаны усилительными или апериодическими звеньями. Передаточная функция в разомкнутом состоянии такой системы имеет вид:

, (7.1)

где k_i – коэффициенты усиления звеньев, входящих в состав системы;

T_i – постоянные времени звеньев, входящих в состав системы.

В состав ОР астатической системы могут входить элементы, которые представляются усилительными, апериодическими и интегрирующими звеньями. Передаточная функция такой системы имеет вид:

, (7.2)

где T_l – постоянные времени интегрирующих звеньев, входящих в состав системы;

Регулятор – это устройство, которое на основании сигнала ошибки ε вырабатывает управляющее воздействие U_У на объект регулирования такое, чтобы уменьшить ошибку регулирования. Упрощенно структурная схема регулятора представлена на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 – Структурная схема непрерывного регулятора с насыщением

Непрерывные регуляторы, используемые в САУ электроприводами, следующие пропорциональный (П – регулятор), интегральный (И – регулятор), пропорционально-интегральный (ПИ – регулятор) и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД – регулятор) регуляторы.

Применение П – регулятора в системе со статическим ОР позволяет получить статическую по задающему воздействию замкнутую САУ, а в случае астатического ОР будет получена астатическая по задающему воздействию система.

Применение И или ПИ – регулятора в системе со статическим ОР позволяет получить астатическую по задающему и возмущающему воздействию (если возмущение одно и неизменно во времени) замкнутую САУ.

В системе с астатическим ОР и применении И или ПИ регулятора замкнутая САУ будет астатической и по заданию, и по возмущению, если учитывается только главное (момент сопротивления на валу двигателя) возмущающее воздействие. Однако САУ с ПИ – регулятором будет обладать большим быстродействием.

Расчет передаточной функции регулятора

Выбор типа регулятора и его настройка (определение передаточной функции) осуществляется на основании анализа динамических свойств САУ. При использовании принципа последовательной коррекции для выбора регулятора широко применяются типовые настройки контуров регулирования.

При применения П – регулятора для системы со статическим или астатическим ОР, как правило, настройка регулятора выполняется на основании заданной точности регулирования или быстродействия системы, при обеспечении условия устойчивости замкнутой САУ и требуемой величины динамической ошибки.

Расчет передаточной функции регулятора с применением типовых настроек контуров регулирования необходимо выполнять следующим образом:

1. Задаться желаемой (типовой) передаточной функцией САУ в разомкнутом состоянии. Обычно для систем электропривода применяют настройку контура регулирования на модульный (несимметричный или технический) оптимум или симметричный оптимум.

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура при настройке на технический оптимум имеет вид:

, (7.3)

а при настройке на симметричный оптимум вид:

, (7.4)

где T_m – малая некомпенсированная постоянная времени;

2. Определить передаточную функцию системы в разомкнутом состоянии:

, (7.5)

где W(p)_i – передаточные функции звеньев входящих в контур.

3. Вычислить передаточную функцию регулятора по формуле:

. (7.6)

Передаточную функцию регулятора, рассчитанную по формуле (7.6) используют при настройке САУ.

Дата добавления: 2015-07-11