Материал: Системы управления исполнительными механизмами.

А1 – механизм электрический однооборотный типа МЭО, МЭОФ; ЕС1 – регулятор микропроцессорный измерительный типа «МЕТАКОН 514-Т»; ЕР1 – блок питания постоянного тока БП-24-0,5;

ES1 – фильтр сетевой ФС-220;

ESC1 – блок коммутации реверсивный БКР;

ЕТ1 – преобразователь термоэлектрический (термопара); FU1, FU2, FU3 – предохранители плавкие;

Х1 – зажим электрический наборный

Рис. 5.9. Управление однооборотным исполнительным механизмом постоянной скорости типа МЭО 16/63 0,25-У–01

158

с широтно-импульсным управлением реверсивными механизмами, обеспечивают аварийную сигнализацию по двум независимым уровням в каждом канале (число каналов: 1, 2, 3), а также реализуют режим автонастройки.

При большом удалении вторичных приборов от датчиков температуры последние подключают к регулятору «МЕТАКОН-5×4» через преобразователь«напряжение– ток» свыходнымтоком4–20 мА.

В качестве усилителя выходного сигнала регулятора применен симисторный блок коммутации реверсивный типа БКР. Этот блок предназначен для бесконтактного управления асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов типа МЭО, электромагнитными клапанами. Применяется совместно с регуляторами «МЕТАКОН-5×4», «МЕТАКОН 614».

Конечные выключатели S1, S2 крайних положений исполнительного механизма в соответствии с рекомендациями производителя механизмов включены в цепи управления, формирующие сигналы «больше» и «меньше». Дополнительные конечные выключатели S3, S4 механизма и потенциометрические датчики положения R1, R2 могут быть использованы по своему прямому функциональному назначению при решении задач автоматизации конкретной технологической установки.

На рис. 5.10 представлена схема управления исполнительным механизмом постоянной скорости типа ВПК производства ЗАО «Тулаэлектропривод». Большинство приводов данного производителя предназначено для установки на запорную арматуру, что не исключает использование такой арматуры и в качестве регулирующей. Вместе с тем запорная арматура, как правило, используется в качестве двухпозиционных регуляторов. В этом случае целесообразно применение контроллеров типа «МЕТАКОН-512». Питание встраиваемого в головку удаленной термопары преобразователя температуры в токовый сигнал 4–20 мА обеспечивается постоянным стабилизированным напряжением 24 В, а контактами реле БПР включаются магнитные пускатели подачи на трехфазный электродвигатель напряжения 380 В частотой 50 Гц.

159

М – электропривод типа ВПК;

SQ1 – конечный микровыключатель открытия;

SQ2 – конечный микровыключатель закрытия;

S1 – дополнительный путевой выключатель; HL1…HL6 – световые сигнализаторы;

HLN1 – неоновая лампа сигнализации перегорания предохранителя; SB1…SB3 – кнопки управления;

QF1 – автоматический выключатель;

KM1 – магнитный пускатель открытия;

KM2 – магнитный пускатель закрытия;

AC1 – преобразователь «напряжение – ток» измерительный ПНТ;

EC1 – регулятор микропроцессорный измерительный типа «МЕТАКОН 512-Т»; EP1 – блок питания и реле БПР;

ES1 – фильтр сетевой ФС-220;

ET1 – преобразователь термоэлектрический (термопара); FU1, FU2, FU3 – предохранители плавкие

Рис. 5.10. Управление электроприводом типа ВПК производства ЗАО «Тулаэлектропривод»

160

В представленной на рис. 5.10 схеме предусмотрено также ручное управление запорной арматурой.

Некоторые ИМ постоянной скорости, например фирмы KROMSHCRODER (Германия), могут управляться как сигналами напряжения или тока, так и от подключаемого к определенным входным клеммам потенциометра. Преобразование непрерывного аналогового сигнала тока управления 4–20 мА в импульсные команды управления осуществляется специальным преобразователем, установленным непосредственно в исполнительном механизме. Поскольку в этом случае напряжение питания 220 В частотой 50 Гц всегда присутствует на механизме, пост ручного управления в этой модификации механизмов устанавливается стационарно и обеспечивает управление механизмом «по месту» в обход электронной схемы управления. При управлении исполнительными механизмами такого типа может успешно применяться быстродействующий микропроцессорный универсальный ПИД-регулятор типа «МЕТАКОН 515-З1-У-x», который благодаря встроенному источнику напряжения и активному токовому выходу позволяет минимизировать всю схему измерения и управления, обеспечивая при этом высокое качество и высокую надежность контура управления.

5.3.Системы стабилизации технологических координат

Ксистемам стабилизации относятся прежде всего системы управления с непрерывным технологическим процессом (непрерывные прокатные станы, бумагоделательные машины, системы отопления и горячего водоснабжения и др.). Требования к системам стабилизации формулируются в отношении выходной координаты в статике и в динамике.

В статике, т.е. в установившихся (квазиустановившихся) режимах функционирования систем стабилизации, можно сформулировать два основных тесно взаимосвязанных требования:

1) обеспечение статической точности регулирования выходной координаты при действии возмущений внешней среды;

161

2) обеспечение диапазона регулирования выходной координаты с заданной статической точностью.

Типичным примером стабилизируемой координаты в СУИМ является линейная или угловая скорость движения рабочего органа. На рис. 5.11 приведены статические (механические) характеристики электропривода постоянного тока, регулируемого по цепи якоря.

Из рассмотрения механических характеристик следует, что абсолютная величина статической ошибки стабилизации скорости ∆ c зависит не от скорости холостого хода ( 0, 0), а от момента нагрузки на валу электропривода, поэтому оценку статической ошибки производят для некоторого среднего или номинального момента нагрузки. Зададимся диапазоном изменения нагрузки от Mmin = 0 до Mmax, тогда Mср (среднее значение момента нагрузки) = =Mср = 1/2(Mmin + Mmax).

Рис. 5.11. Механическая характеристика электропривода постоянного тока

Абсолютная величина статической ошибки стабилизации скорости ∆ c рассчитывается по формуле

∆ c = 0 – р,

где р – рабочая скорость электропривода.

162

Относительная величина статической ошибки

c c / p 100 %.

Заметим, что величина относительной статической ошибки стабилизации скорости возрастает с уменьшением рабочей скорости.

Диапазон изменения любой координаты САУ всегда ограничен, в частности для систем стабилизации скорости он фактически не превышает 100 000. Диапазон стабилизируемых скоростей можно оценить следующим образом:

D = max – min – абсолютная оценка, δD = max/ min – относительная оценка.

В отношении диапазона регулирования скорости электропривода системы стабилизации можно условно подразделить на следующие:

–малого диапазона (δD 10);

–среднего диапазона (10 > δD 100);

–широкого диапазона (δD > 100).

Требования статической точности c и диапазона δD регулирования скорости тесно взаимосвязаны:

c доп c D 100 %.

max

Очевидно, что если требование к статической точности будет удовлетворено внизу заданного диапазона стабилизируемой координаты (при min в рассматриваемом примере), то тем более оно будет удовлетворено вверху заданного диапазона.

Статическая ошибка в системе стабилизации некоторой координаты теоретически может быть сведена к нулю за счет:

–включения интегральной составляющей в закон регулирования этой координаты (интегратора в структуру регулятора);

–компенсации возмущений (создания инвариантной системы

вотношении возмущений);

163

–реализации скользящего режима во внешнем контуре (релейного закона управления с большой частотой переключения ре-

ле) [13, 14].

Система управления в этом случае становится астатической по отношению к возмущающим воздействиям, и ее квазиустановившийся режим работы характеризуется отсутствием статической ошибки регулирования.

В динамике, т.е. в режимах отработки системой изменений задающих и возмущающих воздействий внешней среды к системе стабилизации, могут предъявляться следующие требования:

1) в частотной области:

–обеспечение требуемой полосы пропускания замкнутого контура или частоты среза разомкнутого контура регулирования;

–обеспечение требуемых запасов по амплитуде и фазе лога-

рифмической частотной характеристики ( L, ); 2) во временной области:

– обеспечение динамической точности стабилизации выходной координаты xвых(t);

–обеспечение быстродействия отработки ошибок регулирования при изменении задающих и возмущающих воздействий (с);

–обеспечение требования к допустимому перерегулированию

(%), колебательности выходной координаты xвых(t) (число колебаний) и т.п.

Динамическую точность систем стабилизации оценивают по

величине максимального отклонения xmax или по величине среднеквадратичного отклонения xск по отношению к заданному значению выходной координаты (%). Вторая оценка полнее характеризует точность системы, так как основана на статистических характеристиках системы.

В идеальном случае динамическая погрешность отработки сигнала задания в СУИМ должна быть равна нулю. На самом деле ограничения, накладываемые на ресурсы управления, вынуждают искать некий компромисс, в частности между временем регулирования и перерегулированием выходной координаты. При этом наиболее часто прибегают к одному из следующих подходов.

164

Форсирование управляющего воздействия

Этот способ позволяет очень эффективно снизить динамическую ошибку регулирования какой-либо координаты в простейших системах. В качестве примера рассмотрим процесс регулирования тока возбуждения генератора постоянного тока. На рис. 5.12 приведены функциональная схема (а) объекта управления и переходные процессы (б) напряжения и тока возбуждения без форсирования и с форсированием управляющего воздействия. Тиристорный возбудитель (ТВ) представлен безынерционным звеном, цепь тока возбуждения – апериодическим звеном первого порядка. Эквивалентная постоянная времени цепи возбуждения принята равной Твг.

Рис. 5.12. К оценке эффективности форсирования управляющего воздействия

Кривая 1 – реакция тока возбуждения на ступенчатое задающее воздействие без форсировки управляющего водействия, кривая 2 – реакция тока возбуждения на то же самое задающее воздействие с двукратной форсировкой управляющего воздействия.

Форсировка осуществляется кратковременно на время tрег1, при котором ток возбуждения достигает заданного значения. Заметим, что форсирование сигнала управления позволяет существенно снизить время регулирования и уменьшить динамическую ошибку регулирования, однако это далеко не всегда осуществимо.

165