Материал: Системы управления исполнительными механизмами.

В частности, в рассмотренном примере тиристорный возбудитель для реализации двукратной форсировки должен иметь соответствующий запас по напряжению. К недостаткам этого метода следует также отнести необходимость применения нелинейных элементов системы управления (релейного элемента и компаратора).

Компенсация больших постоянных времени объекта управления

Выполняется после структурно-параметрической декомпозиции объекта управления. Допустим, в результате структурной декомпозиции объекта управления выделен подобъект, структурная схема которого приведена на рис. 5.13.

Этот объект управления содержит два апериодических звена первого порядка с большими постоянными времени (БПВ) T1 и T2 и n звеньев с малыми постоянными времени (МПВ) 1– n, причем

i << T1, T2, i = 1…n.

Рис. 5.13. Структурная схема объекта управления

Учитывая, что произведением МПВ можно пренебречь, запишем выражение для эквивалентной МПВ:

n

T i .

i 1

Эту постоянную времени часто называют некомпенсированной малой постоянной времени, поскольку, во-первых, компенсации подлежат только БПВ; во-вторых, любая технически реализуемая система после компенсации всех БПВ все равно будет обладать некоторой инерцией, и именно эта некомпенсированная МПВ будет определять быстродействие системы.

166

Таким образом, параметрическая декомпозиция ОУ приводит к замене всех звеньев с МПВ одним эквивалентным звеном:

W P T P1 1.

Установим на входе ОУ компенсирующее (корректирующее) ПИД звено:

W P T1P 1 T2 P 1 . T3P

Тогда передаточная функция объекта управления со звеном компенсации (разомкнутого контура регулирования)

Как видим, ОУ существенно упростился, стал более быстродействующим, и синтез оптимального управления им уже не представляет проблемы (см. главу 6).

Заметим, что все сказанное справедливо лишь в случае идеальной компенсации БПВ объекта управления. В действительности параметры ОУ всегда рассчитываются (оцениваются) с некоторой погрешностью, при функционировании СУИМ ее элементы претерпевают температурные, временные и прочие изменения. Все это приводит к недокомпенсации или перекомпенсации БПВ и, как следствие, к снижению эффекта от компенсации. Кроме того, компенсация довольно больших постоянных времени требует соответствующих затрат энергии, а реальные ограничения, накладываемые на энергетические ресурсы, приводят к сужению зоны малых отклонений координат ОУ, т.е. к нелинейности СУИМ. Тем не менее данный метод улучшения динамических показателей широко применяется в сочетании с процедурами синтеза оптимальных систем управления.

167

5.4. Системы программного управления, ограничение координат СУИМ

Ксистемам программного управления относятся системы, задающие воздействия которых меняются по некоторым программ- но-временным законам. В частности, это системы управления металлорежущими станками и промышленными роботами, исполнительные органы (струбцины резцов станка, схваты манипулятора

ит.п.) которых имеют программные законы движения по одной или нескольким пространственным координатам. Программное управление такого рода СУИМ осуществляют, как правило, с помощью систем числового программного управления (СЧПУ) того или иного класса (NC, CNC, SNC, DNC и др.) [17, 23, 24].

Ксистемам программного управления предъявляются те же требования, что и к системам стабилизации в статических и динамических режимах, а также ряд специфических требований, связанных с необходимостью ограничения координат объекта управления на допустимых уровнях. В отличие от систем стабилизации СЧПУ при позиционном и позиционно-контурном управлении могут функционировать в режимах больших отклонений координат, в том числе при больших отклонениях выходной координаты (положения исполнительного органа). В этой связи основные требования к программным системам управления можно сформулировать следующим образом:

–максимум быстродействия при минимуме динамической ошибки отработки любых программно-задающих воздействий;

–ограничение координат СУИМ на допустимых уровнях во всех динамических режимах.

Эти требования тесно взаимосвязаны и обеспечиваются следующими техническими (в общем случае – программно-аппарат- ными) средствами:

–применением дополнительных нелинейных обратных связей по ограничиваемым координатам СУИМ (типа отсечек);

–применением задатчиков интенсивности (первого или второго рода);

168

При этом реализуется условие Uдт > Uотс , где Uотс – напряжение отсечки нелинейного звена. Напряжение отрицательной обратной связи Uнз приводит к снижению напряжения управления силового преобразователя и cтабилизирует ток якоря на максимально допустимом уровне. В режиме токоограничения среднее значение

Uдт Uотс.

Заметим, что регулятор скорости, обеспечивающий оптимальное в смысле какого-либо критерия регулирование скорости, должен иметь переменную структуру, изменяющуюся при выходе тока на режим ограничения. С целью снижения выбросов тока якоря в такие моменты времени применяют так называемое упреждающее токоограничение, обеспечиваемое за счет дополнительной обратной связи по току двигателя, подаваемой на вход тиристорного преобразователя.

Рассмотрим ограничение координат СУИМ с помощью задатчиков интенсивности.

Задатчики интенсивности (ЗИ) служат прежде всего для ограничения фазовых переменных СУИМ. В электромеханических СУИМ с помощью ЗИ ограничивают скорость, ускорение и рывок рабочего органа (первую, вторуюитретью производные положенияРО).

Задатчики интенсивности первого рода применяют для ограничения ускорения (замедления) электропривода и обеспечивают либо постоянство ускорения (замедления), либо постоянство времени регулирования при скачкообразном изменении сигнала задания скорости. Структурная схема ЗИ первого рода, обеспечивающего постоянство ускорения электропривода в переходных режимах, приведена на рис. 5.15.

Напряжение задания скорости Uзс можно изменять ступенчато. При этом выходной сигнал ЗИ будет меняться линейно в функции времени:

Uзи = U зс = (1/Tзи)Uрэt,

где Uрэ – напряжение релейного элемента (РЭ), Uрэ = = Uрэ maxsign(Uзс – U зс).

170

max = (d /dt)max = Uрэ max/Tзи Kc.

Структурная схема ЗИ, обеспечивающего постоянство времени регулирования при ступенчатых изменениях задающего воздействия, приведена на рис. 5.17.

1 / TзиP

–

е ТзиР

Рис. 5.17. Структурная схема ЗИ, обеспечивающего постоянство времени регулирования скорости

Реакция такого ЗИ на ступенчатые изменения задающего воздействия приведена на рис. 5.18. Как видим, время отработки произвольного по величине скачка задания скорости постоянно и равно постоянной времени Tзи. Ускорение электропривода с таким ЗИ – величина переменная и зависит от приращения скорости за время Tзи.

Задатчик интенсивности второго порядка в отличие от рассмотренных ЗИ содержит интегратор второго порядка, что позво-

172