Разработка цифрового электропривода продольной подачи токарно-винторезного станка (стр. 3 из 8)
Для относительной амплитуды
это условие запишется в следующем виде: 
(1.29)В системах управления электроприводами значения максимальной скорости
, допускаемого ускорения 
и допускаемой скоростной ошибки 
известны.Тогда, учитывая условия преобразования, для обеспечения необходимой точности желаемая ЛАЧХ должна проходить выше критической точки
с координатами: 
; (1.30) 
. (1.31) 
44.932 дБПри этом запретная область ограничивается по относительной амплитуде первой асимптотой, которая проводится влево от точки
с наклоном -20 дБ/дек. По частоте эта запретная область ограничивается второй асимптотой, которая проводится вправо от точки с наклоном -40 дБ/дек. Положение запретной зоны показано на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Построение запретной зоны по критериям точности
Скоростная ошибка
определяет необходимую добротность системы по скорости 
, которая определяется по формуле: 
, (1.32)Значение
соответствует точке пересечения линии, которая продолжает первую низкочастотную асимптоту, с осью 
.После построения запретной области строятся логарифмические амплитудные и фазовые частотные характеристики. При построении следует придерживаться следующего порядка.
1. Первая низкочастотная асимптота желаемой ЛАХ проводится с наклоном –20 дБ/дек выше точки
на 3 дБ, чтобы обеспечить запас устойчивости. Подъем характеристики приводит к увеличению коэффициента добротности по скорости в 
раза: 
. (1.33)2. Вторая асимптота проводится с наклоном –40 дБ/дек от точки сопряжения с координатами (
; 
) до точки пересечения с осью , которая определяет базовую частоту 
запретной области: 
. (1.34)3. По заданному показателю колебательности
определяется частота сопряжения второй и третьей асимптот: 
. (1.35)4. Третья асимптота с наклоном –20 дБ/дек проводится от точки
до точки 
, которая определяется из условия обеспечения требуемого показателя колебательности: 
. (1.36) вычисляется по соотношению: 
. (1.37)5. Строится график
запретной области фазовой частотной характеристики:
. (1.38)где
– частота среза, которая определяется по формуле: 
. (1.39)6. Строится график фазовой частотной характеристики
: 
. (1.40)где
– показатель эквивалентного запаздывания, значение которого принимается равным 1.На рисунке 1.4 показано положение запретной области
и фазовой частотной характеристики 
. 
Рисунок 1.4 – Построение запретной области для фазовой характеристики
Построенные графики позволяют сделать вывод о запасе устойчивости системы управления по фазе. Фазовая характеристика не должна заходить в запретную область, для которой относительная логарифмическая амплитуда находится в пределах:
. (1.41) 
(1.42)Если же это условие не выполняется, то желаемый результат можно получить путем изменения частот сопряжения
и 
, а также коэффициента 
.В верхнем диапазоне частота
определяет период дискретности 
в соответствии с выражением: 
. (1.43)Это значение и должно быть принято в последующих расчетах.
2. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Задачи проектирования систем управления на локальном уровне, чаще всего, касаются систем электроприводов, выполняющих определенные рабочие движения. В технологическом оборудовании машиностроительного производства используются регулируемые и следящие электроприводы с двигателями постоянного или переменного тока.
Пример функциональной схемы следящего электропривода с двигателем постоянного тока приведен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема следящего электропривода с ШИП и релейным контуром тока
В этом следящем электроприводе измерительная система имеет двухотсчетный преобразователь перемещение-код (ППК1 и ППК2). В контуре тока в качестве датчиков обратной связи применены шунты RШ. Для усиления напряжения, которое снимается с шунтов (UШ = 0...75 мВ), и формирования двухполярного сигнала используется дифференциальный усилитель ДУ. Выходное напряжение усилителя
, соответствующее фактическому значению тока, через гальваническую развязку поступает на один вход компаратора К, а на другой подается выходное напряжение цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), который преобразует код задания тока 
в аналоговый сигнал задания 
.Логический сигнал с выхода компаратора поступает на схему управления СУ, которая предназначена для преобразования кода управления
в длительности импульсов переключения силовых транзисторов. Эти импульсы через оптронную развязку ОР и импульсные усилители ИУ подаются на базы транзисторных ключей VT1…VT4, образующих мостовую схему. С целью устранения сквозных токов при переключении пар организуется безтоковая пауза. В качестве силовых элементов применены биполярные транзисторы ТКД.Информация с преобразователей перемещение-код сравнивается с кодом задания, ошибка обрабатывается с помощью программы регулятора, который выполняет расчет кода управления
и уровня ограничения тока в функции скорости. Для регулирования приняты: пропорциональный закон в контуре положения с введением сигнала компенсации скоростной ошибки и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон в контуре скорости. Период дискретности системы управления составляет 1 мс.