Разработка электроприводов прессовых машин (стр. 9 из 19)
По полученным данным характеристику разомкнутой системы:
Статическая ошибка разомкнутой системы на верхнем пределе регулирования определяется по формуле:
(6.15)Статическая ошибка разомкнутой системы на нижнем пределе регулирования равна:
(6.16)Таким образом, проведенный расчет статической ошибки разомкнутой системы показывает, что статическая ошибка на нижнем пределе регулирования (
26%) значительно превышает допустимую ( 
), поэтому необходимо синтезировать и исследовать замкнутую систему электропривода.7. СИНТЕЗ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭКСТРУДЕРА
На базе операционного усилителя DА1 реализован регулятор скорости (РС) с соответствующими цепями коррекции, а на базе операционного усилителя DА2 - регулятор тока (РТ),
Задающий сигнал поступает на вход РС через резистор R2 и устанавливается с помощью потенциометра RP1.
Выходной сигнал РС является задающим для РТ. Выходной сигнал РТ поступает на систему импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем (СИФУ).
Датчиком скорости (ДС) является тахогенератор BR1 с возбуждением от постоянных магнитов, жестко закрепленных на валу двигателя, а датчиком тока (ДТ) - шунт RS1 в цепи якоря. Для согласования уровней напряжения шунта и напряжения, подаваемого на вход операционного усилителя DА2, в канал обратной связи по току включен усилитель напряжения (УН) [10].
Анализ механических характеристик разомкнутой системы ТП - ДПТ, показал, что разомкнутая система не обеспечивает требуемую жесткость в заданном диапазоне, а кроме того не предусматривает ограничение тока якоря. В связи с этим необходимо синтезировать замкнутую систему электропривода.
7.1 Подчиненное регулирование координат электропривода
Структурная схема электропривода постоянного тока, с подчиненным регулированием координат, содержащая два разомкнутых контура: внутренний -контур регулирования тока и внешний - контур регулирования скорости, показана на рисунке 7.2. Контур регулирования тока подчинен контуру регулирования скорости [11].
На этой схеме отдельные блоки электропривода представлены типовыми динамическими звеньями. Задачей синтеза является определение передаточных функций регулятора тока и скорости и расчет корректирующих элементов.
В настоящее время в электроприводе при создании замкнутых систем автоматизированного электропривода широкое; применение нашел принцип последовательной коррекции или так называемого подчиненного регулирования.
Объект регулирования представляется в виде последовательно соединенных звеньев, выходными параметрами которого являются существенные координаты объекта, например ток, напряжение, ЭДС, магнитный поток, момент, скорость, положение.
Для управления каждой из координат организуется отдельный регулятор, образующий с объектом контур, замкнутый соответствующей обратной связью. Регуляторы соединяются последовательно, так что выход одного является входом другого.
Структурная схема системы с подчиненным регулированием параметров показана на рисунке 7.3.
Выходные параметры
отдельных звеньев объекта управления(ОУ1, ОУ2, ОУЗ) подаются на датчики обратных связей (ДОС1, ДОС2, ДОС3), откуда сигналы обратной связи 
подаются на регуляторы (PI, P2,IP3).Поэтому регулирование каждой координаты подчинено регулированию предыдущей. Система с подчиненным регулированием позволяет настраивать каждый контур отдельно, начиная с внутреннего, и делать это независимо от настройки внешнего контура. В таких системах достаточно просто осуществляется ограничение значений параметров путем ограничения выходного параметра предыдущего контура.
Управляющим воздействием является сигнал задания U 3 . К отдельным блокам объекта управления (или каждому из них) может быть приложено возмущающее воздействие, а сам объект управления может иметь более сложную структуру, чем показано на рисунке 7.3.
Преимущества подчиненного регулирования заключаются в упрощении решения задачи регулирования координат, облегчении наладки, сокращении сроков пуска объектов, в широких возможностях унификации узлов управления различными объектами.
Недостаток подчиненного регулирования - некоторый проигрыш по быстродействию, связанный с последовательным воздействием на систему через внутренние контуры, а не сразу на входное звено объекта управления. Указанный недостаток для применения в электроприводе не является принципиальным, а перечисленные выше преимущества имеют решающее значение. Поэтому подчиненное регулирование координат нашло широкое применение в электроприводе.
Обычно объект управления описывается математически и разбивается на звенья с известными передаточными функциями. В большинстве случаев известна передаточная функция замкнутой системы и желаемая передаточная функция разомкнутой системы управления, которая выбирается, исходя из требований к динамике объекта управления.
Принцип подчиненного регулирования значительно облегчает поиск передаточных функций регуляторов и реализацию желаемого управления. Оптимизацию системы с последовательной коррекцией начинают с внутреннего контура, последовательно переходя к внешним. При переходе к внешнему контуру передаточную функцию подчиненного контура упрощают, аппроксимируя контур звеном первого порядка. Ошибка аппроксимации при этом несущественна. Новую некомпенсируемую постоянную времени выбирают с учетом быстродействия внутреннего контура и датчика обратной связи. Аналогичным образом поступают при переходе к следующему контуру.
В системах электропривода есть звенья как с большими, так и с малыми постоянными времени. Компенсация всех постоянных времени нереальна и просто нецелесообразна, поскольку система в таком случае стала бы не защищенной от помех, поэтому компенсируют только большие и средние постоянные времени, такие как электромагнитная постоянная времени якорной цепи
и электромеханическая постоянная времени 
привода. Малые постоянные времени (тиристорного преобразователя, фильтров на выходах усилителей, датчиков обратных связей и т.п.) оставляют некомпенсированными.Передаточные функции регуляторов выбирают с таким расчетом, чтобы получить достаточно быстро протекающий переходной процесс с малым перерегулированием - оптимальный переходной процесс. Эту процедуру называют оптимизацией системы.
При выборе желаемой передаточной функции замкнутого контура за некомпенсируемую малую постоянную времени
принимают малую постоянную времени объекта управления.Для выбора желаемой передаточной функции был предложен так
называемый технический оптимум (оптимум по модулю), соответствующий
передаточной функции колебательного звена:
(7.1)Передаточная функция (7.1) замкнутого контура, настроенного на технический оптимум, соответствует передаточной функции колебательного звена с коэффициентом демпфирования равным
Колебательное звено (7.1) образуется замыканием входа и выхода звена с передаточной функцией:
(7.2)Выражение (7.2) представляет собой передаточную функцию разомкнутого контура, настроенного на технический оптимум.
Асимптотическая логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) разомкнутого контура при настройке на оптимум по модулю приведена на рисунке 7.4, а на рисунке 7.5 - переходная функция замкнутого контура, которая описывается уравнением:
(7.3)Из рисунка 7.5 видно, что выходной сигнал звена с передаточной функцией (7.1) при единичном входном сигнале будет отрабатываться со следующими показателями качества переходного процесса: перерегулирование - 4,3%, врем; нарастания регулируемой величины до установившегося значения равно 4,71
, время регулирования равно 8,4 . За время регулирования принимают момент вхождения регулируемой величины в область значений, отличающихся от установившегося не более чем на 
2%.Оптимизация по модулю обычно используется для внутренних контуров регулирования тока.
Колебательное звено с передаточной функцией (7.1) не обеспечивает астатизма системы. Поэтому в случаях, когда требуется точное воспроизведение в статике при наличии посторонних возмущений, например в системах стабилизации скорости, применяется дополнительный интегральный регулятор (И - регулятор).
С целью повышения порядка астатизма контура (и всей системы) применяется настройка на симметричный оптимум. Передаточная функция разомкнутого контура в этом случае имеет вид: