6. Автоматическое регулирование момента в системе уп-д с п-регулятором

Регулирование момента требуется в некоторых типах электроприводов, таких как: траловые лебедки, автоматические буксирные лебедки, устройства позиционирования платформ и судов, канатные системы перегрузки грузов с судна на судно в море. Но и в других АЭП использование момента для управления частотой вращения имеет два неоспоримых положительных качества:

- введение в АЭП частотой вращения и углом поворота вала контура регулирования момента позволяет реализовать подчиненное регулирование, благодаря которому регулятор частоты не будет содержать Д-части и этим обеспечивается помехоустойчивость САУ ЭП;

- управление частотой вращения двигателя при использовании контура момента рассчитывается наиболее просто.

Последнее качество иллюстрируется рис.6.1, на котором видно, что изменение вращающего момента М двигателя ведет к прямо пропорциональному изменению производной (углового ускорения) от частоты вращения ω. Между изменением напряжения u_Я питания двигателя и частотой вращения ω такой пропорции не существует в принципе, а связь намного сложнее. Поэтому для управления частотой лучше использовать момент М.

Траектория движения ЭП 0-1-2-3 (рис.6.2) при переводе его с некоторой начальной частоты вращения ω_Н на другую конечную частоту ω_К сводится к простому кратковременному уменьшению вращающего момента М и восстановления его первоначального значения при достижении конечной частоты ω_К. Можно с помощью момента М просто управлять временем перехода с начальной до конечной частоты согласно расчета:

, (6.1)

Если заданы время перехода t_1-2 и частоты ω_Н и ω_К, то необходимый вращающий момент определится из (6.1) как

(6.2)

На функциональной схеме ЭП (рис.6.3а) с управляемым моментом источником питания ДПТ является управляемый преобразователь УП. Схема охвачено отрицательной обратной связью по току якоря i_Я, которому пропорционален вращающий момент М. Структурная схема АЭП приведена на рис.6.3б. На схеме приведена передаточная функция управляемого преобразователя, который представляет собой апериодическое звено первого порядка. Коэффициент передачи k_П можно считать коэффициентом передачи П-регулятора. Шунт представляет пропорциональное звено с коэффициентом передачи k_OT.

Оценим динамические и статические показатели качества данного АЭП.

Структурная схема АЭП такова, что передаточная функция двигателя вместе с УП не может быть приведена к виду (2.4). Следовательно, к ней невозможно применить методы модального управления с целью получения прогнозируемых динамических показателей качества – времени регулирования t_p и перерегулирования σ.

Для определения статических характеристик АЭП рассмотрим по структурной схеме установившейся режим, считая выходным сигналом схемы ток якоря i_Я. В установившемся режиме производные от всех сигналов схемы обращены в ноль, что эквивалентно тому, что на структурной схеме везде надо положить р=0. Крайний правый блок на структурной схеме рис.6.3б является интегрирующим звеном, для которого установившийся режим существует, если входной сигнал (i_Я--I_C) блока равен нулю i_Я=I_C .Структурная схема превратится в изображенную на рис.6.4. Из нее следует система уравнений:

(6.3)

Исключив из системы (6.3) переменную е_П, получим электромеханическую и механическую характеристики АЭП с регулированием момента (тока):

(6.4)

Механическая характеристика АЭП (рис.6.5) получается мягче, чем естественная из-за увеличения в (1+k_П k_ОТ/R_Я) раз коэффициента перед М. Частота холостого хода регулируется сигналом u_ЗТ. Реальные механические характеристики отличаются от идеальных, на которых момент не зависит от частоты вращения. Существует статическая ошибка регулирования ε_СТ. С реальными наклонными характеристиками сложнее управляемость двигателя, так как таких простых алгебраических формул расчета типа (6.1) и (6.2) уже не будет.