Применяется в тех случаях, когда требуется обеспечить работу

электродвигателя со сверхноминальной скоростью. Такой режим работы электродвигателя предусмотрен в ряде серийно выпускаемых комплектных электроприводов типа ЭПУ1-2Д, КТЭ и др. Управление ДПТ осуществляют по цепям якоря и возбуждения, причем в обеих зонах задающим воздействием является лишь напряжение задания скорости. В первой зоне диапазон регулирования ограничен номинальным значением скорости, во второй – максимальным для данного типа электродвигателя. В табл. 8.1. приведены области изменения основных координат системы двухзонного регулирования скорости.

Табл. 8.1.

Параметр	w	M	eд	Ф
1-я зона	w £ w н	M £ M н	eд £ eдн	Ф = Ф н
2-я зона	w > w н	M < M н	eд = eдн	Ф< Ф н

 

Изменение координат СУ ЭП в функции скорости двигателя представлено на рис. 8.13. В 1-ой зоне магнитный поток двигателя поддерживается номинальным, допустимое значение электромагнитного момента равно номинальному. Во второй зоне постоянным поддерживается э.д.с. двигателя, а магнитный поток и момент двигателя изменяются в обратно пропорциональной зависимости от скорости, поскольку e_д = С_е Ф w,

M=С_мФi. Таким образом, применение двухзонного регулирования целесообразно в тех случаях, когда момент нагрузки механизма на верхних скоростях меньше, чем на скоростях ниже номинальной. При этом ток якоря

и потребляемая мощность двигателя не превышают допустимых значений. Функциональная схема системы двухзонного регулирования скорости приведена на рис. 8.14.

 

Рис. 8.13. Изменение координат СУ ЭП в функции скорости

 

Система управления содержит два взаимосвязанных канала:

- регулирования скорости электродвигателя в обеих зонах;

- стабилизации э.д.с. двигателя на номинальном уровне во второй

зоне.

 

 

 

Рис. 8.14. Функциональная схема системы двухзонного

регулирования скорости

 

В первой зоне регулирования скорости э.д.с. двигателя ниже

номинального значения. Модуль напряжения обратной связи по э.д.с.

меньше напряжения задания номинальной э.д.с., т. е. /U_дэ / < U_зэ,н . При этом регулятор э.д.с. (РЭ) находится в режиме насыщения, причем блок ограничения (БО) формирует задание номинального тока возбуждения (магнитного потока) двигателя.

Во второй зоне w >w_н, а следовательно, в динамике возникает ситуация, когда /U_дэ / > U_зэ,н. РЭ выходит из режима ограничения, снижает U_зтв, а значит, ток возбуждения и магнитный поток двигателя. В итоге э.д.с. двигателя стабилизируется на номинальном уровне, а магнитный поток устанавливается на уровне, обратно пропорциональном скорости двигателя.

Датчик э.д.с. реализован на основе измерения напряжения на якоре и тока якоря двигателя (первый метод измерения э.д.с.). Делительное устройство (ДУ), установленное на выходе РС, обеспечивает оптимальную настройку контура регулирования скорости за счет деления U_рс на сигнал, пропорциональный текущему значению магнитного потока.

Настройку контуров регулирования канала регулирования скорости производят так же, как в системе с однозонным регулированием (см. раздел 8.1.2). Настройку контуров регулирования канала стабилизации э.д.с. производят на ТО. Передаточная функция оптимального регулятора возбуждения имеет вид [2]:

где R_в , T_в - активное сопротивление и постоянная времени цепи обмотки возбуждения двигателя;

T_в,т - постоянная времени контура вихревых токов, T_в,т » 0,1 T_в ;

T_mв - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбуждения, T_{m в} » T_тпв ;

K_тпв, T_тпв - коэффициент передачи и постояння времени тиристорного преобразователя возбуждения (тиристорного возбудителя) – ТПВ;

K_в - коэффициент обратной связи контура регулирования возбуждения.

Передаточная функция оптимального регулятора э.д.с. имеет вид:

где T_{m э} - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования э.д.с. двигателя, T_{m э} » 2T_{m в} ;

K_в,э– коэффициент передачи цепи “ток возбуждения – э.д.с. двигателя”, K_в,э = De_д / D i_в =w_в K_ф С_е w _н.

Если измерение э.д.с. двигателя производится с малой инерцией

(T_я,ц » 0), например с применением тахометрического моста, то регулятор э.д.с. имеет И-структуру.

 

8.5. Системы регулирования положения рабочего органа

Системы регулирования положения исполнительных органов машин и механизмов имеют широчайший диапазон приложений. Они применяются для стабилизации положения различных платформ в условиях качки их оснований (системы стабилизации положения), для позиционирования схватов манипуляторов промышленных роботов, позиционирования инструментов координатно-расточных станков (позиционные программные системы регулирования положения), для механической обработки поверхности различных изделий техники токарно-фрезерными станками (контурные программные системы регулирования положения), в качестве систем наведения антенн, оптических радиотелескопов, ракет (следящие системы управления положением) и т.п. Диапазон мощностей исполнительных двигателей САР положения очень широк - от единиц ватт до единиц мегаватт.

Системы стабилизации положения, контурные и следящие САР функционируют, как правило, в режиме малых отклонений координат, т. е. их координаты не достигают предельно допустимых значений. Применительно к позиционным системам различают три режима их функционирования и, соответственно три режима перемещений:

- режим малых перемещений;

- режим средних перемещений;

- режим больших перемещений.

При малых перемещениях скорость двигателя w не достигает рабочей

максимальной скорости (w < w _max), ток двигателя i не достигает значения тока ограничения (i<i_max). В режиме средних перемещений скорость двигателя не достигает рабочей максимальной скорости, но ток двигателя может достигать значения тока ограничения (i £ i_max). В режиме больших перемещений скорость двигателя и ток двигателя могут достигать максимальных значений (i£i_max, w£w _max). Графики перемещения исполнительного органа, скорости и тока двигателя для этих режимов приведены на рис. 8.15.

 

Рис. 8.15. Графики перемещения рабочего органа, скорости и тока

якоря двигателя в позиционной САР: а) режим малых

перемещений; б) режим средних перемещений; в) режим

больших перемещений

 

Заметим, что время позиционирования исполнительного органа в режиме малых перемещений является неизменным, не зависящим от величины перемещения (рис. 8.15а). САР положения при этом остается линейной. В режимах средних и больших перемещений время позиционирования зависит от величины перемещения и САР становится нелинейной (рис. 8.15 б,в).

САР положения призвана обеспечить оптимальное автоматическое перемещение исполнительного органа рабочей машины из некоторой начальной позиции в некоторую конечную. В позиционных САР траектория движения исполнительного органа не имеет существенного значения и в качестве датчиков положения часто с успехом могут использоваться дискретные датчики типа конечных выключателей. Напротив, в следящих САР, контурных СЧПУ требуется непрерывный контроль отклонения положения от заданного значения. Автоматическое регулирование положения в этом случае реализуют с применением аналоговых (непрерывных) или дискретных (цифровых) САР положения с подчиненными контурами регулирования координат электроприводов.

В качестве датчиков положения используются сельсины, вращающиеся

трансформаторы, индуктосины, многооборотные потенциометры, импульсные, цифровые датчики и др. В ряде случаев для повышения точности работы САР контроль положения осуществляют датчиками грубого и точного отсчетов (при больших отклонениях положения от заданного значения работает система грубого отсчета, в диапазоне малых рассогласований – система точного отсчета).

Ниже будут рассмотрены нашедшие наибольшее применение аналоговые САР положения с непрерывным контролем перемещения вдоль всего пути позиционирования рабочих органов механизмов.