Схема управления с обратной связью по положению исполнительного механизма

Схема управления с обратной связью по положению исполнительного механизма (рис. 4.56) обеспечивает более высокую точность отработки а_нм. Для общепромышленных ИМ она может быть доведена до 0,5…1,0%.

Рис. 4.56. Структурная схема системы НЦУ с обратной связью W_{Q с} по.

положению ИМ

Датчики положения ИМ могут быть цифровые или аналоговые. В системах с цифровыми датчиками управляющее воздействие х* в виде параллельного цифрового кода поступает на регистр-счетчик специального преобразующего устройства, предназначенного для согласования аналогового входа ИМ с цифровым выходом УВМ.

Перейдем к рассмотрению эквивалентной схемы цифровой системы управления с УВМ. Эта схема изображается в виде сложного дискретно-непрерывного фильтра, элементы которого моделируют различные этапы алгоритма переработки информации (рис. 4.57) [15].

В схеме (рис. 4.57) можно выделить три основных устройства, характерных для любого цифрового регулятора.

1. Входное устройство выполняет первичную обработку информации, которая заключается в квантовании непрерывного сигнала (ошибки регулирования) е (/) по времени во входном коммутаторе и по уровню в аналого-цифровом преобразователе и сглаживании цифрового сигнала г*[/Т₀] с помощью математического фильтра арифметического устройства. Этап первичной обработки информации завершается запоминанием сглаженного цифрового сигнала в ЗУ. Вся первичная обработка информации осуществляется в информационной части УВМ.

Важнейшими параметрами входного устройства являются период опроса Г₀, величина кванта аналого-цифрового преобразователя Д, дискретная передаточная функция сглаживающего фильтра F (z).

2. Вычислительное устройство опрашивает ступенчатый сигнал е (/) с периодом Г, который называют периодом квантования регулятора, и обрабатывает цифровой сигнал? И по программе с дискретной передаточной функцией D (z), Выходной сигнал **[?7'] запоминается фиксатором ЗУ на время Т. Ступенчатый сигнал jc [кТ] является задающей величиной для исполнительного устройства.

Рис. 4.57. Эквивалентная схема системы цифрового управления

Важнейшими параметрами вычислительного устройства цифрового регулятора являются период квантования Т и передаточная функция программы обработки Z)(z), реализующей в вычислительной части УВМ заданный алгоритм управления.

3. Исполнительное устройство преобразует ступенчатый сигнал х*(7) в соответствующее перемещение а_нм(/) вала исполнительного механизма ИМ. Оно выполнено в виде следящей цифровой системы, в которой сигнал рассогласования Дх[/т], равный разности между выходным сигналом регулятора .г (/т) и действительным положением регулирующего органа а_им[/т], воздействует через реле РУ с зоной нечувствительности 25 и фиксатор на исполнительный механизм ИМ. Так как в рассматриваемой системе используется исполнительный механизм с постоянной скоростью, то сигнал управления р (/) является релейным (трехпозиционным) в виде ступенчатой функции времени, где длительность ступеньки равна т — периоду квантования следящей системы.

Таким образом, управление электрическим ИМ с постоянной скоростью осуществляется через релейные выходы УВМ: при |Ддг|>5 производится включение, при Ах < б — останов. Сторона включения определяется *.

знаком Да;. Величина х рассчитывается УВМ с дискретностью Т « т. Длительность импульса включения ИМ при данном способе управления кратна интервалу опроса обратной связи т (рис. 4.58).

Рис. 4.58. Временная диаграмма управления ИМ с помощью УВМ

Существенными параметрами следящей системы являются период квантования т, зона нечувствительности релейного устройства 26 и скорость исполнительного механизма V_m{. Эти параметры выбираются из тех же условий, что и в системе с ШИМ.

При малых значениях Т и т можно считать, что следящая система практически всегда работает в скользящем режиме, и исполнительное устройство со следящей системой аппроксимируется статическим звеном.

При вычислении задания положения регулирующего органа в вычислительном устройстве используется обычно программа, в которой расчетное приращение положения регулирующего органа Ах* [кТ] суммируется с предыдущим расчетным значением задания х*кТ -Г], т. с. х*[кТ] = Ах*[кТ] + х*[кТ- Г]. Эта программа обеспечивает интегрирование приращения Ах* [кТ] в вычислительном устройстве.

Если рассматривать программное устройство как дискретный фильтр, то при использовании любой формулы приближенного интегрирования дискретная передаточная функция программы Z)(z) имеет полюсы на круге единичного радиуса |z| = l. Такой фильтр находится на границе устойчивости, поэтому любые возмущения, например сбои в вычислительном устройстве УВМ, могут привести к ошибкам, вызывающим значительные возмущения в системе регулирования (вплоть до полного открывания или закрывания регулирующего органа). Чтобы исключить или хотя бы уменьшить влияние сбоев в УВМ на поведение системы регулирования, необходимо использовать аппаратные или программные методы контроля и исправления ошибок при вычислениях. Рассмотренную схему можно отнести к системам с пропорциональным устройством, т. к. интегрирование выполняется в УВМ. Недостатком схемы является также необходимость ввода начальных условий по положению исполнительного механизма при включении регулятора. Программное устройство для ввода начальных условий запускается вручную с пульта управления УВМ в нормальном режиме работы и автоматически в пусковых режимах, когда требуется автоматическое включение регуляторов. Все это усложняет программу регулирования.

Общим недостатком следящей системы является большое количество датчиков и унифицированных преобразователей, а также увеличение аппаратуры собственно УВМ для ввода информации о положении регулирующих органов. Недостатки системы, обусловленные интегрированием в УВМ, можно устранить, применив другую программу для вычисления задания положения регулирующего органа, в котором приращение Дл;*[АТ] суммируется с действительным текущим положением регулирующего органа а_им [кТ], т. е. ** [кТ] = Ах* [кТ] + а_им [кТ]. В этом случае интегрирование происходит в исполнительном устройстве и полученная схема принципиально мало чем отличается от схемы с ШИМ. Поскольку в вычислительном устройстве определяется лишь приращение величины Ах*[кТ]₉ то дискретный фильтр, эквивалентный программному устройству отработки а_им, становится структурно устойчивым (все полюсы передаточной функции Dyz) лежат внутри круга единичного радиуса z = 1), и влияние сбоев в расчете на процесс регулирования существенно уменьшается.

Сбой в расчете величины Ах*[кТ 1 может привести в крайних случаях либо к тому, что исполнительный механизм останется в прежнем положении (при ошибочном расчете Дх* [А:Г] = 0), либо к непрерывному перемещению его в течение периода расчета Т (при произвольно большой величине Ах*[кТ]).