Основы построения систем управления электроприводом

Управляемые координаты электропривода

Электропроводник предназначен для регулирования координат исполнительного органа устройства. На рис. 13.11 представлена механическая часть ЭП с исполнительным органом (ИО) как часть функциональной схемы ЭП (см. рис. 13.1).

В качестве регулируемых координат ИО электропривода могут быть:

• • линейная скорость v_M0 или угловая частота вращения со_ио ИО;
• • линейное ускорение а_и0 или угловое ускорение е_и0 ИО;
• • линейное S_H0 или угловое ф_и0 положение ИО.

Для ЭД вращательного движения его частота вращения со и скорости и частота вращения ИО связаны соотношениями.

где i — передаточное число МПУ; р — радиус приведения МПУ.

Из уравнений (13.53) следует, что регулировать скорость у_и0 или частоту вращения ю_и0 ИО возможно изменяя передаточное число i или радиус приведения р (i — var, р — var) при нерегулируемой частоте вращения ЭД (со = const), т. е. механическим способом, либо изменяя частоту вращения вала ЭД со-var, т. е. электрическим способом при постоянных параметрах МПУ (? = const, р = const).

Рис. 13.12. Схема механической части электропривода.

Механический способ регулирования у_и0 и о>_ио практически не нашел применения в БРА и БТ из-за сложности его исполнения и как следствие ненадежности. Поэтому электрический способ, при котором функции регулирования движением ИО осуществляются системой управления ЭД, нашел наибольшее применение в БРА и БТ. Этот способ универсален, хорошо поддается автоматизации и надежен.

Этим способом легко достигается регулирование линейного а_ио и углового е_и0 ускорения ИО, так как они связаны с ускорением s ЭД соотношениями.

т.е. изменяя ускорение в ЭД изменяются параметры а_и0 и в_ио. Также легко осуществляется регулирование линейного 5_И0 и углового ср_и0 положения ИО, изменяя угловое ф положение вала ЭД, так как они связаны уравнениями.

В теории ЭП механические, электрические и магнитные переменные, характеризующие работу ЭД — скорость, ускорение, положение вала, момент, ток, мощность, магнитный поток и т. д. — часто называют координатами. Иногда их называют также регулируемыми координатами электропривода. Поэтому управление движением исполнительного органа электрическим способом осуществляется за счет регулирования координат (переменных) ЭД.

Регулирование координат ЭП осуществляется для управления как установившимся, так и неустановившимся движением исполнительного органа.

В качестве примера на рис. 13.13 приведена диаграмма скорости магнитной ленты магнитофона, которая должна реализовываться его ЭП.

Участки тахограммы: / — переходный процесс пуска ЭП до скорости V₃ движения магнитной ленты МЛ в режим «запись»: II — установившийся режим работы ЭД — «запись»; III — переходный процесс изменения скорости движения МЛ из режима «запись» в режим «перемотки»; IV — установившийся режим «перемотки» МЛ со скоростью У_п; V — переходный процесс изменения скорости движения МЛ из режима «перемотки» в режим «запись»; VI — реверсирование движения МЛ из режима «запись вперед» в режим «перемотка назад»; VII — режим торможения из режима «перемотки назад» в режим «останова».

Как следует из диаграммы, режим работы ЭП магнитофона состоит из переходных режимов пуска, перехода с одной скорости на другую, торможения магнитной ленты, и установившихся режимов — движение ленты с различной постоянной скоростью «записи» — V₃ или «перемотки» — V_n. В переходных процессах ускорение а_ио движения ленты ограничивается конкретными величинами, которые определяются из условий исключения порыва ленты. Кроме того, часто система управления ЭП, регулирует положение S_H0 магнитной ленты относительно магнитных головок считывания.

Рис. 13.13. Диаграмма движения скорости магнитной ленты.

Формирование именно такого графика движения магнитной ленты на всех ее участках является основной задачей ЭП, и решается она путем регулирования соответствующих координат ЭД. Из рассмотренного примера следует, что ЭП должен обеспечить регулирование одновременно нескольких координат: скорости, ускорения и положения ИО.

Наряду с регулированием координат ИО часто требуется регулировать ток и момент ЭД. Такая необходимость возникает при регулировании ускорения ИО, ограничении тока и момента ЭД, регулировании натяжения магнитной ленты и т. д.

Регулирование ускорения. При рассмотрении диаграммы движения магнитной ленты, отмечалось, что на участках ее разгона и торможения ускорение должно находиться на заданном уровне. Регулирование ускорения ИО в этих случаях в соответствии с уравнением движения (13.3) ЭП может быть реализовано соответствующим изменением момента ЭП. В свою очередь, изменение момента ЭД (например, для ЭД постоянного тока) осуществляется регулированием тока якоря двигателя.

Ограничение тока и момента двигателей требуется для ЭД по условиям их нормальной работы. Так, для двигателей постоянного тока обычного исполнения, для которых по условиям нормальной работы коллекторно-щеточного узла и допустимым механическим и тепловым нагрузкам, ток якоря не должен превышать даже кратковременно более чем в 1,5—2 раза номинальный. Необходимость в ограничении токов и моментов возникает и для других типов ЭД, чаще всего в переходных процессах, когда токи и моменты могут существенно превосходить допустимые значения.

Ограничение момента необходимо также для уменьшения динамических нагрузок на элементы кинематической цепи в переходных процессах.

Регулирование тока и момента. Механизмы, для которых по условиям технологического процесса должно обеспечиваться регулирование натяжения, например в магнитной ленте магнитофона, требует регулирование тока и момента. К таким механизмам также относятся, бумагоделательные и ткацкие машины, механизмы по изготовлению электрических проводов и кабелей. В них создаваемое ИО натяжение пропорционально прикладываемому к нему со стороны электропривода моменту или усилию, поэтому регулированием тока и момента двигателя достигается регулирование натяжения.

Необходимость регулирования положения ИО в пространстве или их позиционирование возникает для многих рабочих механизмов, к которым относятся механизмы подач кассет и дисков, роботы и манипуляторы, графопостроители и т. д.

Как и при регулировании других координат движения ИО, эта задача решается путем регулирования положения вала электродвигателя в разомкнутых и замкнутых системах. Основное требование, которое предъявляется к ЭП таких ИО, заключается в обеспечении требуемой точности их установки в заданную точку пространства или плоскости.

В простейших, разомкнутых ЭП, регулирование положения обычно обеспечивается с помощью конечных выключателей. Выключатели устанавливаются в нужную точку пространства (плоскости) и производят отключение ЭП от источника питания. Исполнительный орган тормозится и с некоторой точностью останавливается.

При необходимости получения высокой точности регулирования положения и обеспечения качественного характера движения ИО используется замкнутый ЭП с обратной связью по положению. В этом случае система автоматически вырабатывает сигнал на начало торможения и обеспечивает заданную точность останова ИО.