Последовательные цифровые корректирующие звенья

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Структурная схема цифровой системы управления

Рост степени интеграции в микропроцессорной технике и созда­ние микроконтроллеров с встроенным набором специализированных периферийных устройств сделали необратимой тенденцию перехода систем управления электроприводами к прямому цифровому управлению. При этом имеет место непосредственное управление от микроконтроллера каждым ключом силового преобразователя и пря­мой ввод в микроконтроллер сигналов обратных связей (дискретных, аналоговых, импульсных) с их последующей программно-аппаратной обработкой контроллером.

Особенностью цифровых систем управления является наличие квантователя сигналов по уровню в цепях обратных связей, в цепях параллельной коррекции и в ряде случаев в устройстве задающего сиг­нала. Погрешность цифровых устройств не превышает величины еди­ничного значения младшего разряда кода, с которым эти устройства оперируют. Кроме квантования по уровню цифровым системам прису­ще квантование по времени. Период (такт) временного квантования Т_о для большинства систем лежит в пределах 0,001-0,01 с. Очевидно, что если поставлена задача обеспечения высокого качества управления, такт квантования следует выбирать как можно меньшим. При выборе такта квантования следует учитывать следующие факторы:

- требуемое качество управления;

- динамику объекта управления;

- спектры возмущений;

- тип электропривода;

- измерительные устройства.

Как правило, требования оказываются противоречивыми и такт квантования выбирают из компромиссного решения.

Преимущество цифровых регуляторов заключается в реализации любой требуемой передаточной функции, возможности введения адап­тации, нелинейной коррекции.

Обобщенная функциональная схема цифровой системы регули­рования представлена на рис. 28.1.

 

 

 

 На рисунке: 1 - задающий квантователь; 2 - квантователь обрат­ной связи; 3 - дискретная передаточная функция цифрового регулято­ра; 4 - звено с чистым запаздыванием, отражающее конечное время вычислений в регуляторе; 5 - непрерывная передаточная функция объекта управления; 6 - квантователь цепи параллельной коррекции.

Передаточная функция корректирующего дискретного регулято­ра в общем виде записывается следующим образом

 

 

Значения коэффициентов находят из выражения

 

 

где W_o (z) - дискретная передаточная функция объекта управления, полученная с помощью таблиц z - преобразования, Ф(z) - желаемая дискретная передаточная функция системы в замкнутом состоянии.

Функция Ф(z) должна быть реализуема. Для этого она должна представлять собой отношение двух полиномов относительно z^-1 с дей­ствительными коэффициентами, причем свободный член в знаменате­ле должен быть отличным от нуля, а модуль степени полинома числи­теля должен быть больше, чем у знаменателя. При применении микропроцессоров стоимости цифровых и аналоговых систем управления практически не отличаются. Подробный анализ элементов цифровой системы управления представлен ниже.

 

Последовательные цифровые корректирующие звенья

Цифровые регуляторы тока. При разработке цифровой системы регулирования тока якоря электродвигателя необходимо выбирать такт работы регулятора тока  и тип преобразователя напряжение - код в цепи обратной связи по току, учитывая дискретность работы тиристорного или транзисторного преобразователей . Для обеспечения такого же быстродействия, как и для аналогового регулятора рекоменду­ют значение  принимать меньше  в целое число раз.

Для преобразователя напряжение-код, фиксирующего мгновен­ные значения тока, среднее значение тока якоря в установившемся ре­жиме будет отличаться от заданного, причем ошибка равна погрешно­сти численного интегрирования. Например, при интегрировании ме­тодом трапеций ошибка зависит от числа узлов . Если условие  = ц.ч. не соблюдается, то в соседних интервалах дискретности регу­лятор будет срабатывать неодинаковое число раз, что приведет к появ­лению колебаний значений тока обратной связи.

Сигнал, снимаемый с датчика тока, как правило, содержит высо­кочастотные помехи. Поэтому преобразователь напряжение- код дол­жен обладать сглаживающими свойствами. Рекомендуется применять АЦП интегрирующего или следящего типа. Наличие пульсаций тока якоря требует специальной организации измерений. В настоящее время применяют:

- измерение максимума тока на периоде Т_о,

- измерение среднего тока за период Т_о,

-      измерение мгновенных значений тока несколько раз за период Т_о.
Первый метод дает хорошие динамические характеристики. Вто­рой обладает более высокими точностью и помехоустойчивостью.

Структурная схема контура тока представлена на рис. 28.2.

 

 

Обозначения, принятые на структурной схеме:

D(z) - передаточная функция регулятора тока;

W_o.c(p) - передаточная функция датчика тока и корректирующе­го устройства цепи обратной связи;

F - коэффициент, учитывающий влияние пульсаций выходного напряжения преобразователя;

 - время запаздывания, равное времени вычислений в регулято­ре. Значение ;

 - угол запаздывания, появляющийся за счет сдвига между грани­цами  и . Значение  равно случайной величине на отрезке [0,  ].

Цифровые регуляторы скорости. Система регулирования часто­ты вращения может выполняться с подчиненным регулятором тока, аналоговым или цифровым, так и без него. Указанные варианты ис­полнения представлены в [19]. Значительное влияние на характерис­тики системы регулирования оказывает способ измерения частоты вра­щения. Цифровые регуляторы скорости рекомендуются для систем жесткого поддержания частоты вращения, так как от дрейфа нуля ана­логовых PC полностью избавиться не представляется возможным. Структурная схема контуров тока и частоты вращения представлена на рис. 28.3

 

 

Обозначения, принятые на структурной схеме:

D_c(z) - передаточная функция регулятора скорости;

- передаточная функция датчика частоты вращения и корректирующего устройства цепи обратной связи;

В целях упрощения организации вычислений рекомендуется при­нимать , где  - целое число. Часто принимают .

Цифро-аналоговый регулятор скорости состоит из параллельно работающих аналогового и цифрового регуляторов.

Цифровые регуляторы положения.

Регуля­торы положения цифрового типа выполняются на базе микропроцес­соров или мини-ЭВМ. Разрядность цифровых устройств (датчика, преобразователя кодов, регистров, арифметического устрой­ства и др.) зависит от максимального значения рабочего пути  и точности позиционирования. Число разрядов

 

В системах с цифровыми регуляторами положения контур поло­жения замыкается дискретно по времени с периодом , то есть через равные интервалы времени  происходит сравнение задающего воз­действия и сигнала обратной связи и выработка управляющего воз­действия на контур скорости. Так как в течение интервала  управля­ющее воздействие остается неизменным, то эффект квантования по времени может быть учтен введением в контур положения фиксатора нулевого порядка. Передаточная функция фиксатора нулевого порядка вместе с импульсным элементом имеет вид

Влияние квантования по времени сказывается в снижении предель­но допустимой добротности контура положения .

Позиционные системы с нелинейным регулятором положения. Для увеличения коэффициента усиления РП в зоне малых отклонений для электроприводов, работающих в широком диапазоне заданий на перемещение, рекомендуется применение регулятора параболическо­го типа. Характеристика параболического регулятора является геометрическим местом точек переключения, в которых постоянно выполняется равенство

 

где  - частота вращения привода при торможении;  - ошибка по перемещению;  -замедление привода, определяемое коэффициентом усиления параболического регулятора;  - коэффициент связи между перемещением и частотой вращения.

 

Так как коэффициент усиления РП в зоне малых рассогласова­ний стремится к бесконечности, то система регулирования является неустойчивой. Для исключения режима автоколебаний начальный уча­сток параболического регулятора делается линейным, рис. 28.4 (отре­зок ОА кривая 1).

Отработка заданного перемеще­ния может происходить с перерегули­рованием по положению, что в боль­шинстве случаев недопустимо. Для ис­ключения перерегулирования коэффи­циент усиления РП должен быть умень­шен так, чтобы после вхождения в зону линейного участка траектория движе­ния системы попадала в точку нулевого рассогласования или пересекалась с характеристикой линейного участка, что означает работу электропривода в скользящем режиме.

Если перерегулирование по положению лежит в пределах допус­тимого, то выбор зазоров в механической передаче можно исключить, выполнив регулятор положения с зоной нечувствительности (отрезок ОВ кривая 2) при некотором смещении характеристики вдоль оси абс­цисс. Зона нечувствительности определяется разрешающей способно­стью датчика положения.

Необходимость использования регулятора положения с нелиней­ной характеристикой может быть исключена путем задания такого за­кона управления , при отработке которого система остается во всех режимах линейной.

---

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 146; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!