Замкнені електроприводи з підлеглим регулюванням параметрів
Ефективне та якісне регулювання координат у системі Π – Д забезпечує принцип підлеглого регулювання, реалізований за структурною схемою рис. 13.9. Цей принцип передбачає регулювання кожної координати за допомогою свого окремого регулятора та відповідного зворотного зв'язку. Тим самим, регулювання кожної координати відбувається у своєму замкненому контурі, необхідні характеристики ЕП у статиці та динаміці можуть бути отримані за рахунок вибору схеми і параметрів регулятора цієї координати та кола її зворотного зв'язку.
Керування внутрішнім контуром за допомогою вихідного сигналу зовнішнього контуру дає ще одну важливу властивість таких схем. Вона полягає в можливості простими засобами обмежувати будь-яку регульовану координату, наприклад струм і момент, на заданому рівні. Для цього потрібно всього лише обмежити задавальний сигнал, який надходить із зовнішнього контуру.
Розглянемо ЕП (рис. 13.10, а) з підлеглим регулюванням, вихідною регульованою координатою якого є швидкість. Керуюча частина схеми складається з двох замкнених контурів регулювання струму (моменту), яка містить регулятор струму РС і датчик струму ДС, і регулювання швидкості, що містить регулятор швидкості РШ і датчик швидкості (тахогенератор) BR.
Регулятори струму та швидкості в більшості сучасних схем ЕП цього типу виконуються на базі операційних підсилювачів (ОП). Вмикання в колі задавального сигналу швидкості Uз.ш РШ і його зворотного зв'язку резисторів R1 і Rз.з1 забезпечує зміну (посилення або ослаблення) цього сигналу з коефіцієнтом k1=Rз.з1 / R1. Аналогічна зміна сигналу зворотного зв'язку за швидкістю Uз.з відбувається з коефіцієнтом k2 = Rз.з1 / R2. Такий регулятор одержав назву пропорційного (П) регулятора швидкості.
При вмиканні в колі ОП конденсаторів (реактивних електричних елементів) його функціональні можливості з перетворення електричних сигналів стають ширше. Так, схема РС із вмиканням у коло зворотного зв'язку конденсатора Сз.з.2 послідовно з резистором Rз.з.2 дозволяє одержати сигнал Uкер. на виході РС у виді суми двох складових
Сигнал Uкер. містить пропорційну та інтегральну складові вхідного сигналу Uвх, тобто РС є в цьому випадку пропорційно-інтегральним (П-І) регулятором.
Рисунок 13.10 – Схема (а), динамічні (б) та статичні (в) характеристики електроприводу з підлеглим регулюванням координат
За якими же критеріями та умовами вибираються схема і параметри кіл того або іншого регулятора? Основною умовою тут є бажаний (заданий) характер перехідних процесів при регулюванні координат. З усіх можливих їх видів звичайно вибирають графік із згасаючими коливаннями (рис, 13.10, б). Такий графік є оптимальним у тому сенсі, що він дозволяє забезпечити стійкі перехідні процеси при невеликих тривалостях і перерегулюваннях. Розповсюдженим настроюванням регуляторів такого виду є, так називаний «технічний оптимум», при якому перерегулювання (див. рис. 13.10, б) складає 4,3 % від усталеного рівня, а час перехідного процесу tп.п. = 4,1 ТПр, де ТПр – електромагнітна стала часу тиристорного перетворювача, яка приймається звичайно рівній 0,01 с. В теорії ЕП [2] розроблені методи розрахунку параметрів кіл РШ і РС, які забезпечують такий характер регулювання координат ЕП.
Як уже відзначалося, схема підлеглого регулювання координат дозволяє простими засобами обмежувати координати ЕП на заданому рівні. У схемі рис. 13.10, а для обмеження струму та моменту в коло зворотного зв'язку РШ увімкнені стабілітрони VDI і VD2. У результаті цього вихідна напруга РШ, яка є задавальним сигналом (уставкою) Uз.с, обмежується і тим самим струм і момент двигуна не можуть перевершити заданого рівня.
На рис. 13.10, в наведені статичні характеристики ЕП з підлеглим регулюванням координат і настроюванням на «технічний оптимум». Їхньою особливістю є наявність вертикальної ділянки І, що забезпечує обмеження струму і моменту, та залежність жорсткості характеристики на ділянці II від співвідношення двох сталих часу: електромеханічної двигуна Тм і електромагнітної перетворювача ТПр.
У схемах підлеглого регулювання використовується також інший критерій настроювання регуляторів по так називаному «симетричному оптимуму», який дозволяє одержати абсолютно жорсткі статичні характеристики на ділянці ІІ (див. рис. 13.10, в), але перехідні процеси в цьому випадку характеризуються великим перерегулюванням , яке досягає 55 %. При настроюванні на «симетричний оптимум» РШ виконується як П-І-регулятор.
Відзначимо ще раз, що в силу своїх великих функціональних можливостей схеми з підлеглим регулюванням координат знайшли дуже широке розповсюдження в регульованому ЕП постійного струму.