РАЗДЕЛ 2
ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ
СИСТЕМАМИ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
2.1. Особенности систем управления и регулирования положения рабочего органа
Угловое или линейное перемещение - путь, пройденный рабочим органом подъемно-транспортных установок, является основной координатой электромеханической системы, изменение которой во времени по требуемому закону составляет конечную цель управления ее движением. Такие машины и механизмы, в которых рабочий орган для нормального течения технологического процесса должен либо на отдельных этапах, либо в каждый момент времени занимать в пространстве строго фиксированное положение, называются позиционными; характерной особенностью их электроприводов является необходимость регулирования положения.
В отличие от регулирования других координат, регулирование положения требует обязательного дискретного или непрерывного контроля фактического значения регулируемой координаты. При ручном управлении контроль текущего положения осуществляется визуально оператором, который, воздействуя на задание скорости электроприводов механизмов, обеспечивает перемещение рабочего органа по требуемой траектории или установку его в фиксированные позиции в соответствии с технологическим процессом. При этом к электроприводу требование регулирования положения не предъявляется, но он должен обеспечить регулирование скорости и обладать благоприятными динамическими качествами, обеспечивающими условия регулирования положения оператором. Как правило, требуется автоматическое ограничение координаты в крайних точках рабочего участка траектории. В простейших случаях оно осуществляется отключением электропривода и наложением механического тормоза по сигналу путевого командоаппарата.
Автоматическое регулирование положения в зависимости от конкретных требований может осуществляться в трех вариантах:
* точное позиционирование в заданных точках пути по дискретным сигналам путевых датчиков;
* непрерывное автоматическое регулирование положения по отклонению для осуществления дозированных перемещений или по заданной программе;
* непрерывное автоматическое регулирование положения по отклонению при произвольно изменяющемся сигнале задания (следящий электропривод).
Наиболее часто точное позиционирование рабочего органа механизма в заданных точках пути осуществляется по сигналам путевых датчиков. Эта задача сводится к автоматическому отключению двигателя и наложению механического тормоза в такой точке пути, из которой электропривод за время торможения, двигаясь по инерции, перемещается в заданную точку с требуемой точностью. Процесс остановки начинается с поступления в схему управления электроприводом импульса путевого командоаппарата на торможение системы и состоит из двух этапов: собственного времени срабатывания аппаратуры и процесса остановки.
На втором этапе скорость ? в зависимости от пути ?, ускорения электропривода a и начальной скорости ?нач изменяется по закону:
(2.1)
или
. (2.2)
Зависимости ? = f (?) и ?2 = f (?) показаны на рис. 2.1. При постоянном ускорении a ошибка позиционирования зависит от величины отклонения скорости ?нач от заданного значения в момент начала замедления. Поэтому для повышения точности остановки необходимо применять автоматическое регулирование электропривода по положению (пути), которое требует измерения углового или линейного перемещения рабочего органа механизма и использования устройств, задающих эти перемещения.
В простейшем варианте автоматическое регулирование положением предусматривается только на участках движения в районе заданных рабочих позиций, а на основной части пути перемещения от позиции к позиции система по выходной координате разомкнута. Этот вариант позволяет использовать индуктивные датчики ошибки позиционирования - датчики, вырабатывающие сигнал, пропорциональный отклонению рабочего органа от заданного положения. Датчики подключаются в зоне точной остановки и обеспечивают автоматическое регулирование положением по отклонению от заданной точки с требуемой точностью.
При необходимости отработки дозированных перемещений, задаваемых на входе системы скачком, или при осуществлении программного перемещения рабочего органа механизма, необходим постоянный контроль текущего положения, осуществляемый датчиком линейного или углового перемещения непрерывного или дискретного действия. Рассмотрим в качестве объекта управления положением однократноинтегрирующую систему регулирования скорости в системе ТП-Д с подчиненным контуром регулирования тока (рис. 2.2). Дополним ее интегрированием скорости ? для получения перемещения ? и обратной связью по положению с коэффициентом передачи Kп. Включив на вход контура скорости регулятор положения (РП), получим трехконтурную систему регулирования положения. На входе системы сигнал Uз может быть пропорциональным либо углу поворота вала двигателя, либо линейному перемещению рабочего органа (соотношения Uз и ? определяются коэффициентом передачи Kп датчика положения ДП).
Данная система управления является наиболее общей и удобной с точки зрения построения структурных схем и аналитического описания переходных процессов.
Исследование частотно-регулируемого электропривода выполняется аналогично приводу постоянного тока. Однако, при этом необходимо рассматривать сложную математическую модель с использованием компьютер-
ного моделирования.
Если регуляторы тока и скорости выбраны согласно модульному оптимуму, то их передаточные функции будут представлены выражениями:
; (2.3)
, (2.4)
где Tэ - электромагнитная постоянная времени двигателя; Тт.п, Kт.п - постоянная времени и коэффициент передачи тиристорного преобразователя; Kт, Kс - коэффициенты передачи обратных связей по току и скорости; Tм - электромеханическая постоянная времени двигателя; Rя - эквив