K. Gierlotka

1

Układy regulacji

napędów elektrycznych

K. Gierlotka

2

Układy regulacji napędów elektrycznych

Układy regulacji zapewniają realizację następujących
funkcji, wzajemnie z sobą związanych:



poprawę właściwości dynamicznych układu napędowego,



odpowiednie ukształtowanie charakterystyk statycznych
napędu, przede wszystkim charakterystyki mechanicznej,



ochronę elementów układu napędowego (przekształtnika
energoelektronicznego, silnika, napędzanej maszyny
roboczej) przed nadmiernymi i niedopuszczalnymi
przeciążeniami, które mogą wystąpić zarówno w czasie
normalnej eksploatacji napędu, np. podczas rozruchu
silnika, jak i w sytuacjach awaryjnych.

K. Gierlotka

3

Układy regulacji napędów elektrycznych

Cele stosowania

K. Gierlotka

4

Układy regulacji napędów elektrycznych

Korekcja szeregowa

)

(

)

(

)

(

s

X

s

X

s

E

z





)

(

)

(

)

(

t

x

t

x

t

e

z





Korekcja szeregowa: człon korekcyjny – regulator – o transmitancji G

r

(s)

znajduje się w głównym torze przepływu sygnałów i sterowany jest uchybem
regulacji E(s), czyli różnicą między wartością zadaną X

z

(s) a wartością

rzeczywistą X(s) wielkości regulowanej:

lub w postaci
czasowej:

(1)

(2)

Regulator przetwarza uchyb regulacji wg odpowiedniego algorytmu (np.
regulacji typu PID) i wypracowuje sygnał sterujący U

s

(s) dla obiektu

regulacji o transmitancji G

o

(s).

K. Gierlotka

5

Układy regulacji napędów elektrycznych

Cele stosowania

1

)

(

)

(

)

(





s

X

s

X

s

G

z

z

0

)

(

)

(

)

(





s

Z

s

X

s

G

d

Podstawowym kryterium
syntezy układu regulacji jest
spełnienie następujących
celów:
• przebieg wielkości regulowanej

x(t) powinien dostatecznie
dokładnie odwzorowywać przebieg
wielkości zadanej x

z

(t),

• wpływ zakłóceń z na przebieg

wielkości regulowanej powinien
być jak najmniejszy.

K. Gierlotka

6

Układy regulacji napędów elektrycznych

Wskaźniki jakości regulacji

• czas regulacji t

r

zdefiniowany jako czas po którym wielkość regulowana

osiągnie trwale wartość ustaloną w granicach dopuszczalnych odchyłek,

• czas narastania t

n

– czas po którym wielkość regulowana w przebiegu

oscylacyjnym po raz pierwszy osiągnie wartość zadaną,

• przeregulowanie p.

Podstawowe wskaźniki charakteryzujące układ regulacji wyznacza się
na podstawie przebiegu czasowego wielkości regulowanej w
odpowiedzi na skok sygnału zadanego :

K. Gierlotka

7

Układy regulacji napędów elektrycznych

Uchyb regulacji

Układowi automatycznej regulacji stawia się
wymagania dotyczące zarówno przebiegu
przejściowego sygnału uchybu e(t) jak i jego
wartości w stanie ustalonym e

u

Założenie: układ jest liniowy.

e

x

(t)

- uchyb od wymuszenia

e

z

(t)

- uchyb zakłóceniowy

).

(

)

(

)

(

t

e

t

e

t

e

z

x





(3)

K. Gierlotka

8

Układy regulacji napędów elektrycznych

Statyczne i astatyczne układy regulacji

).

(

)

(

)

(

t

e

t

e

t

e

z

x





(3)

Układ astatyczny automatycznej regulacji jest w
stanie sprowadzić do zera błąd ustalony od
dowolnego wymuszenia, jeżeli tylko posiada
wystarczająco wysoki stopień astatyzmu. Stopień
astatyzmu układu automatycznej regulacji dotyczy
więc uchybu od wymuszenia e

x

i jest równy sumie

członów całkujących w transmitancjach regulatora i
obiektu regulacji.

K. Gierlotka

9

Układy regulacji napędów elektrycznych

Statyczne i astatyczne układy regulacji

).

(

)

(

)

(

t

e

t

e

t

e

z

x





(3)

Wartość ustalona uchybu zakłóceniowego e

zu

zależy jedynie od liczby członów całkujących w
transmitancji regulatora i od przebiegu
czasowego sygnału zakłócającego.
Na przykład przy zakłóceniu skokowym uchyb
ustalony dla regulatora proporcjonalnego jest stały, a
dla regulatorów typu PI lub PID (jeden człon całkujący
w transmitancji regulatora) jest równy zero .

K. Gierlotka

10

Układy regulacji napędów elektrycznych

Struktury układów regulacji

Układ z szeregowym połączeniem regulatorów
(układ z podporządkowanymi obwodami regulacji)

Obiekt regulacji

Blok regulatorów

Przetworniki pomiarowe

K. Gierlotka

11

Układy regulacji napędów elektrycznych

Struktury układów regulacji

Układ z szeregowym połączeniem regulatorów
(układ z podporządkowanymi obwodami regulacji)

3

2

1

Hierarchia obwodów regulacji:
3. nadrzędny
2. podporządkowany względem 3 i nadrzędny w stosunku do 1
1. podporządkowany

K. Gierlotka

12

Układy regulacji prędkości napędu z

silnikiem obcowzbudnym zasilanym z PT

Układ z szeregowym połączeniem regulatorów prędkości i prądu

K. Gierlotka

13

Układy regulacji prędkości napędu z

silnikiem obcowzbudnym zasilanym z PT

Układ z szeregowym połączeniem regulatorów prędkości i prądu

K. Gierlotka

14

Przebiegi w układzie regulacji z silnikiem

obcowzbudnym zasilanym z prostownika

tyrystorowego

1. Odpowiedź

na skokową
zmianę
prędkości
zadanej,
brak
ograniczeń

K. Gierlotka

15

Przebiegi w układzie regulacji z silnikiem

obcowzbudnym zasilanym z prostownika

tyrystorowego

2. Odpowiedź

na skokową
zmianę
prędkości
zadanej,
ograniczeni
e prądu 2I

dN

K. Gierlotka

16

Układy regulacji prędkości napędu z

silnikiem obcowzbudnym zasilanym z PT

Układ z regulatorem napięcia (siły elektromotorycznej)



























d

u

i

d

u

d

i

d

u

I

k

k

U

k

I

k

U

k



k

I

R

U

E

d

g

d

M







g

u

i

R

k

k

