K. Gierlotka
1
Układy regulacji
napędów elektrycznych
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