plik


$. AUTOMATYCZNA REGULACJA NAPDW ELEKTRYCZNYCH $.1. Wprowadzenie UkBady napdowe zasilane z przeksztaBtnikw energoelektronicznych pracuj zazwyczaj w zamknitych ukBadach sterowania (ukBadach regulacji). UkBady regulacji zapewniaj realiza- cj nastpujcych funkcji, wzajemnie z sob zwizanych: a) popraw wBa[ciwo[ci dynamicznych ukBadu napdowego, b) odpowiednie uksztaBtowanie charakterystyk statycznych napdu, przede wszystkim charakterystyki mechanicznej, c) ochron elementw ukBadu napdowego (przeksztaBtnika energoelektronicznego, sil- nika, napdzanej maszyny roboczej) przed nadmiernymi i niedopuszczalnymi przeci- |eniami, ktre mog wystpi zarwno w czasie normalnej eksploatacji napdu, np. podczas rozruchu silnika, jak i w sytuacjach awaryjnych. Obecnie w ukBadach napdowych powszechnie stosowana jest ko- Z(s) rekcja szeregowa (rys. $.1). CzBon korekcyjny  regulator  o Xz(s) X(s) E(s) Us(s) G(s) Go(s) transmitancji Gr(s) znajduje si w r - gBwnym torze przepBywu sygna- Bw i sterowany jest uchybem regulacji E(s), czyli r|nic mi- dzy warto[ci zadan Xz(s) a Rys.$.1. Schemat blokowy ukBadu regulacji warto[ci rzeczywist X(s) wiel- ko[ci regulowanej: E(s) = X (s) - X (s) , ($.1) z lub w postaci czasowej: e(t) = xz (t) - x(t) , ($.2) Regulator przetwarza uchyb regulacji wg odpowiedniego algorytmu (np. regulacji proporcjo- nalno-caBkujcej) i wypracowuje sygnaB sterujcy Us(s) dla obiektu regulacji o transmitancji Go(s). Podstawowym kryterium syntezy ukBadu regulacji napdu elektrycznego jest speBnienie nastpujcych celw: - przebieg wielko[ci regulowanej x(t) powinien dostatecznie dokBadnie odwzorowywa przebieg wielko[ci zadanej xz(t), - wpByw zakBceD z na przebieg wielko[ci regulowanej powinien by jak najmniejszy. WBa[ciwo[ci dynamiczne ukBadu regulacji mo|na oceni na podstawie przebiegw czasowych wielko[ci regulowanej w odpowiedzi na sygnaBy testowe (np. impuls Diraca, skok jednostko- wy, funkcja liniowo narastajca) wielko[ci zadanej xz lub zakBcenia z. Podstawowe wskazniki charakteryzujce ukBad regulacji wyznacza si na podstawie przebie- gu czasowego wielko[ci regulowanej w odpowiedzi na skok sygnaBu zadanego (rys. $.2.a): - czas regulacji tr zdefiniowany jako czas po ktrym wielko[ regulowana osignie trwale warto[ ustalon w granicach dopuszczalnych odchyBek, - czas narastania tn  czas po ktrym wielko[ regulowana w przebiegu oscylacyjnym po raz pierwszy osignie warto[ zadan, - przeregulowanie p. 1 x x eu p xz x(t) xu z(t) tn tr t t a) b) Rys. $.2. Odpowiedzi ukBadu regulacji na skokow zmian sygnaBu zadanego (a) i zakBcenia (b) Istotnym wskaznikiem jako[ci ukBadu regulacji jest rwnie| uchyb regulacji e. UkBadowi au- tomatycznej regulacji stawia si okre[lone wymagania dotyczce zarwno przebiegu przej- [ciowego sygnaBu uchybu e(t) jak i jego warto[ci w stanie ustalonym eu. Na ukBad regulacji oddziaBywuj sygnaB zadany xz i sygnaB zakBcenia z. ZakBadajc, |e ukBad jest liniowy, uchyb regulacji e(t) mo|na przedstawi jako superpozycj dwch skBadowych: uchybu od wymusze- nia ex(t) oraz uchybu zakBceniowego ez(t): e(t) = ex (t) + ez (t). ($.3) PrzykBadowy przebieg wielko[ci regulowanej w odpowiedzi na skokow zmian sygnaBu za- kBcajcego przedstawiono na rys. $.2.b. Wa|nym wymaganiem stawianym ukBadom regulacji jest dokBadno[ w stanie ustalonym (ustalony uchyb regulacji eu). Rozr|nia si ukBady regulacji statyczne, w ktrych ustalony uchyb regulacji przy staBym wymuszeniu jest r|ny od zera i ukBady regulacji astatyczne. UkBad astatyczny automatycznej regulacji jest w stanie sprowadzi do zera bBd ustalony od dowolnego wymuszenia, je|eli tylko posiada wystarczajco wysoki stopieD astatyzmu. Sto- pieD astatyzmu ukBadu automatycznej regulacji dotyczy wic uchybu od wymuszenia ex i jest rwny sumie czBonw caBkujcych w transmitancjach regulatora i obiektu regulacji. Tak wic ukBad o stopniu astatyzmu jeden (jeden czBon caBkujcy w transmitancji regulatora lub obiektu regulacji) cechuje si zerow warto[ci ustalonego uchybu regulacji exu od wymuszeD skoko- wych, a ukBad o stopniu astatyzmu dwa daje zerow warto[ ustalon uchybu rwnie| dla wymuszenia narastajcego liniowo. Warto[ ustalona uchybu zakBceniowego ezu zale|y jedynie od liczby czBonw caBkujcych w transmitancji regulatora i od przebiegu czasowego sygnaBu zakBcajcego. Na przykBad przy zakBceniu skokowym uchyb ustalony dla regulatora proporcjonalnego jest staBy, a dla regula- torw typu PI lub PID (jeden czBon caBkujcy w transmitancji regulatora) jest rwny zero. Optymalizacja ukBadu automatycznej regulacji ma na celu zminimalizowanie czasw tr i tn oraz uzyskanie maBej warto[ci przeregulowania. Powy|sze wymagania s cz[ciowo sprzecz- ne i konieczny jest tu pewien kompromis. Wskaznikami syntetycznymi pozwalajcymi oceni ukBad regulacji, a tak|e sBu|cymi do syntezy jego parametrw, s kryteria caBkowe dobroci regulacji. Do najwa|niejszych nale|: - kryterium ISE (ang. integral squared error). WedBug tego kryterium optymalny jest ukBad regulacji minimalizujcy funkcjonaB: 2 " I = (t)dt , ($.4) +"e2 0 Zastosowanie tego kryterium w ukBadzie regulacji opisanym rwnaniem r|niczkowym drugiego rzdu daje w odpowiedzi na skok jednostkowy przebieg oscylacyjny wielko[ci regulowanej o wspBczynniku tBumienia  cechujcy si przeregulowaniem p=16%. - kryterium ITSE (ang. integral of time multipled by squared error), w ktrym minimalizo- wany jest funkcjonaB: " I = (t)dt , ($.5) +"te2 0 W stosunku do poprzedniego zastosowanie tego kryterium daje wiksze tBumienie prze- biegw i mniejsze przeregulowanie. - kryterium IAE (ang. integral of absolute value of error), minimalizujce funkcjonaB: " I = e(t) dt , ($.6) +" 0 Kryterium rzadko stosowane z uwagi na du| warto[ wspBczynnika tBumienia przebie- gw i dBugi czas regulacji. $.2. Metody doboru nastaw regulatorw W praktyce napdowej korzysta si najcz[ciej z metod doboru nastaw regulatorw opraco- wane w latach 50. przez Kesslera [K1, K2]. S to kryteria optimum moduBu i optimum syme- trii. $.2.1. Kryterium optimum moduBu Rozwa|ania dotycz optymalizacji nastaw regulatora k-tego rzdu o transmitancji: a0 + a1s + a2s2 + ... + ak sk Gr (s) = , a0 `" 0 ($.7) 2s wspBpracujcego z inercyjnym obiektem regulacji n-tego rzdu opisanym transmitancj: 1 , b0 `" 0 ($.8) Go (s) = b0 + b1s + b2s2 + ...+ bnsn Punktem wyj[cia do sformuBowania tego kryterium jest zwizek midzy odpowiedzi ukBadu regulacji na skok jednostkowy wielko[ci zadanej a charakterystyk moduBu transmitancji widmowej zamknitego ukBadu regulacji (rys. $.3). Czas narastania tn jest odwrotnie propor- cjonalny do szeroko[ przenoszonego pasma czstotliwo[ci okre[lonej przez pulsacj g, a warto[ przeregulowania p zale|y od maksymalnej warto[ci Amax charakterystyki moduBu transmitancji widmowej. UkBad regulacji bdzie wic tym wierniej (tzn. z minimalizacj opznieD czasowych i przeregulowaD) odtwarzaB na wyj[ciu przebieg sygnaBu zadanego, je|e- li warto[ pulsacji granicznej g bdzie jak najwiksza, a charakterystyka moduBu transmitan- cji widmowej bdzie pBaska w zakresie do pulsacji g. ModuB transmitancji widmowej za- mknitego ukBadu regulacji powinien zatem w jak najwikszym zakresie czstotliwo[ci maBo r|ni si od jedno[ci: 3 G(j) z x Amax p "A 1 1 2 2 g r  tn t a) b) Rys. $.3. Zwizki midzy odpowiedzi UR na skok jednostkowy (a) i charakterystyk moduBu jego transmitancji widmowej (b) Gz ( j) H" 1. ($.9) W praktyce stosuje si najcz[ciej uproszczone kryterium moduBu. Polega ono na zastosowa- niu warunku ($.9) do transmitancji ukBadu zamknitego, w ktrej wstpnie skompensowano dominujce staBe czasowe obiektu regulacji. Rozwa|my przykBad, gdy obiekt regulacji opisa- ny transmitancj operatorow: X (s) ko Go (s) = = ($.10) U (s) (1+ s )(1+ sT ), s przy czym zachodzi nierwno[: T >>  . Rozpatrywany jest wic obiekt inercyjny drugiego rzdu scharakteryzowany tzw. du| T i maB  staBymi czasowymi. Przypadek taki jest czsto spotykany w ukBadach napdowych, gdzie maB staB czasow mo|e np. by czas opznienia przeksztaBtnika tyrystorowego a du| elektromagnetyczna staBa czasowa obwodu wirnika silnika obcowzbudnego. Dla obiektu regulacji opisanego transmitancj ($.10) przyjmiemy regulator typu PI o transmitancji: 1+ sTi Gr (s) = , ($.11) sTc ktr mo|na zapisa rwnie| w postaci: 1 Gr (s) = kr 1 + , ($.12) sTi gdzie: Ti - staBa czasowa cz[ci caBkujcej (czas zdwojenia) regulatora, Ti kr = - wzmocnienie regulatora. ($.13) Tc 4 Xz(s) X(s) E(s) Us(s) G(s) Go(s) r - ksz Rys.$.4. Schemat blokowy ukBadu regulacji Na podstawie schematu blokowego (rys. $.4), w ktrym uwzgldniono wzmocnienie ksz czuj- nika pomiarowego wielko[ci regulowanej, transmitancja operatorowa zamknitego obwodu regulacji jest rwna: X (s) Gr (s)Go (s) Gz (s) = = . ($.14) X (s) 1+ kszGr (s)Go (s) z Podstawiajc do powy|szej zale|no[ci transmitancje ($.10) i ($.11) otrzymuje si: 1 + sTi ( ) ko ( )( ) sTc 1 + s 1 + sT Gz (s) = . ($.15) 1 + sTi ( ) koksz 1 + ( )( ) sTc 1 + s 1 + sT Aatwo zauwa|y, |e przyjmujc warto[ czasu zdwojenia Ti rwn staBej czasowej T obiektu regulacji, mo|na wyeliminowa w powy|szej zale|no[ci du| staB czasow T, majc decy- dujcy wpByw na inercj obiektu regulacji. Przyjmiemy wic nastpujc zale|no[ na czas zdwojenia regulatora: Ti = T , ($.16) Uwzgldniajc zale|no[ ($.16) transmitancja operatorowa ($.15) zamknitego ukBadu regu- lacji przyjmie po przeksztaBceniach posta: ko Gz (s) = . ($.17) Tcs2 + Tcs + koksz Obliczajc kwadrat moduBu transmitancji widmowej powy|szej zale|no[ci otrzymuje si: ko2 2 Gz ( j) = . ($.18) 2 4 2 2 2 Tc2  +(Tc2 - 2Tckoksz) + ko ksz Zgodnie w wymaganiem ($.9) staBa czasowa Tc powinna by tak zwymiarowana, by w mia- nowniku zale|no[ci ($.18) znikaBo mo|liwie du|o wyrazw poczynajc od najni|szych potg . Wtedy bowiem przebieg charakterystyki moduBu transmitancji widmowej ma w przybli|e- niu staB warto[ w szerokim zakresie czstotliwo[ci. Przyrwnujc do zera wspBczynnik stojcy przy 2 w mianowniku zale|no[ci ($.18) wyznaczamy poszukiwan warto[ staBej czasowej Tc: Tc = 2koksz . ($.19) Je|eli transmitancj regulatora zapisa w postaci ($.12) to wwczas wzmocnienie regulatora zgodnie z ($.13) oblicza si z zale|no[ci: 5 T kr = . ($.20) 2koksz Podstawiajc zale|no[ ($.19) do ($.17) otrzymuje si transmitancj zamknitego obwodu regulacji: 1 ksz Gz (s) = . ($.21) 2 2 s2 + 2s +1 Jest to transmitancja elementu oscylacyjnego o pulsacji 0 = 1/( 2) i wspBczynniku tBu- mienia  = 2 2 . W ukBadzie takim w odpowiedzi na skok jednostkowy wielko[ci zadanej otrzymuje si przebieg wielko[ci regulowanej cechujcy si przeregulowaniem p=4,3% cza- sem narastania tn=4,7, oraz czasem regulacji tr=9,7. Zale|no[ci na dobr nastaw regulatorw z kryterium optimum moduBu dla najcz[ciej spoty- kanych transmitancji obiektu regulacji oraz regulatorw typu P, I, PI, PID przedstawiono w tabeli $.1. W ramki ujto w niej regulatory dajce najkorzystniejsze wBa[ciwo[ci dynamiczne ukBadu zamknitego przy okre[lonej transmitancji obiektu regulacji. Zachodzi to, gdy rzd regulatora jest rwny liczbie du|ych staBych czasowych obiektu regulacji. $.2.2. Kryterium optimum symetrii Wad ukBadu regulacji z regulatorem dobranym z kryterium optimum moduBu jest dBugi czas regulacji przy reakcji ukBadu na dziaBajce na niego zakBcenia (np. moment obci|enia silni- ka w przypadku ukBadu napdowego). Spowodowane jest to stosunkowo du|ym tBumieniem przebiegw przej[ciowych w tak zoptymalizowanym ukBadzie. Krtszy czas reakcji na zakB- cenie mo|na uzyska u ukBadzie z regulatorem dobranym z kryterium optimum symetrii. Punktem wyj[cia tego kryterium jest spostrze|enie, |e je|eli w obiekcie regulacji wystpuj maBe i du|e staBe czasowe, to przy krtkich czasach regulacji dziaBanie czBonu inercyjnego mo|na zastpi czBonem caBkujcym. Tym samym kryterium optimum symetrii mo|na tak|e stosowa dla obiektw regulacji zawierajcych czBony caBkujce. Kryterium optimum symetrii dotyczy obiektw regulacji zawierajcych m elementw iner- cyjnych z maBymi staBymi czasowymi oraz n elementw inercyjnych z du|ymi staBymi czaso- wymi: ko Go (s) = . ($.22) n m (1+ sTy)"(1+ s ) " x y=1 x=1 przy czym ka|da z du|ych staBych czasowych jest o wiele wiksza od sumy maBych staBych czasowych: Ty >> . ($.23) " x Zastpujc czBony o du|ych staBych czasowych czBonami caBkujcymi otrzymuje si: ko Go (s) = . ($.24) n m sn ) "Ty"(1+ s x y=1 x=1 6 Wyra|enie powy|sze mo|na upro[ci przez zastpienie iloczynu czBonw inercyjnych o ma- Bych staBych czasowych jednym elementem inercyjnym: 1 1 1 H" = , ($.25) m m 1+ s ) 1+ s "(1+ s x " x x=1 x=1 m gdzie  = jest zastpcz maB staB czasow obiektu regulacji. " x x=1 Podstawiajc zale|no[ ($.25) do ($.24) otrzymuje si: ko Go (s) = , ($.26) n (1+ s )sn "Ty y=1 W przypadku kryterium symetrii rzd regulatora musi by zgodny z rzdem obiektu regulacji, tzn. rwny liczbie jego du|ych staBych czasowych. ZakBadajc, |e staBe czasowe r|niczko- wania czBonw forsujcych regulatora s identyczne, jego transmitancj mo|na zapisa w postaci: (1+ sTr )n Gr (s) = . ($.27) sTc Wwczas transmitancj otwartego obwodu regulacji mo|na przedstawi w postaci oglnej: (1+ sTr )n ko Gor (s) = Gr (s)Go (s) = . ($.28) n sTc (1+ s )sn "Ty y=1 StaBe czasowe Tr oraz Tc podlegaj doborowi zgodnie z zale|no[ci ($.9). Dla przypadku szczeglnego obiektu regulacji z jedn du| staB czasow, transmitancja ukBa- du otwartego przyjmuje posta: 1+ sTi ko Gor (s) = . ($.29) sTc (1+ s )sT a transmitancja ukBadu zamknitego (rys. $.4): ko(1+sTi) Gz(s) = . ($.30) s3TcT +s2TcT +sTikoksz +koksz Obliczajc kwadrat moduBu transmitancji widmowej zale|no[ci ($.30) otrzymuje si: 2 ko2(1+ Ti2) 2 Gz ( j) = . 6 2 2 4 2 2 2  Tc2T  + TcT(TcT - 2Tikoksz )+ koksz(Ti2koksz - 2TcT)+ ko ksz ($.31) Zgodnie w wymaganiem ($.9) staBe czasowe Ti orazTc powinny by tak zwymiarowane, by w mianowniku zale|no[ci ($.31) znikaBo mo|liwie du|o wyrazw poczynajc od najni|szych 7 potg . Przyrwnujc do zera wspBczynniki stojce przy 2 i 4 w mianowniku zale|no[ci ($.31) wyznaczamy warto[ staBych czasowych: Ti = 4 , ($.32) 2 8 koksz Tc = . ($.33) T Je|eli transmitancj regulatora zapisa w postaci ($.12) to wwczas wzmocnienie regulatora zgodnie z ($.13) oblicza si z zale|no[ci: T kr = . ($.34) 2koksz Podstawiajc wzory ($.32) i ($.33) do zale|no[ci ($.30) otrzymuje si transmitancj operato- row zamknitego obwodu regulacji w ktrym obiekt regulacji zawiera jedn du| staB cza- sow, a regulator typu PI jest dobrany z kryterium optimum symetrii: 1 (1+ 4s ) ksz Gz (s) = . ($.35) 3 2 8s3 + 8s2 + 4s +1 Zale|no[ci na dobr parametrw X regulatora z kryterium optimum 1,5 symetrii dla obiektu regulacji z jedn i dwoma du|ymi staBymi czasowymi przedstawione s w 1,0 tabeli $.2. Dobierajc parametry regulatora z kryterium optimum symetrii 0,5 otrzymuje si odpowiedz ukBadu regulacji na skok jednostkowy cechujc si czasem narastania t 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100  tn=3,1, czasem regulacji a) tr=17,3 i przeregulowaniem p=43 %. Tak du|e przeregulowa- X 1,5 nie spowodowane jest wpBywem czBonu forsujcego w liczniku transmitancji ($.35). Podstawow 1,0 zalet ukBadu regulacji zoptyma- lizowanego wg kryterium opti- mum symetrii jest znacznie szyb- 0,5 sza reakcja na zakBcenie w po- rwnaniu z kryterium optimum moduBu. Pogldowe przebiegi t 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ukBadw zoptymalizowanych wg  b) kryteriw optimum moduBu i optimum symetrii na skokowe zmiany sygnaBu zadanego i za- Rys. $.5. Odpowiedz ukBadu z regulatorem dobranym wg kryteriw optimum moduBu (a) i optimum symetrii (b) na kBcenia przedstawiono na skokowe zmiany wielko[ci zadanej oraz zakBcenia rys. $.5. 8 Tabela $.1. Dobr nastaw regulatorw z kryterium optimum moduBu Parametry Transmitancja Typ Transmitancja Parametry odpowiedzi na obiektu regulacji reg. regulatora regulatora skok jednostkowy Go(s) Gr(s) tn tr p% T kr kr = P 2koksz 1 ko Ti = 2kokszT I sTi (1+ s )(1+ sT ) T >>  T kr = 1 2koksz kr 1+ 43% , 4,7 9,3 PI sTi Ti = T 1 T1 T2 kr = + kr P 2koksz T2 T1 1 Ti = 2koksz(T1 + T2) I sTi ko 1 T1 T2 ( ) 1+ s 1+ sT1 1+ sT2 ( )( ) kr = + 2koksz T2 T1 T2 1 (T1, T2 ) >>  kr 1+ Ti = T1 + 2 PI sTi T1 T1 1+ + T2 T2 T1 + T2 kr = 2koksz 1 kr 1+ + sTd Ti = T1 + T2, 43% , PID 4,7 9,3 sTi TT2 1 Td H" T1 + T2 Tabela $.2. Dobr nastaw regulatorw z kryterium optimum symetrii Transmitancja Typ Transmitancja Parametry Parametry odpowiedzi obiektu regulacji reg. regulatora regulatora na skok jednostkowy Go(s) Gr(s) tn tr p% ko T lub kr = ( )( ) 1 + s 1 + sT 1 2koksz 3,1 17,3 43% kr 1+ PI ko sTi ; T >>  Ti = 4 ( ) 1+ s sT ko TT2 1 ( ) 1+ s 1+ sT1 1+ sT2 kr = ( )( ) 82koksz 1 kr 1+ + sTd ko PID 3,1 17,3 43% sTi lub ; Ti = 16 ( ) 1+ s s2T1T2 Td = 4 (T1, T2 ) >>  * ) czas regulacji podano dla tolerancji przebiegu regulowanego 1% od warto[ci zadanej 9 Ograniczenie do okoBo 8% przeregulowania spowodowanego dziaBaniem czBonu forsujcego mo|na uzyska przez zastosowanie w torze zadawania sygnaBu (rys. $.6) filtru inercyjnego o staBej czasowej rwnej czasowi zdwojenia regulatora Ti: 1 GF (s) = , ($.36) 1+ 4s lub przez ograniczenie szybko[ci narastania sygnaBu zadanego w ukBadzie zadajcym. Obec- no[ filtru w torze wielko[ci zadanej nie wpBywa na przebieg procesu regulacji w reakcji na zakBcenie, co odbywa si to poza filtrem. Z(s) Xz(s) Xz(s) X(s) E(s) Us(s) GF(s) Go(s) G(s) r - ksz a) X 1,5 1,0 0,5 t 0 10 20 30 40 50 60  b) Rys. $.6. Zastosowanie filtru w torze zadawania ukBadu z regulatorem dobranym z kryterium optimum symetrii. Schemat ukBadu (a) oraz odpowiedz na skokowe zmiany wielko[ci zadanej oraz zakBcenia (b) $.3. Struktury ukBadw regulacji Tworzc struktur ukBadu regulacji dla dowolnego obiektu regulacji nale|y si kierowa dwiema przesBankami: - ka|da sterowana lub wymagajca kontroli zmienna stanu (wielko[) powinna mie wBa- sny regulator, - zalecane jest, by w jednym obwodzie regulacji wystpowaBy nie wicej ni| dwa czBony z du|ymi staBymi czasowymi. W rzeczywistych ukBadach regulacji kontrolowanych jest na ogB kilka zmiennych stanu, np. prd i prdko[ silnika obcowzbudnego. Obiekt regulacji nale|y w takim przypadku podzieli na podobiekty, zawierajce jedn lub dwie du|e staBe czasowe. Wielko[ciami wyj[ciowymi z podobiektw s regulowane bdz kontrolowane zmienne stanu. Ka|da z nich posiada wBasny obwd regulacji z regulatorem. Najcz[ciej regulatory poBczone s ze sob szeregowo (rys.$.7). Poszczeglne obwody regulacji s w tym przypadku zagBbione jedne w drugich - mwimy o wewntrznych (np. obwd regulacji wielko[ci X2 w stosunku do obwodu regulacji 10 wielko[ci X3) i zewntrznych obwodach regulacji (np. obwd regulacji wielko[ci X2 w sto- sunku do obwodu regulacji wielko[ci X1). SygnaB wyj[ciowy regulatora obwodu zewntrzne- go jest sygnaBem zadanym dla wewntrznego obwodu regulacji. Tworzy si w ten sposb struktura hierarchiczn z nadrzdnymi i podporzdkowanymi obwodami regulacji. Dlatego struktura z szeregowym poBczeniem regulatorw nosi te| nazw ukBadu z podporzdkowa- nymi obwodami regulacji. X2z(s) X1z(s) Us(s) X3z(s) X1(s) X2(s) X3(s) Gr2(s) Gr1(s) Go2(s) Go3(s) Gr3(s) Go1(s) - - - ks1 ks2 ks3 Rys. $.7. Trjobwodowy ukBad regulacji z szeregowym poBczeniem regulatorw W ukBadzie na rys. $.7. sygnaB wyj[ciowy Uz2 regulatora zewntrznego obwodu regulacji Gr3 jest sygnaBem wej[ciowym dla wewntrznego obwodu regulacji z regulatorem Gr2. Proces regulacji wielko[ci X2 w tym obwodzie regulacji zale|y wic od przebiegu procesu regulacji w obwodzie zewntrznym (ptli regulacji wielko[ci X3). Dlatego w strukturze z szeregowym poBczeniem regulatorw zewntrzny obwd regulacji nazywamy nadrzdnym, a wewntrzny podporzdkowanym i odpowiednio mwimy o regulatorze nadrzdnym (Gr3) i podporzdko- wanym (Gr2). Nadrzdno[ i podporzdkowanie obwodw regulacji (regulatorw) jest wzgldne: obwd regulacji wielko[ci X2 jest podporzdkowany wzgldem obwodu regulacji wielko[ci X3 a jednocze[nie jest nadrzdny w stosunku do obwodu regulacji wielko[ci X1. W strukturze z szeregowym poBczeniem regulatorw kolejno[ obliczeD parametrw ukBadu regulacji jest nastpujca: 1) w pierwszej kolejno[ci obliczane s, np. na podstawie zale|no[ci z tabeli $.1 lub $.2 pa- rametry regulatora ptli najbardziej wewntrznej (regulatora Gr1 na rys. $.7), 2) oblicza si transmitancj zamknitego obwodu regulacji ptli wewntrznej: X1(s) Gz1(s) = , ($.37) X1z (s) z uwzgldnieniem zale|no[ci na dobr parametrw regulatorw, 3) transmitancj Gz1(s) upraszcza si do inercji pierwszego rzdu, 4) wyznacza si parametry regulatora Gr2 ptli zewntrznej przy czym wewntrzny obwd regulacji zastpuje si blokiem opisanym uproszczon zgodnie z punktem 3 transmitancj Gz1(s), 5) je|eli wystpuj kolejne zewntrzne obwody regulacji obliczenia parametrw kolejnych regulatorw przeprowadza si stosujc odpowiednio punkty od 2 do 4. Rzadziej w przypadku korekcji szeregowej stosowane jest w wieloobwodowych ukBadach regulacji rwnolegBe poBczenie regulatorw (rys. $.8). SygnaBy wej[ciowe Uz1 i Uz2 obydwu regulatorw s zadawane niezale|nie. W tym przypadku hierarchia poszczeglnych regulato- rw i obwodw regulacji nie jest staBa, ale okre[lana przez blok sumujco-logiczny BS-L. Element BS-L okre[la wpByw wielko[ci wyj[ciowych Us1 i Us2 obydwu regulatorw na war- to[ sygnaBu sterujcego Us w zale|no[ci od stanu pracy ukBadu regulacji. Najcz[ciej w pew- nym stanie pracy ukBadu, np. poni|ej prdu dopuszczalnego silnika, caBkowit kontrol nad przebiegiem procesu regulacji sprawuje jeden z regulatorw a poza tym obszarem drugi. 11 ks2 y2z(s)- Us2(s) Gr2(s) Us(s) y1(s) y2(s) BS-L Go1(s) Go2(s) y1z(s) Gr1(s)Us1(s) - ks1 Rys. $.8. UkBad regulacji z rwnolegBym poBczeniem regulatorw $.4. UkBady regulacji napdw przeksztaBtnikowych prdu staBego Jak stwierdzono w poprzednim rozdziale, tworzc struktur ukBadu regulacji nale|y ka|dej zmiennej stanu, sterowanej lub wymagajca kontroli, przyporzdkowa odrbny obwd regu- lacji, w ktrym powinny wystpowa nie wicej ni| dwa czBony z du|ymi staBymi czasowy- mi. W przypadku silnika obcowzbudnego zasilanego z przeksztaBtnika energoelektronicznego podstawow wielko[ci regulowan jest jego prdko[ (w ukBadach sterowania pozycyjnego droga ktowa waBu silnika). Ponadto napdy prdu staBego wymagaj kontroli prdu wirnika silnika ze wzgldu na ochron elementw napdu (przeksztaBtnika, silnika, napdzanego urzdzenia) przed nadmiernym prdem, a tak|e z uwagi na popraw wBa[ciwo[ci dynamicz- nych napdu. Z tych powodw w ukBadach regulacji napdw przeksztaBtnikowych prdu staBego wystpuj co najmniej dwa regulatory: - regulator prdko[ci lub regulator wielko[ci zwizanej z prdko[ci, np. siBy elektromoto- rycznej silnika, napicia zasilania silnika, - regulator prdu. $.4.1. UkBad z silnikiem obcowzbudnym zasilanym z prostownika tyrystorowego nienawrotnego z szeregowym poBczeniem regulatorw prdko[ci i prdu Schemat funkcjonalny ukBadu przedstawiono na rys. $.9. Jest to najcz[ciej spotykana struk- tura ukBadu regulacji napdu z silnikiem obcowzbudnym zasilanym z prostownika nienawrot- nego. Tworz j wewntrzny (podporzdkowany) obwd regulacji prdu wirnika silnika z regulatorem prdu Ri oraz zewntrzny (nadrzdny) obwd regulacji prdko[ci z regulatorem prdko[ci R. Na wej[ciu ukBadu znajduje si zadajnik (UZ) lub filtr inercyjny sygnaBu za- danej prdko[ci z. F (UZ) Id PT UWT 'z z R  Iz Ri w Us M  I PI PI (-) (-) Rys. $.9. UkBad regulacji napdu z silnikiem obcowzbudnym zasilanym z prostownika tyry- storowego nienawrotnego 12 Realizacja ukBadu regulacji mo|e by analogowa (sprztowa) przy zastosowaniu wzmacnia- czy operacyjnych lub cyfrowa, realizowana przy wykorzystaniu sterownika mikroprocesoro- wego (realizacja programowa bloku regulatorw). Symbole wewntrz schematw regulato- rw na rys. $.9.a oznaczaj sposb realizacji regulatora (np. wzmacniacz operacyjny), jego, charakterystyk statyczn (np. proporcjonalny wzmacniacz odwracajcy z ograniczeniami) oraz najcz[ciej stosowany w danym obwodzie typ regulatora (np. PI). PrzeksztaBtnik energoelektroniczny wraz z obwodem regulacji prdu tworzy sterowane zr- dBo prdowe. Istotnie, warto[ prdu zasilania silnika w ukBadzie przedstawionym na rys. $.9 zale|y tylko od jego warto[ci zadanej Iz, bowiem regulator prdu w ka|dym stanie pracy sil- nika tak wysterowuje przeksztaBtnik energoelektroniczny, by zminimalizowa bBd regulacji prdu ei, czyli r|nic midzy warto[ci zadan i rzeczywist prdu z uwzgldnieniem wzmocnienia ki czujnika pomiarowego: ei (t) = I (t) - I(t) = I (t) - ki Id (t) , ($.38) z z Poniewa| w silniku obcowzbudnym moment elektromagnetyczny silnika przy staBej warto[ci strumienia jest proporcjonalny do prdu wirnika, silnik Bcznie z obwodem regulacji prdu wirnika jest sterowanym zrdBem momentu elektromagnetycznego, a sygnaB zadany prdu Iz mo|na traktowa jako sygnaB zadany momentu elektromagnetycznego silnika. WBa[ciwo[ci dynamiczne obwodu regulacji prdu (momentu) silnika zale| gBwnie od sposobu doboru nastaw regulatora prdu oraz parametrw silnika i przeksztaBtnika energoelektronicznego. Nadrzdny obwd regulacji prdko[ci umo|liwia kontrol prdko[ci silnika z dynamik za- le|n od wBa[ciwo[ci wewntrznego obwodu regulacji prdu, parametrw mechanicznych napdu (momentu bezwBadno[ci) oraz parametrw regulatora prdko[ci. Je|eli regulator prd- ko[ci zawiera czBon caBkujcy (np. regulator typu PI), wwczas ukBad regulacji prdko[ci za- pewnia w stanie ustalonym stabilizacj prdko[ci silnika niezale|nie od warto[ci momentu zewntrznego Mz. Charakterystyki mechaniczne napdu s w tym przypadku idealnie sztyw- ne. Je|eli w napdzie zastosowano proporcjonalny regulator prdko[ci, sztywno[ charakte- rystyk mechanicznej napdu zale|na jest od wspBczynnika wzmocnienia regulatora prd- ko[ci. W ukBadach napdowych niektre wielko[ci musz by ograniczone do warto[ci dopuszczal- nych. W napdzie z silnikiem prdu staBego zasilanym z prostownika tyrystorowego ograni- czeniu podlega prd wirnika silnika Id oraz kt opznienia wBczenia zaworw . Odbywa si to przez ograniczenie odpowiednich wielko[ci zadanych lub sterujcych w ukBadzie regulacji. W ukBadzie regulacji przedstawionym na rys. $.9 ograniczenie minimalnej i maksymalnej warto[ci prdu Id uzyskuje si przez odpowiednie ograniczenie sygnaBu zadanego prdu Iz, czyli sygnaBu wyj[ciowego regulatora prdko[ci (oglnie regulatora obwodu nadrzdnego w stosunku do obwodu regulacji prdu). Poziom ograniczeD prdu Id silnika w ukBadzie na rys. $.9 mo|na wic zmieni przez zmian ograniczeD wielko[ci wyj[ciowej regulatora prd- ko[ci. Poniewa| w ukBadzie nienawrotnym prd Id mo|e by tylko jednokierunkowy, ograni- czenie sygnaBu wyj[ciowego regulatora prdko[ci zawiera si w granicach od 0 do Izmax. Do- puszczenie do ujemnej warto[ci zadanej prdu, przy niemo|liwo[ci realizacji przez prostow- nik ujemnego prdu Id, spowodowaBoby w niektrych stanach pracy napdu wzrost czasu re- gulacji prdu. Podobnie, ograniczenie warto[ci kta opznienia wBczenia zaworw , zale|nego od warto- [ci napicia sterujcego Us, realizuje si przez ograniczenie sygnaBu wyj[ciowego regulatora prdu. Przebieg charakterystyk mechanicznych napdu przedstawiono na rys. $.10. 13  z1 z2 z3 M I Id dmax z4 z5 z6 z1 z3 >z2> > ... Rys. $.10. Charakterystyki mechaniczne napdu przedstawionego na rys. $.9 M z(s) 1 kew , U (s) R z kew (s) U (s) I (s) U (s) U (s) U (s) z k - z s PT d 1 d G (s) G r iz G ri(s) (s) F R z(1 + sT ) 1 + s0 - - e sTm - E S(s) U (s) U i (s) kew k i k  Rys. $.11. Schemat blokowy ukBadu regulacji napdu z silnikiem obcowzbudnym zasilanym z przeksztaBtnika energoelektronicznego Procedur doboru regulatorw w ukBadzie przedstawionym na rys. $.9 prowadzi si w oparciu o schemat blokowy przedstawiony na rys. $.11.w nastpujcej kolejno[ci: 1. Oblicza si parametry regulatora prdu o transmitancji Gri(s). Obliczenia prowadzi si zazwyczaj przy pominiciu wewntrznego sprz|enia zwrotnego silnika poprzez siB elek- tromotoryczn Es. Uzasadnione jest to faktem, |e proces zmiany prdko[ci silnika, a tym samym jego sem, jest wolny w porwnaniu z procesem regulacji prdu. Spowodowane jest to ograniczon dopuszczaln warto[ci momentu elektromagnetycznego silnika oraz warto[ci momentu bezwBadno[ci napdu. Przy takim zaBo|eniu siB elektromotoryczn Es mo|na traktowa jako wolnozmienne zakBcenia i pomin w doborze nastaw regulato- rw. Schemat blokowy sBu|cy do doboru regulatora prdu przedstawiony jest na rys. $.12. 14 I (s) U (s) U (s) k iz s PT 1 d G ri(s) 1 + s0 R (1 + sT ) - e z U (s) i k i Rys. $.12. Schemat blokowy do obliczenia parametrw regulatora prdu Transmitancja obiektu regulacji (otwartego obwodu regulacji prdu) ma w tym przy po- sta: kPT Id (s) Rz koi Goi (s) = = = ($.39) Us (s) (1+ s )(1+ sTe ) (1+ s )(1+ sTe ), 0 0 przy czym zachodzi: Te >>0 . ($.40) Regulator prdu dobiera si zazwyczaj z kryterium optimum moduBu. Dla obiektu regula- cji z jedn du| staB czasow optymalny jest regulator prdu typu PI o transmitancji: 1 Gri (s) = kri 1+ . ($.41) sTii Korzystajc z tabeli $.1 dla transmitancji ($.39) otrzymuje si zale|no[ci: TeRz kri = , ($.42) 2 kPT ki 0 Tii = Te , ($.43) gdzie ki jest wzmocnieniem ukBadu pomiaru prdu . 2. Oblicza si transmitancj zamknitego obwodu regulacji prdu: Id (s) Gri (s)Goi (s) Gzi (s) = = . ($.44) Uiz (s) 1+ kiGri (s)Goi (s) Podstawiajc do powy|szego wyra|enia zale|no[ci ($.39), ($.41)  ($.43) otrzymuje si po przeksztaBceniach transmitancj: 1 ki Gzi (s) = , ($.45) 2 1+ s2 + s2 2 0 0 ktr do dalszych obliczeD upraszcza si do postaci transmitancji elementu inercyjnego pierwszego rzdu, pomijajc wyraz z s2 w mianowniku: 1 ki Gzi (s) H" . ($.46) 1+ s20 15 3. Oblicza si parametry regulatora prdko[ci. W schemacie blokowym przedstawionym na rys $.11 zastpuje si zamknity obwd regulacji prdu blokiem o transmitancji ($.46) otrzymujc schemat blokowy do obliczeD nastawa regulatora prdko[ci przedstawiony na rys. $.13. U (s) 1 R z kew (s) I (s) U (s) z - k d i G r iz (s) sTm 1 + s20 - U (s)  k  Rys. $.13. Schemat blokowy do obliczenia parametrw regulatora prdko[ci Transmitancja otwartego obwodu regulacji prdko[ci przyjmuje posta: Rz (s) kikew ko Go (s) = = = , ($.47) Uiz (s) (1+ s20)sTm (1+ s20)sTm przy czym zachodzi: Tm >> 2 . ($.48) 0 W obwodzie regulacji prdko[ci dziaBa zakBcenie, jakim jest moment zewntrzny silni- ka. Dlatego zaleca si dobr parametrw regulatora prdko[ci z kryterium optimum sy- metrii. Dla ukBadu z jedn du| staB czasow dobiera si regulator proporcjonalno caBku- jcy o transmitancji: 1 Gr (s) = kr 1+ . ($.49) sTi Korzystajc z tabeli $.2 dla transmitancji ($.47) otrzymuje si zale|no[ci: Tmkikew Tmkikew kr = = , ($.50) 2(20)Rzk 40Rzk Ti = 4(2 )= 8 , ($.51) 0 0 gdzie k jest wspBczynnikiem wzmocnienia ukBadu pomiaru prdko[ci. 4. Dobr filtru w torze zadawania prdko[ci. W ukBadzie regulacji zoptymalizowanym wg kryterium optimum symetrii w odpowiedzi na skok jednostkowy warto[ci zadanej mo|e wystpi przeregulowanie przebiegu rzdu 43%. Tryb warunkowy w poprzednim zdaniu wynika z faktu, |e tej warto[ci przeregulowanie pojawia si w odpowiedzi na skok jed- nostkowy, je|eli |aden z regulatorw nie  pracuje na ograniczeniach , tzn. warto[ jego sygnaBu wyj[ciowego nie jest ograniczana do poziomu dopuszczalnego przez okres czasu wikszy od zera. W ukBadzie przedstawionym na rys. $.9 ograniczaniu podlegaj sygnaBy wyj[ciowe regu- latorw prdko[ci i prdu, czyli w konsekwencji warto[ci momentu silnika i kta opz- nienia wBczenia zaworw. Szczeglnie to pierwsze ograniczenie sprawia, |e przeregulo- 16 wanie prdko[ci w odpowiedzi na skok jednostkowy jej warto[ci zadanej jest mniejsze od 43% (o ile poziom zmiany sygnaBu prdko[ci zadanej Uz jest na tyle du|y, |e sygnaB wyj- [ciowy Uiz regulatora prdko[ci jest przez znaczcy czas procesu narastania prdko[ci ograniczony). Przeregulowanie o poziomie wynikajcym z kryterium optimum symetrii nie bdzie tak|e wystpowaBo, gdy sygnaBu zadany prdko[ci narasta liniowo, a jego stromo[ jest ograniczona (np. w napdach grniczych maszyn wycigowych). Dlatego nie w ka|dym przypadku napdu z regulatorem prdko[ci o nastawach dobra- nych z kryterium optimum symetrii istnieje konieczno[ stosowania filtru. Je|eli jednak projektant stwierdzi konieczno[ jego zastosowania, to zgodnie z zale|no[ciami ($.38) oraz ($.49) jego transmitancja powinna mie posta: 1 1 GF (s) = = , ($.52) 1+ 4s(20) 1+ 8s0 5. W kolejnym kroku nale|y dobra ograniczenia sygnaBw wyj[ciowych regulatorw. Poniewa| sygnaB wyj[ciowy regulatora prdko[ci jest zadan warto[ci prdu silnika, jego ograniczenie wynika z dopuszczalnej warto[ci maksymalnej prdu Idmax: Uiz max = kiId max . ($.53) Poniewa| w prostowniku nierewersyjnym prd obwodu wirnika silnika nie mo|e zmieni kierunku ograniczenie dolne sygnaBu wyj[ciowego regulatora prdko[ci powinno by ustawione na poziomie zero: Uiz min = 0 . ($.54) Na wyj[ciu regulatora prdu w ukBadzie na rys. $.9 jest sygnaB sterujcy Us, od ktrego bezpo[rednio zale|y warto[ kta opznienia wBczenia tyrystorw . Dlatego ograni- czenia sygnaBu wyj[ciowego regulatora prdu nale|y uzale|ni w dopuszczalnych warto[ci minimalnej i maksymalnej kta . 12 12   10 10   Nx100 8 Nx100 8 6 6 Id Id IdN IdN 4 4 2 2 id id 0 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 t [ms] t [ms] a) b) Rys. $.14. Odpowiedz ukBadu przedstawionego na rys. $.9 na skokow zmian prdko[ci za- danej w przypadku braku ograniczeD (a) i przy ograniczeniu sygnaBu wyj[ciowego regulatora prdko[ci na poziomie 2IN Ka|dy ukBad regulacji zapewnia przebiegi przej[ciowe wielko[ci regulowanych zgodne z za- stosowanymi kryteriami doboru regulatorw, je|eli praca ukBadu odbywa si w zakresie li- 17 niowym poszczeglnych jego elementw, w szczeglno[ci regulatorw. Na rys. $.14.a prze- stawiono przebiegi prdko[ci i prdu silnika w ukBadzie przedstawionym na rys. $.9 w odpo- wiedzi na skok jednostkowy prdko[ci zadanej 0,1"N, je|eli |aden z regulatorw nie praco- waB na ograniczeniach. Przebieg prdko[ci jest zgodny z zastosowanymi metodami doboru regulatora prdko[ci (kryterium optimum symetrii plus filtr w torze zadawania), ale prd sil- nika w stanie nieustalonym siga sze[ciokrotnej warto[ci znamionowej, co dla typowych sil- nikw nie jest dopuszczalne. Je|eli sygnaB wyj[ciowy ktrego[ z regulatorw wejdzie na ograniczenie, oznacza to zmniej- szenie forsowania przebiegw w ukBadzie regulacji i wydBu|enie czasu regulacji. Przedsta- wiaj to przebiegi na rys. $.14.b. SygnaB wyj[ciowy regulatora prdko[ci ograniczono w tym przypadku do poziomu odpowiadajcego dwukrotnej warto[ci prdu znamionowego silnika. Na tym poziomie zostaB te| ograniczony prd silnika, ale spowodowaBo to wydBu|enie czasu rozruchu i zmniejszenie przeregulowania prdko[ci. $.4.2. UkBad z silnikiem obcowzbudnym zasilanym z prostownika tyrystorowego nierewersyjnego z rwnolegBym poBczeniem regulatorw Schemat funkcjonalny ukBadu przedstawiono na rys. $.15. Ui Ri Usi (-) Uizmax P, PI PT UWT  Us M F (UZ) R  ' Uz Uz Us U PI, PID (-) Rys. $.15. UkBad regulacji napdu z silnikiem obcowzbudnym zasilanym z prostownika tyry- storowego z rwnolegBym poBczeniem regulatorw prdko[ci i prdu SygnaB Us sterujcy prostownik tyrystorowy jest sum sygnaBw wyj[ciowych regulatora prdko[ci Us i regulatora prdu Usi. Ka|dy z regulatorw sterowany jest niezale|nym sygna- Bem zadajcym, przy czym sygnaB zadany regulatora prdu Imaxz ustawiony jest na staBym po- ziomie proporcjonalnym do warto[ci dopuszczalnej prdu silnika Idmax. Charakterystyka sta- tyczna regulatora prdu Ri jest tak uksztaBtowana, |e dla dodatniej warto[ci bBdu regulacji prdu (Id<Idmax) jego sygnaB wyj[ciowy Usi jest rwny zero, a dla ujemnej warto[ci bBdu re- gulacji (Id>Idmax) staje si ujemny o stromo przebiegajcej charakterystyce. Sprawia to, |e dopki prd silnika Id nie osignie warto[ci prdu dopuszczalnego Idmax, sygnaB Usi jest rwny zero i caBkowit kontrol nad napdem sprawuje regulator prdko[ci. Je|eli prd silnika prze- kracza warto[ dopuszczaln sygnaB wyj[ciowy Usi regulatora prdu staje si ujemny, zmniej- szajc warto[ sygnaBu sterujcego Us, a tym samym napicia wyj[ciowego prostownika, i ograniczajc prd silnika do warto[ci dopuszczalnej. Charakterystyki mechaniczne napdu z rwnolegBym poBczeniem regulatorw s identyczne jak pokazane na rys. $.10 dla ukBadu z szeregowym poBczeniem regulatorw. Gorsze s na- tomiast wBa[ciwo[ci dynamiczne takiego napdu, co sprawia, |e ukBad z rwnolegBym poB- czeniem regulatorw prdko[ci i prdu jest znacznie rzadziej stosowany ni| ukBad z poBcze- niem szeregowym regulatorw. 18 $.4.3. UkBad z silnikiem obcowzbudnym zasilanym z prostownika tyrystorowego nawrotnego o sterowaniu rozdzielonym Schemat ukBadu pokazany jest na rys. $.16. F (UZ) R ' z UWT1 z  Iz I1z Ri1 Us1 PT1  I1 PI PI (-) (-) B1 Id1 Id M UL Id2 B2 I2 Ri2 Us2 (-) PT2 I2z PI UWT2 Rys. $.16. UkBad regulacji napdu z prostownikiem nawrotnym o sterowaniu rozdzielonym Prostownik nawrotny zBo|ony jest z dwch prostownikw nienawrotnych PT1 i PT2 poB- czonych przeciwrwnolegle. Dodatni warto[ prdu silnika Id przewodzi prostownik PT1, impulsy wyzwalajce prostownika PT2 s wtedy zablokowane sygnaBem B2 z bloku UL. Po- dobnie przy ujemnej warto[ci prdu Id przewodzenie przejmuje prostownik PT2, a impulsy wyzwalajce prostownika PT1 s zablokowane sygnaBem B1. Przy zmianie znaku prdu ko- nieczna jest przerwa bezprdowa, konieczna do odzyskania przez tyrystory poprzednio prze- wodzcego prostownika wBa[ciwo[ci blokowania napicia. We wspBcze[nie budowanych prostownikach rewersyjnych przerwa ta (czas blokady) trwa kilka milisekund. W ukBadzie pokazanym na rys. $.16 ka|dy prostownik wyposa|ony jest w regulator prdu. SygnaB zadanej warto[ci prdu na regulator Ri1 zadawany jest bezpo[rednio z regulatora prdko[ci, a na regulator Ri2 przez ukBad odwracajcy faz. Blok UL wypracowuje sygnaBy B1 i B2 uprawniajce prostowniki skBadowe PT1 i PT2 do przewodzenia prdu. Przyjmujc, |e warunek logiczny B1=1 uprawnia prostownik PT1 do przewodzenia (otrzymuje on impul- sy wyzwalajce), funkcja logiczna B1 ma posta: B1=[(Iz>0) AND (Id2=0) AND (t>tb)) OR (Id1>0), ($.55) gdzie czas t jest liczony od chwili zaniku prdu w prostowniku PT2. Oznacza to, |e warunkiem podania impulsw wyzwalajcych na tyrystory prostownika PT1 jest jednoczesne speBnienie trzech warunkw: - warto[ zadana prdu na wyj[ciu regulatora prdko[ci jest dodatnia, - prostownik PT2 nie przewodzi prdu, - od chwili zaniku prdu przewodzonego przez prostownik PT2 upBynB czas dBu|szy od czasu blokady tb, lub zachodzi warunek: - prostownik PT1 przewodzi prd. Ostatni warunek jest niezbdny ze wzgldu na konieczno[ kontroli pracy prostownika PT1. W szczeglno[ci usunicie impulsw wyzwalajcych przewodzcego prostownika mogBoby przy pracy falowniczej doprowadzi do tzw. przewrotu falownika i niekontrolowanego wzro- stu prdu Id. 19 PrzykBadowe przebiegi podczas zmniejszenia prdko[ci silnika z 0,5N do 0,4N przedsta- wiono na rys. $.17, a charakterystyki mechaniczne napdu na rys. $ 18. 5  4  3 Nx10 2 id Id 1 IdN 0 -1 -2 0,84 0,82 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94 0,96 t [ms] Rys. $.17. Przebiegi prdko[ci i prdu silnika w napdzie z prostownikiem nawrotnym przy skokowej zmiennie prdko[ci zadanej z 0,5N na 0,4N  z1 z2 z3 Id M z4 z5 z6 z1 z3 >z2> > ... Rys. $.18. Charakterystyki mechaniczne napdu przedstawionego na rys. $.16 $.4.4. UkBad z silnikiem obcowzbudnym ze sprz|eniem napiciowym F(UZ) Id PT Ri Uz RU (RE) ' UWT Uz Iz w Us U Ud M (-) I PI PI (-) I Rys. $.19. UkBad napdowy z nadrzdnym regulatorem napicia 20 Czasami rezygnuje si w ukBadach regulacyjnych silnikw obcowzbudnych z czujnika prd- ko[ci wprowadzajc w to miejsce sprz|enie napiciowe. Schemat takiego ukBadu regulacji dla napdu z przeksztaBtnikiem tranzystorowym czterokwadrantowym przedstawiono na rys. $.19. Je|eli na wej[cie regulatora napicia oprcz sprz|enia napiciowego wprowadzi si odpo- wiednio dobrane sprz|enie prdowe (pokazane lini przerywan), to regulator napicia staje si regulatorem siBy elektromotorycznej silnika RE. Poniewa| przy staBej warto[ci strumienia silnika jego siBa elektromotoryczna jest proporcjonalna do prdko[ci, regulator RE peBni w ukBadzie identyczn rol jak regulator prdko[ci. WspBczynniki wzmocnienia w obwodach sprz|eD zwrotnych na wej[ciu regulatora RE nale|y tak dobra, aby sumaryczny sygnaB sprz|enia zwrotnego byB proporcjonalny do siBy elektromotorycznej silnika: ki - (kuUd - kiId )= -ku Ud - Id . ($.56) ku Biorc pod uwag, |e siBa elektromotoryczna silnika obcowzbudnego: Es = Ud - Rt Id , ($.57) otrzymuje si zale|no[: ki = Rt , ($.58) ku czyli stosunek wspBczynnikw wzmocnienia w obwodach sprz|eD zwrotnych prdowego i napiciowego na wej[ciu regulatora siBy elektromotorycznej powinien by rwny warto[ci rezystancji obwodu wirnika silnika. UkBad z regulatorem siBy elektromotorycznej zapewnia podobne wBa[ciwo[ci dynamiczne jak napd z regulatorem prdko[ci, natomiast dokBadno[ stabilizacji prdko[ci zale|y od dokBad- no[ci doboru stosunku wspBczynnikw ki/ku. W praktyce z powodu zmian warto[ci rezystan- cji Rt obwodu wirnika silnika wraz ze zmian temperatury uzwojeD nie jest mo|liwa w ukBa- dzie regulacji przedstawionym na rys. $.19 idealna stabilizacja prdko[ci. $.4.5. UkBad z silnikiem obcowzbudnym z dwustrefow regulacj prdko[ci Po uzyskaniu przez silnik prdko[ci znamionowej ukBad przedstawiony na rys. $.20 zapewnia automatyczne przej[cie ze sterowania napiciowego prdko[ci przy znamionowym strumieniu do sterowania prdko[ci przez osBabianie strumienia wzbudzenia. PT R  Ri UWT  F(UZ) Iz w Us (-) M ' z z I PI PI (-) Iw Riw UWT1 RE U Usw (-) (-) PTW I Iwz PI ENz PI, PID Rys. $.20. UkBad regulacji napdu z silnikiem obcowzbudnym z dwustrefowym sterowaniem prdko[ci 21 W porwnaniu z podstawowym ukBadem regulacji napd wyposa|ony jest dodatkowo w prze- ksztaBtnik zasilajcy uzwojenie wzbudzenia silnika sterowany przez zespB szeregowo poB- czonych regulatorw siBy elektromotorycznej silnika RE oraz prdu wzbudzenia Riw. SygnaB zadany ENz na wej[ciu regulatora siBy elektromotorycznej RE jest proporcjonalny do warto[ci znamionowej siBy elektromotorycznej. UksztaBtowanie charakterystyki statycznej regulatora RE sprawia, |e dla siBy elektromotorycznej silnika mniejszej od zadanej warto[ci znamionowej (czyli dla prdko[ci silnika mniejszej od znamionowej), jego sygnaB wyj[ciowy Iwz (czyli zadana warto[ prdu wzbudzenia silnika) ma warto[ staB, proporcjonaln do war- to[ci znamionowej prdu wzbudzenia. W tym zakresie pracy silnik pracuje ze znamionowym strumieniem, a proces regulacji prdko[ci odbywa si w obwodzie wirnika silnika, jak w ukBadzie podstawowym opisanym w rozdziale $.4.1. Je|eli prdko[ zadana, i w konsekwencji prdko[ rzeczywista silnika, jest wiksza od zna- mionowej, wtedy przy znamionowym strumieniu jego siBa elektromotoryczna tak|e przekra- cza warto[ znamionow. Suma sygnaBw na wej[ciu regulatora RE (bBd regulacji siBy elek- tromotorycznej) zmienia wtedy znak na ujemny, a uksztaBtowanie charakterystyki statycznej regulatora sprawia, |e warto[ zadana prdu wzbudzenia Iwz maleje. Powoduje to zmniejsze- nie rzeczywistego prdu wzbudzenia silnika i tym samym jego strumienia magnetycznego. W tym zakresie napd pracuje wic przy znamionowej warto[ci siBy elektromotorycznej, ktra jest stabilizowana przez regulator RE, czyli praktycznie przy staBym napiciu zasilania obwo- du wirnika. Regulacja prdko[ci odbywa si przez osBabianie strumienia. Minimalna warto[ prdu wzbudzenia silnika zale|na jest od dolnej warto[ci ograniczenia sygnaBu wyj[ciowego regulatora RE. Przebiegi charakterystyki =f(Id) oraz charakterystyki mechanicznej napdu pracujcego w ukBadzie regulacji przedstawionym na rys. $.20 pokazano na rys. $.21.   z1 z1 z2 z2 z3 z3 M Id z4 z4 z5 -N z5 z6 z6 z1 z3 >z2> > ... a) b) Rys. $.21. Charakterystyki statyczne w ukBadzie regulacji napdu z dwustrefowym sterowa- niem prdko[ci $.4.6. UkBad regulacji poBo|enia Je|eli ukBad regulacji prdko[ci silnika uzupeBni si o nadrzdny obwd regulacji drogi kto- wej waBu silnika otrzymuje si ukBad regulacji poBo|enia. Tego typu ukBady regulacji stoso- wane s tam. gdzie wymagane jest pozycjonowanie napdzanego mechanizmu, np. w nap- dach robotw przemysBowych czy obrabiarek sterowanych numerycznie. W napdach takich 22 stosowane s zazwyczaj silniki bezszczotkowe prdu staBego lub tarczowe wzbudzane ma- gnesami trwaBymi zasilane z przeksztaBtnikw czterokwadrantowych. PrzykBadowy schemat ukBadu regulacji poBo|enia napdu z silnikiem prdu staBego wzbudzanym magnesami trwa- Bymi i zasilanym z przeksztaBtnika tranzystorowego przedstawiono na rys. $.22. W tego typu napdach wymaga si regulacji poBo|enia napdzanego mechanizmu bez przeregulowaD, dla- tego najcz[ciej stosowany jest proporcjonalno-r|niczkujcy lub proporcjonalny regulator drogi ktowej silnika. Id PT UWT z R  z R  Iz Ri Us M   I PD, P PI PI (-) (-) (-) P Rys. $.22. UkBad regulacji poBo|enia 23

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Dobieranie silników elektrycznych w układach napędowych
Ogniwa paliwowe w układach energetycznych małej mocy
zestawy domowe ćwiczeń korekcja
linie wpływowe w układach statycznie wyznaczalnych belka
DANE TECHNICZNE ZAWIESZENIE ZESPOŁU NAPĘDOWEGO (SILNIK EW10D)
Projekt 2 zespół napędowy rysunek złożeniowy
58dlugosc cial w roznych ukladach odniesienia
Most napędowy cz 1
Układanie posadzki z terakoty
Ukladanie plytek podlogowych z PCV
Linie wplywowe w ukladach statycznie wyznaczalnych kratownica2
Korekcja LUR
Korekcja wskazań komputera pokładowego(spalanie)
Barbour I G Jak układają się stosunki między nauką a teologią

więcej podobnych podstron