книги / Электроника и микросхемотехника. Ч. 2 Электронные устройства промышленной автоматики

из которого следует, что при линейном ФИ и К<тКэоК« — 1 переход­ ной процесс имеет длительность в два периода управления. При дру­ гих значениях произведения КфиКэоКи длительность переходного процесса и его характер определяются величиной коэффициента /С„, при нелинейном ФИ — значением коэффициентов /Сн и /СФИ.

В общем случае при КфиКэоКп < 1 характер переходного про­ цесса апериодический, при КфWKMKH > 1 — колебательный, а при Кфи-КэЛ > 2 — колебательный незатухающий.

Отклонение регулируемой величины от заданной в момент измене­ ния задающего воздействия равно:

Д{/„ ((2л - 1) Гс] = {£/„ [1ГС] - и„ (ОЩ) (Сфи (1 - /Сн), а длительность переходных процессов

^ х [ 1+ 1"т1г /,п(1~ Ч -

При К» < 1 ЭР можно рассматривать как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией

из которого следует, что характер переходных процессов и их длитель­ ность полностью соответствуют переходным процессам при отработке изменений задающего воздействия. При /С„ ^ 1 ЭР можно рассматри­ вать, как реальное дифференцирующее звено с передаточной функцией

W W (s) = s/(l -f Txs).

Для ЭР с нелинейным ФИ, как и в предыдущих случаях, переход­ ные процессы необходимо рассчитывать численными методами, ис­ ходя из статической регулировочной характеристики ФИ и закона фор­ мирования управляющего сигнала

£/„[(2 я - 1)ГС] = F{XK|(2n - 1)ГС[);

Х„ [(2л - 1)Гс[ = Х„ [(2л- 3) Ге1+ л/(,Л -

— /с.о/СиЕ ( / „ К 2 / - з ) г с1. 1=1

В однофазном ЭР с линейным ФСУ при /Си > 0,6 характер пере­ ходных процессов колебательный, причем перерегулирование до 25 % наблюдается в третьем полупериоде сети после изменения Х у. При

101

Рис. 8.22

/С„ ^ 0,6 переходный процесс монотонный, его длительность мини* мальна при К„ = 0,4, ...,0,6 (находится в пределах 0,06...0,4 с). Эти зна­ чения Кн и являются оптимальными для данного типа ЭР.

Корректирующие устройства с непрерывным формированием сигна­ ла управления. В этой разновидности КУ формирование управляющего сигнала Хк осуществляется узлом коррекции УК по одному из извест­ ных законов регулирования, применяемых в непрерывных системах автоматического управления, исходя из величины рассогласования е (t) = Х у - Хо.с (0.

Сигнал Х 0.с (0 является непрерывным сигналом обратной связи, характеризующим среднее значение регулируемой величины. На рис. 3.22, а, б приведены структурные схемы КУ, формирующие сигнал Хк (it) как по рассогласованию, так и комбинированным способом. Узел УК данных схем может функционировать по пропорциональному (П), интегральному (И), пропорционально-интегральному (ПИ), про­ порционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) и по другим законом регулирования. Цепь инерционной обратной связи представ­ лена датчиком мгновенных значений регулируемой величины ИПМ и усредняющим фильтром Ф.

Электронные регуляторы с рассматриваемыми КУ являются замк­ нутыми устройствами, их обобщенные структурные схемы приведены на рис. 3.23 (а — с формированием управляющего сигнала по рассо­ гласованию; б — с комбинированным формированием управляющего сигнала).

Ввиду наличия в этих замкнутых устройствах формирователя им­ пульсов, модулирующего импульс и по длительности, и по амплитуде, их необходимо рассматривать как нелинейные импульсные устройства с ШИМ- и ВИМ-модуляциями. Однако ввиду того что основной зада­ чей данного типа ЭР является обеспечение высокой статической точ­ ности управления средним значением выходной величины, что возмож­ но только при высокой точности, а следовательно, и при большой инер­ ционности цепи обратной связи, в этом случае всегда выполняются ус­ ловия эквивалентности импульсных устройств устройствам непрерыв­ ного действия. Для примера укажем, что статическая погрешность цепи обратной связи в пределах 6 = 0,05...0,5 % связана с постоянной

Рнс. 3.23

102

времени фильтра Тф зависимостью 7ф = 1/2/с6,

и, например, при допустимой погрешности цепи Ь = 0,2 % постоянная времени фильтра должна быть не меньше 5 с, что значительно превос­ ходит длительность периода формирования импульсов напряжения на выходе ЭР.

Если фильтр цепи обратной связи представляет собой инерционное звено первого порядка с передаточной функцией №ф (s) = К ф (T ^s + + 1), формирователь импульсов — звено с передаточной функцией по

по управляющему и возмущающему воздействиям для схем рис. 3.23 будут иметь следующий вид:

нием сигнала управления по рассогласованию; №эр2 (S) — ОПФ ЭР по управляющему воздействию с комбинированным формированием управляющего сигнала; №эрL (s) — ОПФ ЭР по возмущающему воздей­ ствию; Кф — коэффициент передачи фильтра Ф. В табл. 3.1 приведены передаточные функции ЭР для некоторых законов функционирования УК, полученные из (3.29) и (3.31), в табл. 3.2 — передаточные функ­ ции ЭР, полученные из (3.32). В ЭР с П-законом функционирования УК коэффициент передачи определяется конкретными значениями ко­

нелинейна, в установившемся режиме имеет место статическая ошибка, которая отсутствует только в ЭР с комбинированным формированием сигнала управления при линеаризованном ФИ и выполнении условия

рис. 3.24, а, а при комбинированном формировании — на рис. 3.24, б. При астатических законах функционирования УК коэффициент передачи ЭР не зависит от значения коэффициентов К ук и /Сфи и ра­ вен Кэр = !//(*, т. е. такие ЭР имеют линейную регулировочную ха­

клонения и длительность, так как от них зависят временные параметры передаточных функций.

103

Переходные процессы в ЭР с рассмотренными КУ, за исключением ЭР с интегрирующим КУ, при обработке изменений задающего воздей­ ствия имеют вид, характерный для переходных процессов дифферен­ цирующих звеньев, при этом их длительность tn приблизительно равна

/п« ( 4 ...7 ) Г ф/(1+/СукКфи/Сф),

а величина перерегулирования

AU„ « /СукКфиКфДХу,

где АХУ— величина изменения задающего воздействия.

' При интегрирующем УК переходные процессы в ЭР носят монотон­ ный характер при выполнении условия (7УКукКфиКф) > 47ф» в противном случае переходные процессы колебательные. И в первом й во втором случаях длительность переходных процессов находится в пределах (7... 14) 7’ф, что фактически не позволяет этой разновидности ЭР решать задачи регулирования в условиях быстроизменяющихся управляющих и возмущающих воздействий.

Оптимальным для рассмотренных разновидностей ЭР является

105

Л?/>

1

При отработке возмущающих воздействий рассмотренные разно­ видности ЭР обеспечивают переходные процессы, характерные для реальных дифференцирующих звеньев. Величина перерегулирования при этом равна величине возмущения, а длительность переходного процесса и его вид соответствуют переходным процессам, имеющим место при отработке изменений-задающего воздействия.

Цифровые варианты СУ высокоточных ЭР. В тех случаях, когда задающий сигнал Ху представлен в цифровом виде, в ЭР можно ис­ пользовать одну из рассмотренных выше аналоговых СУ, предвари­ тельно преобразовав цифровой задающий сигнал в аналоговый. Од­ нако можно воспользоваться.и цифровым вариантом СУ. На рис. 3.25 представлена обобщенная схема цифровой СУ с инерционной обратной связью.

Как и в рассмотренных выше схемах, в данной схеме сигнал обрат­ ной связи формируется измерительным преобразователем ИПМ и филь­ тром Ф, после чего он преобразуется в цифровую форму АЦП. Цифро­ вое корректирующее устройство ЦКУ определяет величину рассогла­ сования и формирует управляющий код Х у в соответствии с цифровым

вариантом одного из приведенных в табл. 3.1 и табл. 3.2 законов регу­ лирования.

Структура цифровых СУ, реа­ лизующих алгоритм формирования управляющего сигнала за период управления, аналогична представ­ ленной на рис. 3.25 с той лишь раз­ ницей, что цепь обратной связи со-

106

держит вместо фильтра Ф, например, интегратор с запоминанием и сбросом полученного за период управления сигнала или цепь обратной связи реализована на основе АЦП с преобразователем напряжение — частота. Такой АЦП позволяет преобразовывать амплитудные значе­ ния регулируемой величины в частоту следования импульсов и далее путем суммирования импульсов в течение периода управления полу­ чать сигнал обратной связи в цифровом виде.

3.6.Схемы управления трехфазных ЭР

Схемы управления трехфазных ЭР могут быть выполнены в одно-, двух-, трех- и шестиканальном вариантах. В каждом из вариантов име­ ется соответствующее число ФСУ. Применение того или другого ва­ рианта СУ в основном зависит от схемы трехфазного исполнительного органа и необходимого диапазона регулирования выходной величины.

Рассмотрим некоторые варианты СУ описанных выше трехфазных ИО, обеспечивающие максимальный диапазон регулирования.

Схема управления трехфазного ЭР с нулевым проводом относится к трехкаиальному варианту СУ и представляет собой фактически три СУ однофазных ЭР. Схема управления трехфазиого ЭР с ИО без нуле­ вого провода (рис. 3.7, а) также выполняется по трехканальному ва­ рианту, но для правильной работы ИО требует применения распреде­ лителя импульсов управления РИ. На рис. 3.26, а, б показаны струк­ турная схема такого СУ и временные диаграммы ее работы.

В этой СУ формирователь сигналов синхронизации СС формирует импульсы Tsi...Ts3 в момент перехода напряжения каждой из фаз через нуль и импульсные сигналы £/С1...£/сз» характеризующие по­ лярность напряжения каждой фазы. Требуемый порядок работы тирис­ торов ИО обеспечивается распределителем сигналов управления РИ, передающим сигналы с выходов СУФ1...СУФЗ на соответствующие формирователи сигналов запуска ИО.

Схема управления трехфазного ЭР, реализованного на основе ИО с тремя силовыми тиристорами и тремя диодами (рис. 3.9), и временные диаграммы ее работы приведены на рис. 3.27, а, б. Она представляет собой вариант двухканальной СУ.

В данной схеме, как и в предыдущей, формирователь синхронизи­ рующих сигналов (ФСС) формирует импульсы Ts\...Ts3 в момент пе­ рехода напряжения каждой из фаз через нуль и импульсные сигналы £/ы...£/сз, характеризующие полярность напряжения каждой фазы.

Фазосдвигающие устройства данной СУ работают поочередно на каждую из трех фаз. Размах опорного развертывающего напряжения составляет 210°. Работают СУФ со сдвигом относительно друг друга на 120°. Сдвиг моментов запуска СУФ осуществляется каждым вторым

логического объединения на элементе ИЛИ импульсов Tsi...T&. Сигналы на запуск СУФ поступают с выхода делителя Д, при этом запускается то СУФ, которое в данный момент не работает*

107

Рассмотренная СУ может быть использована и для управления ЭР, реализованного на основе ИО с тремя тиристорами (рис. 3.10).

В рассмотренных трехфазных ЭР СУ может быть реализована и в одноканальном варианте. Такая СУ содержит одно СУФ и одно или несколько устройств, формирующих импульсы на запуск ИО с вре­ менным сдвигом относительно выходного сигнала ФСУ на вре.мя, соот­ ветствующее 60° или 120°, т. е. на 3,3 мс или 6 мс (в зависимости от применяемой схемы ИО).

Как и в однофазных ЭР, СУФ данного варианта СУ преобразует управляющий сигнал Х„ в фазовый угол включения тиристоров только одной, ведущей фазы. Тиристоры ИО двух других фаз включаются со сдвигом соответственно на 60° и 120°, если диапазон преобразования ФСУ составляет 180°, и со сдвигом на 120° и 240°, если диапазон пре­ образования 210°. Временной сдвиг импульсов включения ИО для двух других фаз легко реализуется на базе аналоговых или цифровых таймеров или других времязадающих элементов и устройств.

109