Технические науки/12.Автоматизированные системы управления на производстве.

Шебітченко В.Г., к.т.н., доцент; Борщ В.В., к.ф-м.н., доцент;

Євтушенко В. В., асп.

Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка, Україна

Дослідження контуру струму ЦЕП з різними типами регуляторів

В електроприводах подачі широко використовуються триконтурна структура з лінійним регулятором при використанні в контурі струму релейного регулятора струму (РРС)та двоконтурна структура при відсутності контуру струму [1, 2, 3, 4, 5, 6].

Використання контуру струму в структурі мікропроцесорного електропривода дозволяє:

- подавляти збурення, пов’язані з коливаннями напруги мережі живлення;

- здійснювати обмеження моменту двигуна на заданому рівні в динамічному режимі;

- забезпечувати компенсацію більшої постійної часу кола якоря та її вплив на динамічні характеристики контуру швидкості.

Разом з тим, введення контуру струму обмежує смугу пропускання контуру швидкості, що в два рази менша смуги пропускання контуру струму. Використання контуру струму, і тим більше використання в ньому РРС, суттєво ускладнює схему та потребує узгодження її елементів. Наприклад, в тиристорному ЕП з роздільним керуванням групами тиристорів, що працює в зоні дискретних струмів, навіть при номінальному струмі якоря використання контуру струму може виявитися недоцільним. Використання РРС в тиристорному приводі приводить до коливання швидкості з частотою , де - частота мережі, та порушує рівномірність руху. В транзисторному ж приводі з високою частотою комутації транзисторів, режим дискретного струму практично відсутній. Але для приводів малої та середньої потужності постійна кола якоря не набагато перевищує період квантування в контурі струму, що обмежується часом виконання програми лінійного регулятора.

Альтернативним може бути використання РРС, при якому зворотній зв'язок за струмом через МПС не замикається, а еквівалентна постійна часу замкненого контуру струму дуже мала, що дозволяє вважати його безінерційною ланкою, тобто контур швидкості з РРС за своїми динамічними властивостями аналогічний контуру швидкості за відсутності контуру струму. В той же час, повністю виключити використання контуру струму в приводах з ШІП неможливо, оскільки це забезпечує діагностику апаратних пристроїв привода. Враховуючи це, в роботі досліджувався лінійний регулятор струму для двох варіантів реалізації: з ПІ-регулятором та регулятором, виконаному на основі рекурсивного фільтра (РКФ).

Як об’єкт дослідження у даному випадку розглядалися ПІ-регулятор та регулятор струму, виконаний на основі рекурсивного фільтра.

На рис.1 наведені перехідні характеристики у контурі струму при використані регулятора струму типу РКФ та величині параметру вихідної стандартної форми незмінюваної частоти .

1 – графік еталонного перехідного процесу; 2 – графік перехідного процесу в контурі з регулятором струму типу РКФ, розрахований на моделі. З рисунку 1 видно, що час досягнення процесами 5% зони однаковий (два такти).

На рис.2 наведені перехідні процеси в контурі струму.

1 – графік еталонного перехідного процесу при; 2 – графік перехідного процесу з використанням в контурі регулятора струму типу РКФ при ; 3- графік перехідного процесу в контурі з ПІ-регулятором струму при . Як видно з рис.2 еталонний перехідний процес закінчується за час, рівний 5 періодам Т (5Т), перехідний процес в контурі з регулятором струму типу РКФ за 7Т, перерегулювання при цьому відсутні. Перехідний процес у контурі з ПІ-регулятором струму завершується за 7Т з перерегулюванням 6%, однак для цього параметр початкової форми , рівний 1, потребує збільшення втричі та відповідного збільшення постійної часу замкненого контуру струму, а коефіцієнт інтегральної складової – зменшення вдвічі.

На рис. 3 наведена залежність перехідного процесу від величини еквівалентного запізнення при використанні рекурсивного фільтра в контурі струму.

В процесі дослідження задавались різноманітні параметри розрахункової величини запізнення N, врахованій при визначенні коефіцієнтів РКФ, та величини фактичного запізнення Q, що визначає фактичне запізнення, задане для моделі. Запізнення Q змінюється дискретно, оскільки , де Q=1, 2, 3, 4. З графіків рис. 3 видно, що некомпенсоване запізнення суттєво впливає на форму перехідного процесу: 1 – при N<Q (N=1; Q=4) – запізнення перекомпенсовано; 2 – при N=Q (N=4; Q=4) – запізнення компенсовано; 3 – N>Q (N=2; Q=0)- запізнення недокомпенсоване.

На рис.4 наведені АЧХ та ФЧХ контуру струму при застосуванні ПІ-регулятора та регулятора струму типу РКФ для різноманітних значень параметра незмінюючої частини -АЧХ і ФЧХ контуру струму типу РКФ при –АЧХ і ФЧХ контуру струму типу РКФ при = 0,66; 3, 3^{`</sup> –АЧХ і ФЧХ контуру струму з регулятором типу РКФ при =І,0; - 4,4<sup>`} – АЧХ і ФЧХ контуру струму ПІ-регулятором.

Залежність смуги пропускання контуру струму від типу регулятора та величини параметра незмінюючої частини зведені в таблицю.

Залежність смуги пропускання контуру струму від параметра і типу регулятора

		0,5	0,66	1,0
F (Гц)	РКФ	200	180	160
	ПІ	-	100	80

З аналізу графіків випливає висновок про те, що найкраща перехідна характеристика в контурі струму отримується при використанні РКФ регулятора з . При збільшенні параметра незмінюючої частини до , завдяки незначному збільшенню часу перехідного процесу, вдається зменшити чутливість регулятора.

Переваги РКФ регулятора повністю зберігаються при використанні еквівалентного нерекурсивного фільтра, але у цьому випадку зменшується час виконання програми. Використання ПІ-регулятора приводить до зменшення частоти зрізу і смуги пропускання, у порівнянні з еквівалентним фільтром, що погіршує якість регулювання швидкості.

Література

1. Файнштейн В.Г, Файнштейн А.Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами.- М.-: Энергоатомиздат, 1986. – 239с.

2. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С.Г. Герман – Галкин, В.Д. Лебедев, Б.А. Марков.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. от-ние, 1986. -248с.

3. Электромеханические системы управления тяжелыми металлорежущими станками / С.В. Демидов, С.А. Авудшев, А.М. Дубников. Под ред. С.В. Демидова. – Л.: Машиностроение.1986.-235.

4. Системы подчиненного регулирования электроприводов / О.В. Слежановский, Л.Х.Дацковский, И.С.Кузнецов.-М.: Энергоатомиздат, 1993.-325с.

5. Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К. Компенсация естественных нелинейностей автоматических систем.-М.: Энергоатомиздат,1991,-196с.

6. Карнаухов Н. Ф. Электромеханические и мехатронные системы. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 320 с.