Основные теоретические положения

В процессе управления техническими объектами регулируемая перемен­ная должна наи­лучшим образом воспроизводить изменения предпи­санного значения. При этом часто оказыва­ется необ­ходимым ограничить пределы изменений одной или нескольких промежуточных пе­ременных (на­пример, в первую очередь это ток якоря двигателя, его скорость при отра­ботке перемещения и т.п.). С этой целью одно­контурная система дополняется обратными связями по этим координатам, всту­пающими в ра­боту, когда кон­тролируемая переменная стремится превысить предельно допус­тимое значе­ние.

Наиболее просто эта задача решается в рамках так называемых систем подчиненного регу­лирования. Этот класс промышленных систем характери­зуется каскадным включением ре­гуляторов, число которых равно числу ре­гулируемых переменных. Система содержит внутрен­ние контуры, которые образуются за счет местных обратных связей по регулируемым перемен­ным. Структурная схема такой системы представлена на рис. 3.

Рис. 3 Структурная схема системы подчиненного регулирования привода постоянного тока

Система содержит два контура: контур тока, предназначенный для регу­лирования тока якоря; контур скорости для управления скоростью двига­теля. Контур тока подчинен контуру скорости. Контура оказываются связан­ными между собой посредством внутренней обратной связи двигателя по ЭДС Е_д. Однако в подавляющем большинстве случаев действием этой связи в динамике можно пренебречь, поскольку Е_д меняется значительно медлен­ней, чем ЭДС тиристорного преобразователя (Е_тп)., таким образом можно считать контура независимыми.

Одной из задач внутреннего контура – контура тока (РТ – регулятор тока, ТП – тиристорный преобразователь, ЯЦ – якорная цепь, датчик тока в обратной связи по току якоря).

Регулятор тока обеспечивает переходные процессы в контуре тока близ­кие к апериодическим. При такой настройке ограничение тока якоря можно обеспечить за счет ограничения напряжения на выходе регулятора скорости (РС). Технически это можно осуществить, установив в обратную связь операционного усилителя встречно включенных стабилитронов. При этом на входе контура при соответствующей настройке напряжение не будет превышать U_max=10 В. Использования ПИ – регулятора делает контур тока астатическим, вследствие чего коэффициент передачи замкнутого контура равен 1/ К_от. Максимальный ток якоря при этом будет I_max=U_{рс max}/ К_от, от­куда следует, что при надежном ограничении напряжения на выходе регуля­тора скорости максимально допустимый ток якоря не будет превышен.

Ограничение тока позволяет защитить двигатель, однако система в целом приобретает отрицательные свойства. Поскольку в результате введения огра­ничения она становится нелинейной при больших амплитудах внешнего воз­действия, динамика системы ухудшается.