Расчет характеристик следящего привода

РП – регулятор положения

а)

 (Настройка на технический оптимум)

Возьмем П-регулятор положения

При условии замыкания

К2 из условия устойчивости

, при Тmс=2 Тmт=2Ттп£0,06 сек

Из всего этого следует, что

, т.е. точность увеличивается при более высоком быстродействии.

При

   

Т.о. передаточная функция следящего привода является звеном 2-го порядка с коэффициентом демпфирования

Коэффициент демпфирования мал, следовательно, привод обладает высокой колебательностью.

б)

  при

Возьмем ПД-регулятор положения

 (из условия замыкания)

При условии замыкания

, т.е. x увеличивается в (1+К2Трп) раз, что снижает колебательность.

в)

  при

Возьмем ПИ-регулятор положения

 (с учетом замыкания)

При условии замыкания

Из условия устойчивости :

 в 2…3 раза

При р=0

 при

Из всего этого следует, что следящий привод обладает высокой точностью.

Расчет электрических параметров регуляторов

Регуляторы реализуются на операционных усилителях постоянного тока с большим коэффициентом усиления

Z0, Z1-это полные сопротивления прямой и обратной связи соответственно

1) П-регулятор Wp=Kp, Z0=R0, Z1=R1, Kp=R1/R0, Примем: R1=1 кОм, R0=R1/Kp

2) ПИ-регулятор

Z0=R0, R1-последовательная R1C1 цепочка

Kp=R1/R0, Tp=R1C1, R1=1 кОМ, R0=R1/Kp, C1=Tp/R1

3) И-регулятор

, Kp=1/R0C1, R0=1 кОМ, C1=1/KpR0

4) ПИД-регулятор

Z1-последовательная RC цепочка

Z0-последовательная RC цепочка

Kp=R1/R0, Tp1=R1C1, Tp2=R0C0, R1=1 кОм®R0, C1, C0

Импульсным фотоэлектрическим датчиком положения. Часть 1

Рассмотрим функциональную схему ППК с фотоэлектрическим датчиком положения (ДП):

ДП – датчик положения

СР2 – сдвиговый регистр

ДШ – дешифратор

Ти – тактирующий импульс

РС – реверсивный счетчик

СР21:

Фотоэлектрический ДП формирует 2 сигнала прямоугольной формы US и UC имеющие сдвиг по фазе π/2. Они поступают соответственно на входы СР21 и СР22. При этом сдвиговые регистры, синхронизируемые тактовыми импульсами Ти1, формируют двоичные коды, первые разряды которых соответствуют новому, а вторые – старому значению сигналов фотоэлектрического ДП. Контроль уровня (логическое значение 0 или 1) сигналов US и UC фотоэлектрического ДП осуществляется в каждом такте синхронизации.

РС подсчитывает число импульсов поступающих на него «+» увеличивает на 1, «-» уменьшает на 1.

Моделирование привода подчиненного регулирования на ЭВМ

Модель привода должна учесть все допущения которые были приняты при расчете настройки регулятора тока и скорости.

Структурная схема.

Рассчитываем модель в следующих вариантах:

1) К1=0, М*с=0

2) К1=1/Кд; М*с=0, т.е.

3) К1=1/Кд; М*с=Мmaxi=М*max

4) К1=1/Кд; М*с=Мmaxi=М*max,

В результате расчетов необходимо получить переходные характеристики

Определяем прямые показатели качества:

1) tп.п. при а=3%wуст

2) s=43%: (для 1-3 вариантов расчета), s<10% (в 4-м варианте)

3) N должно быть 1-2

4) Sдейст=

Sдейст< SЗ (для 3-4 вариантов расчета М*с>0)

Импульсные фотоэлектрические датчики положения. Часть 2

Встречное включение ФД позволяет компенсировать постоянную составляющую токов ФД. Погрешность датчика обусловлена неравномерностями нагрузки шкалы, уменьшающимися благодаря тому, что на каждый ФД попадает световой поток от большого числа просветов шкалы. Аналоговые сигналы с ФД поступают на входы усилителей-формирователей УФ1, УФ2, на выходах которых формируются напряжения Us и Uc прямоугольной формы.

Для круговых датчиков вместо шкалы используется стеклянный диск с нанесенными на него штрихами.

Для увеличения числа импульсов на оборот вала используется специальная схема (измерительный преобразователь ИП), временная диаграмма работы которой имеет вид:

Схема имеет 2 выхода, на которых возникают последовательности импульсов унитарного кода

 или

, частота которых пропорциональна скорости вращения вала ДП. Число импульсов с выхода схемы в 4р больше числа штрихов на диске. Этот эффект достигается в результате формирования узких импульсов по фронту и срезу напряжений US и UC с выхода УФ1 и УФ2.

Расчет настройки контура скорости. Часть 3

В)

1) Контур скорости – линейная система 2 – о порядка

2) Тµ и 2Тµт – “большие” постоянные времени D>500 – привод широкорегулируемый с большими колебаниями нагрузки

, 

3) Некорректируемое звено

4) Настройка на симметричный оптимум с ПИД-регулятором скорости

;

 - произвольно

П.ф. р.с.к.

Независимо от ТМ обладает астатизмом 2-о порядка

Из-за действия форсирующего звена замкнутый скоростной контур будет иметь большую колебательность с σ=43%, т.о. также необходим фильтр с П.Ф.

Расчет настройки контура скорости. Часть 2

Вариант б)

1) контур скорости линейная система 2-го порядка

2) ТМ – «большая» переменная времени D>500 – привод широкорегулируемый с большими колебаниями нагрузки

Передаточная функция Объекта регулирования:

;

3) Некорректируемые звенья

Таким образом

 - «малая» постоянная времени скоростного контура.

4) Выбирается настройка на симметричный оптиуи с ПИ-регулятором скорости

Передаточная функция Разомкнутого Скоростного Контура

Т.е. контур обладает астатизмом 2-го порядка, т.е. компенсирует отклонение регулируемой велия\чины (

) как от колебания управляющего, так и возмущающего воздействия (момент сопротивления

)

Передаточная функция Замкнутого Скоростного Контура

Передаточная функция Замкнутого Скоростного Контура не зависит от «большой» постоянной времени ТМ

σ = 43%, tпп=3,1Тμс.

Вывод: Замкнутый скоростной контур обладает высоким быстродействием, но и высокой большой колебательностью, т.е. σ = 43%, это является следствием действия форсирующего звена в числителе ПФ ЗСК (

).

Для компенсации его действия на вход замкнутого скоростного контура включается фильтр или задатчик интенсивности с передаточной функцией.

Расчет настройки контура скорости. Часть 1

Примем

, для 1-го и 2-го случаев расчета токового контура

Структурная схема скоростного контура.

Вариант а)

1) Контур скоростной – линейная система 2-го порядка

2) Выявить объект регулирования

Если D<500, то привод не сильнорегулируемый

Передаточная Функция Объекта Регулирования:

;

3) Некорректируемые звенья

Таким образом

 - «малая» постоянная времени

4) Выбирается настройка на технический оптимум.

Передаточная функция Разомкнутого Скоростного Контура

Из этой передаточной функции видно, что РСК обладает астатизмом 1-го порядка, а, значит, компенсирует отклонение регулируемой величины

 от колебаний управляющего воздействия UЗ.

Передаточная функция Замкнутого Скоростного Контура.

Получили колебательное звено, не зависящее от большой постоянной ТМ, (т.е. компенсировалась (ТМ)) с коэффициентом демпфирования

, что говорит о высоком быстродействии при малой колебательности.

σ = 4,3%, tпп=4,7Тμс.

Расчет настройки контура тока. Часть 3

В)

1) Контур 2-го порядка

2) Если ТЭ и ТТП > 0.005, то их можно назвать большими

3) WН нет

4) Рекомендуется настойка на технический оптимум с ПИД-регулятором, где

Принимается произвольно

т.е. апериодическое звено, характеристики которого определяются только малой постоянной времени.

ПП проходит по экспоненте при высоком быстродействии. Не зависит от большой постоянной

Импульсные фотоэлектрические датчики положения. Часть 1

Используют принцип модуляции светового потока при взаимном перемещении шкалы датчика относительно съемника. Импульсные фотоэлектрические датчики имеют растровую шкалу, на которой с постоянным шагом нанесены риски, таким образом, что непрозрачные участки и прозрачные просветы (штрихи) имеют одинаковую ширину.

Съемник состоит из двух частей.

Съемник имеет две секции, причем 2-я секция сдвинута относительно 1-й на ¼ S. С каждой секцией совмещена встречно включенная пара фотодиодов (ФД1, ФД2 для 1-й секции, ФД3, ФД4 – для второй).

При движении съемника вдоль шкалы происходит модуляция светового потока, и в токах, протекающих через ФД, появляется периодическая составляющая. В результате пространственного сдвига в секции съемника ток в 1-й секции сдвинут относительно тока во 2-й на 90 градусов.