На рис. 1.1 изображена структурная электрокинематическая схема системы управления электропривода (СУЭП) с аналоговыми регуляторами скорости и положения. Схема представляет собой двухконтурный следящий позиционный электропривод.
Контур положения состоит из суммирующего усилителя А S1, регулятора положения W рп(s), редуктора q 1, датчика положения TC, который образует главную отрицательную обратную связь и замкнутого контура скорости (КС), настроенного на оптимум по модулю (ОМ).
Контур скорости содержит тиристорный преобразователь AW, двигатель М, мультипликатор q 2, датчик скорости BR, суммирующий усилитель А S2 и аналоговый регулятор скорости с передаточной функцией W рс(s), который обеспечивает пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) алгоритм работы.
Рис. 1.1. Структурная электрокинематическая схема СУЭП
с аналоговыми регуляторами скорости и положения
Заметим, что в качестве ПИД-регулятора скорости можно использовать как аналоговый, так и цифровой регуляторы, как показано на структурной электрокинематической схеме цифро-аналоговой СУЭП (рис. 1.2). В первом случае соотношение электромеханической (Т м) и электромагнитной (
) постоянных времени удовлетворяет условию 
≥ 
и передаточная функция двигателя М является апериодическим звеном 2-го порядка. Во втором случае 
< 
и передаточная функция двигателя имеет комплексно-сопряженные корни и структуру колебательного звена.
В контуре скорости реализована стандартная настройка на оптимум по модулю, которая обеспечивает требуемые показатели качества:
- перерегулирование 
;
- время нарастания переходного процесса 
(
– суммарная малая постоянная времени контура скорости);
- запасы устойчивости по фазе и амплитуде, соответственно, 
и 
дБ;
- число колебаний N < 1.
Принцип действия схемы, изображенной на рис.1.1 заключается в следующем. На основании информации о заданном значения угла поворота в виде сигнала 
и информации о фактическом значении 
угла поворота исполнительного вала привода на выходе суммирующего усилителя А S1 формируется сигнал рассогласования 
, который поступает на вход регулятора положения W рп(s). Управляющий сигнал U рп, сформированный регулятором положения W рп(s), поступает на вход суммирующего усилителя А S2, входящего в состав контура скорости. На второй вход А S2 поступает сигнал обратной связи 
с выхода датчика скорости BR с информацией о текущем значении угловой скорости вращения 
двигателя постоянного тока независимого возбуждения с якорным управлением М. При отклонении 
от требуемого значения на выходе суммирующего усилителя А S2 формируется сигнал рассогласования 
, который обрабатывается аналоговым регулятором скорости W рс(s) и подается на вход тиристорного преобразователя AW. Сигнал с выхода тиристорного преобразователя 
усиливается по мощности, достаточной для приведения в действие двигателя М, который через редуктор q 1 поворачивает исполнительный вал привода до согласованного положения, соответствующего выражению 
.
На рис. 1.2 изображена структурная электрокинематическая схема цифро-аналоговой системы управления с цифровым ПИД-регулятором скорости и цифровым регулятором положения.
Рис. 1.2. Структурная электрокинематическая схема ЦАСУЭП
с цифровым ПИД-регулятором скорости
Принцип действия схемы, изображенной на рис.1.2 заключается в следующем. На основании информации о коде заданного значения угла поворота 
и информации о фактическом значении кода 
угла поворота исполнительного вала привода на выходе цифрового сумматора Z S1 формируется сигнал рассогласования 
в виде цифрового кода, который поступает на вход цифрового регулятора положения W рп(z). Регулятор положения реализован в виде рабочей программы программируемого логического контроллера (ПЛК) и обеспечивает требуемый алгоритм формирования управляющего сигнала 
. Управляющий сигнал, сформированнный цифровым регулятором положения W рп(z), поступает на вход цифрового сумматора Z S2, входящего в состав контура скорости. На выходе цифрового сумматора Z S2 формируется сигнал рассогласования контура скорости 
в виде цифрового кода, который подается на вход цифрового регулятора скорости W рс(z). Сигнал 
, пропорциональный угловой скорости двигателя М с выхода датчика скорости BR поступает на АЦП UVZ 2, а затем в виде цифрового кода 
на второй вход цифрового сумматора Z S2.
Для расчёта электропривода в приложении 1 приведена система исходных данных:
- момент инерции нагрузки J н, кг×м2;
- момент сопротивления нагрузки 
, Н×м;
- максимальная угловая скорость нагрузки 
, град/с;
- максимальное угловое ускорение нагрузки 
, град/с2;
- максимальный угол поворота исполнительного вала 
, град;
- показатель колебательности М;
- коэффициент полезного действия редуктора η;
- ошибка по скорости 
, угл. мин;
- ошибка по ускорению 
, угл. мин.
