Поскольку системы с подчиненным регулированием строятся по иерархическому принципу, то синтез контуров производится после принятия решения о числе контуров регулирования и выделения в неизменяемой части динамических звеньев (объектов регулирования контуров) с соответствующими выходными регулируемыми координатами.
Системы регулирования момента выполняются одноконтурными. Системы регулирования скорости обычно строятся как двухконтурные, содержащие контур тока и контур скорости. Системы регулирования положения чаще всего выполняются как трехконтурные, содержащие контур тока, контур скорости и контур положения.
Сначала синтезируются внутренний (первый) контур тока, затем второй контур - контур скорости, а последним – контур положения, если разрабатывается система регулирования положения. Тип оптимальной настройки каждого контура (МО или СО) зависит от требований, предъявляемых к контуру и к системе электропривода в целом. Передаточная функция регулятора контура находится, исходя из вида передаточной функции разомкнутого оптимизированного контура регулирования.
При настройке на МО разомкнутый контур имеет передаточную функцию
. (6.14)
Передаточная функция регулятора для настройки контура на МО 
находится из уравнения
, (6.15)
где 
- передаточная функция апериодического звена с малой некомпенсируемой постоянной времени, 
- передаточная функция объекта регулирования. Тогда
. (6.16)
При настройке на СО разомкнутый контур имеет передаточную функцию
. (6.17)
Передаточная функция регулятора для настойки контура на СО 
находится из уравнения
. (6.18)
Тогда
. (6.19)
В контуре тока W(p)mТ - передаточная функция тиристорного (транзисторного) преобразователя, питающего якорную цепь.
В контуре скорости W(p)mС - эквивалентная упрощенная передаточная функция замкнутого контура тока, - апериодическое звено с малой постоянной времени ТmС.
В контуре положения W(p)mП - эквивалентная упрощенная передаточная функция замкнутого контура скорости, - апериодическое звено с малой постоянной времени ТmП.
Из уравнений (6.16) и (6.19) регуляторов, обеспечивающих оптимальные настройки контуров, видно, что они содержат в знаменателе передаточную функцию объекта регулирования W(p)ор, т.е. по существу содержит динамическое звено, передаточная функция которого обратна передаточной функции объекта регулирования. Следовательно, регулятор компенсирует динамические свойства объекта регулирования. Для двух последовательно включенных динамических звеньев с передаточными функциями W(p) и 1 /W(p) справедливо соотношение
, (6.20)
т.е. эти два последовательно включенных взаимно обратных динамических звена компенсируют друг друга.
В результате следует отметить, что с помощью оптимизирующего регулятора контура регулирования решается две задачи: во-первых, компенсируется инерционность объекта регулирования, и, во-вторых, вводятся в контур регулирования дополнительные динамические звенья, которые совместно с некомпенсируемым динамическим звеном с малой постоянной времени образуют контур регулирования, имеющий желаемую оптимальную настройку. При этом коэффициенты передаточных функций оптимизированных контуров не содержат параметров динамических звеньев объектов регулирования (ОР), а содержат только малые некомпенсируемые постоянные времени Тm и коэффициенты настройки.
С физической точки зрения этот результат объясняется тем, что регуляторы обеспечивают строго определенную форсировку сигнала управления на входе ОР и тем самым компенсируют его инерционность.
Варианты настроек контуров двухконтурных систем регулирования скорости определяются желаемыми техническими характеристиками. Когда требуемый диапазон регулирования скорости ограничен и составляет D= 20¸50, а к динамическим характеристикам предъявляются повышенные требования, то:
- контур тока настраивают на МО,
- контур скорости также настраивают на МО.
Такая система регулирования скорости обладает следующими динамическими характеристиками: время переходного процесса 
; перерегулирование 
%; число колебаний 
; жесткость механической характеристики 
.
Если желаемый диапазон регулирования скорости составляет D= 1000¸10000, а требования к динамическим характеристикам не столь высоки, то контур тока настраивают на МО, контур скорости настраивают на СО и на его управляющем входе включают фильтр с передаточной функцией
, (6.21)
Такая система регулирования скорости обладает следующими динамическими характеристиками: время переходного процесса 
; перерегулирование при отработке задающего воздействия 
%; число колебаний 
; перерегулирование момента при отработке возмущения по Мс 
%; число колебаний 
; жесткость механической характеристики 
.
Трехконтурные системы регулирования положения имеют следующие варианты настроек контуров регулирования.
Если требования к точности не столь высоки, а к динамическим характеристикам предъявляют повышенные требования, то контур тока настраивают на МО, контур скорости настраивают на МО и контур положения настраивают на МО.
Такая система регулирования положения обладает следующими динамическими характеристиками: время переходного процесса регулирования положения 
; перерегулирование при отработке задающего воздействия 
%; число колебаний ; точностные характеристики удовлетворительные.
Если к точности системы регулирования положения предъявляются повышенные требования, то контур тока настраивают на МО, контур скорости настраивают на МО и контур положения настраивают на СО.
Такая система регулирования положения обладает следующими динамическими характеристиками: быстродействие системы регулирования положения 
; перерегулирование 
%; число колебаний 
; точностные характеристики хорошие.
6.4. Тиристорный преобразователь и ШИР – регуляторы
Как динамические звенья
Базовой величиной при определении быстродействия контуров и системы электропривода в целом является малая постоянная времени некомпенсируемого апериодического звена контура регулирования тока ТmТ. Таким звеном в электроприводах постоянного тока является тиристорный преобразователь или ШИР – регулятор на базе транзисторного преобразователя, от которого питается якорная цепь электродвигателя. Эти преобразователи по принципу своей работы являются дискретными элементами. После включения очередного тиристора или транзистора воздействие на преобразователь возможно только спустя некоторое время, когда система управления подаст следующий импульс на открывание очередного тиристора (транзистора). Строго говоря, тиристорный преобразователь представляет собой нелинейное динамическое звено с запаздыванием, имеющее передаточную функцию
, (6.22)
где КТП – нелинейный коэффициент усиления тиристорного преобразователя; в расчетах берется максимальная величина КТП при углах регулирования близких к 900, когда выпрямленное напряжение 
;
- среднестатистическое запаздывание;
- частота питающей сети;
- число пульсаций выпрямленного напряжения, за период питающего напряжения 
.
Обычно приближенно считают, что тиристорный преобразователь является линейным звеном с передаточной функцией
, (6.23)
при этом постоянная времени ТТП принимается равной среднестатистическому запаздыванию и зависит от используемой схемы выпрямления:
- ТТП=0.01с для однофазной двухполупериодной схемы;
- ТТП = 0.0066с для трехфазной нулевой;
- ТТП=0.0034с для трехфазной мостовой схемы.
Следовательно, в быстродействующих системах электропривода целесообразно применять тиристорные преобразователи с мостовой схемой выпрямления.
Полупроводниковые преобразователи с широтно-импульсным управлением также удобно представлять в виде непрерывного инерционного звена с постоянной времени 
, где fн – несущая частота ШИР - регулятора. Эти преобразователи обладают высоким быстродействием, поскольку несущая частота составляет несколько тысяч Гц.
Рекламные ссылки
