1. Цель работы

Расчет, реализация и экспериментальное исследование двух­контурной СПР с настройкой на МО (позиционная ИС).

2. Теоретические пояснения

ИС с управлением по скорости, как правило, двухконтурные. Внутренний контур обеспечивает высокое быстродействие и точность регулирования тока и как показано на рис.1 включает в себя регулятор тока, ШИП, электромагнитную цепь двигателя и звено , описы­вающее цепь обратной связи по току.

Рис.1. Контур тока

Наибольшей постоянной, подлежащей компенсации, является обычно . Малая не компенсируемая этого контура определяется значениями и . Контур тока подчинен контуру скорости. Получаемые за счет ООС по току и настройки высокие динамические и статические свойства внутреннего контура существенно упрощают задачу управления скоростью, являющейся основной регулируемой переменной.

В контур скорости, как показано на рис.2, входят: регулятор скорости; звено, описывающее настроенный на МО контура тока ; интегрирующее звено с постоянной , описывающее электромеханическую часть системы ШИП - Д - механизм; звено , описывающее цепь обратной связи по скорости.

Рис.2. Контур скорости

Наибольшей постоянной в контуре скорости, подлежащей компенсации, является . Малая не компенсируемая постоянная этого контура определяется эквивалентной инерционностью контура тока, настроенного на МО и инерционностью цепи обратной связи по скорости .

Расчет и реализацию настроек начинают с внутреннего подчи­ненного контура тока.

В ИС роботов как с позиционным, так и с контурным управлением крайне необходимо, чтобы контур тока имел астатизм по управлению и малую чувствительность к возмущениям. При этом важна оптимальность по быстродействию, т.е. минимальное время регулирования при практическом отсутствии или весьма малом перерегулировании. Последнее для ИС с интенсивными переходными режимами очевидно. Для ИС, работающих основное время в установившихся режимах, оптимизация контура тока по быстродействию обусловлена необходимостью отработки близких к скачкообразным изменениям нагрузки и ускорений. Кроме этого, оптимизация по быстродействию необходима для ограничения динамических выбросов тока при жестких стопорениях в любых ИС.

Указанные требования к контуру тока реализуются при на­стройке на МО. В замкнутом состоянии контур приобретает свойства колебательного звена второго порядка с коэффициентом демпфирования 0,707. Его передаточная функция:

. (1)

Когда (т.е. когда двигатель - апериодическое звено) для упрощения расчетов пренебрегают влиянием ЭДС двигателя, которая является возмущением для цепи формирования тока. Это оправдано, так как в указанном случае канал формирования ЭДС имеет относительно большую инерционность . ЭДС двигателя изменяется медленно по сравнению с процессами в цепи формирования тока и эта цепь остается практически в установившемся режиме.

В контуре тока малую некомпенсируемую постоянную можно рассчитать

. (2)

Однако без заметной погрешности ее часто вычисляют

. (3)

Нетрудно показать, что для настройки контура тока на МО требуется ПИ-регулятор, передаточную функцию которого удобно представлять в виде

. (4)

Параметры ПИ-регулятора при настройке контура на МО

, . (5)

Далее выполняют настройку контура скорости.

В ИС, работающих большую часть времени в переходных ре­жимах, требуется в первую очередь точная, астатическая отработка управляющих воздействий на интенсивное изменение скорости (разгон, торможение). Необходима также оптимизация контура по быстродействию. Как известно, все это обеспечивается настройкой на МО. Если объектом с большой постоянной является интегрирующее звено, то необходим П-регулятор. Таким образом, ИС оказывается однократно интегрирующей.

Для упрощения расчета настройки контура скорости в ПФ оп­тимизированного контура тока пренебрегают малой второго порядка , т.е. аппроксими­руют колебательное звено апериодическим с ПФ

. (6)

Тогда малую постоянную контура скорости определяют как

, (7)

или без заметной погрешности

. (8)

Регулятор скорости, обеспечивающий настройку на МО, должен иметь коэффициент передачи

. (9)

Параметры переходной характеристики при настроке контура на МО: время первого согласования ; время достижения максимума ; максимальное перерегулирование .

Напомним, что настройка на МО целесообразна при .