Автоматичні системи управління положенням

МЕХАНІЗМУ

Загальні положення

 

Системи регулювання положення являють собою клас систем з надзвичайно широким діапазоном призначень. Вони знаходять застосування в системах електроприводу різноманітних промислових установок і роботів, а також у системах наведення антен, оптичних телескопів, і радіотелескопів, у системах стабілізації різних платформ в умовах хитання основ, на яких монтуються ці платформи, і т.ін. Потужність виконавчих двигунів складає від одиниць і десятків ват до десятків і сотень кіловат, їхнє живлення здійснюється від електромашинних, тиристорних перетворювачів, або транзисторних підсилювачів потужності.

Контроль положення здійснюється за допомогою датчиків, що в аналоговій чи цифровій формі подають інформацію про переміщення робочого органа механізму протягом усього шляху. В якості датчиків використовуються сельсини, що обертаються, трансформатори, індуктосини, імпульсні і цифрові датчики та ін.

У більшості випадків потужні промислові системи управління положенням будуються сьогодні за принципами підлеглого регулювання при живленні двигунів постійного струму від тиристорних перетворювачів. При цьому система має внутрішні контури струму і швидкості, і зовнішній контур положення з аналоговими або цифровими регуляторами.

Але слід додати, що сучасні системи регулювання положення мають, крім цифрового регулятора положення, ще цифровий регулятор швидкості. Можливим є також варіант прямого цифрового керування, тобто усі регулятори цифрові.

На рис.9.1 показана схема системи регулювання положенням. На схемі позначено: ЗП – задавач положення; РП – регулятор положення; ЗІ – задавач інтенсивності; РШ – регулятор швидкості; РС – регулятор струму; ВП – вентильний перетворювач; Д – двигун; А – передавальне число редуктора; ДС – датчик струму; ДШ – датчик швидкості; ДП – датчик положення.

 

Рисунок 4.1 – Структурна схема системи регулювання положенням

 

У випадку, коли система має цифрові контури регулювання (положення або швидкості, чи два контури разом), регулятори цих контурів, а також задаючи пристрої (ЗП і ЗІ) виконуються на мікро-ЕОМ.

Системи регулювання положенням можуть працювати у режимі позиціювання, тобто переміщення робочого органу механізму з одного фіксованого положення в інше, та в слідкуючому режимі, тобто в переміщенні виконавчого органу у відповідності з сигналом завдання, що змінюється довільно в умовах дії перешкод.

У самому простому варіанті, коли не має жорстких вимог до показників якості регулювання, система регулювання положення виконується з лінійним РП (Л-РП), без ЗП і ЗІ.

Для того, щоб уникнути залежності прискорення від статичного моменту навантаження, між регулятором положення та контуром регулювання швидкості ставлять задавачітенсивності.

Недоліком систем з Л-РП є неможливість добитися оптимального характеру відпрацювання переміщень різної величини. Цього недоліку позбавлена система з нелінійним РП, в якій вихідний сигнал регулятора положення повинен мати параболічну характеристику. Однак і в цієї системі є один знач ний недолік: через неідеальність контуру швидкості виникає перерегулювання за положенням, усунення якого потребує ускладнення нелінійності регулятора. Щоб ліквідувати цей недолік, в системах регулювання положення використовують ЗП, який дозволяє мати лінійний регулятор положення, настроєний за модульним оптимумом, незалежно від величини переміщень, що відпрацьовуються. Крім того, ЗП дає можливість одержання сигналів похідних від задаючого впливу без використання діференціючих елементів, тобто реалізувати комбіноване управління.

Усі ці системи є статичними за навантаженням, тобто в них має місце помилка при відпрацьовуванні переміщення, яка пов’язана з моментом статичного опору. Щоб уникнути помилки, систему регулювання необхідно виконати астатичною другого порядку. Зробити це можливо, надавши регулятору швидкості або регулятору положення пропорційно-інтегральну структуру.

Різні варіанти систем регулювання положення наведені в табл.4.1.

 

Таблиця 4.1 – Варіанти систем регулювання положення

У таблиці використані наступні позначення:

Л-РП – лінійний пропорційний регулятор положення;

Н-РП – нелінійний пропорційний регулятор положення;

ПІ-РП – лінійний пропорційно-інтегральний регулятор положення.

 

Завдання

 

Виконати порівняльний аналіз динамічних властивостей систем регулювання положення, які наведені у табл. 4.2, у режимах відпрацювання великих, середніх та малих переміщень.

Таблиця 4.2 – Варіанти завдань