ТОЧНЫЙ ОСТАНОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Ключев В.И.

Источник:  Ключев В.И., Теория электропривода. – М: "Энергоатомиздат". – 1985. – С. 300

      Рассмотрим задачу точного позиционирования рабочего органа механизма в заданных точках пути по сигналам путевых датчиков, или, как ее называют иначе, задачу автоматического точного останова электропривода. Эта задача сводится к автоматическому отключению двигателя и наложению механического тормоза в такой точке пути, из которой электропривод за время торможения, двигаясь по инерции, перемещается в заданную точку пути с требуемой точностью. Процесс останова, таким образом, начинается с поступления в схему управления электроприводом импульса путевого командоаппарата на отключение двигателя и наложение механического тормоза. Если принять, что отключение двигателя и наложение механического тормоза происходят одновременно и усилие тормоза возрастает до установленного значения скачком, то весь процесс точного останова можно разделить на два этапа.

      Первый этап обусловлен наличием собственного времени срабатывания аппаратуры в схеме управления электроприводом. Вследствие возникающего запаздывания в течение времени двигатель не отключается от сети, и электропривод продолжает движение со скоростью , с которой он подошел к датчику точного останова, и проходит путь

      По истечении времени срабатывания аппаратуры двигатель отключается от сети, и накладывается механический тормоз. Наступает второй этап процесса останова, во время которого запасенная во всех движущихся массах системы кинетическая энергия расходуется на совершение работы по преодолению сил статического сопротивления движению на проходимом при этом пути :

,

где - момент механического тормоза. Откуда

На первом этапе скорость, на втором она изменяется в зависимости от пути по закону

,

где- ускорение электропривода на втором этапе.

Зависимость при установке датчика точного останова (ДТО) в точке и некоторой начальной скорости показана на рис.1 (кривая 1). Так как все параметры, определяю-щие по (1) путь, проходимый электроприводом в процессе точного останова, при работе элек-тропривода не остаются постоянными, абсолютно точный останов невозможен. Так как после срабатывания ДТО движение системы является неуправляемым,наибольшая неточность остано-ва зависит только от пределов изменения параметров, входящих в (1). Эти пределы можно характеризовать следующими выражениями, представляющими наибольшие и наименьшие значения соответствующих переменных и параметров:

где - средние значения параметров; - отклонения от средних значений параметров.

Рисунок 1 – Зависимость в процессе точного останова єлектропривода

Рисунок 2 – Механические характеристики,обеспечивающие требуемую точность позиционирования

Рисунок 3 – Завистмости в процессе замедления до пониженной скорости и точного останова єлектропривода

При заданной допустимой неточности останова каждое значение жесткости механической характеристики и соответствующее этой жесткости значение определяют по выражению (9) требуемое значение средней остановочной скорости . Задаваясь значениями можно получить пары значений и , которые определяют статические механические характеристики электропривода, обеспечивающие заданную точность позиционирования. Эти характеристики представлены на рис.2. Таким образом, рассматриваемый способ управления положением может обеспечить любую требуемую точность останова рабочего органа механизма в заданные позиции при правильном выборе средней остановочной скорости и обеспечении высокой точности стабилизации этой скорости. Это означает, что требование автоматического точного останова электропривода оп-ределяет необходимый диапазон регулирования скорости электропривода при заданных пределах изменения нагрузки и других возмущающих факторов. Важным достоинством рассматриваемого способа является простота реализации, однако при высоких требованиях к точности останова и большом диапазоне регулирования, требуемом для получения этой точности, процесс точного позиционирования может при определенных условиях недопустимо затягиваться и снижать производительность позиционного механизма. Указанные условия определяются динамическими свойствами электропривода в процессе замедления электропривода от рабочей скорости до пониженной остановочной скорости .

На рис.3 показаны зависимости при двух нагрузках электропривода и , соответствующие как процессу точного останова, так и предшествующему процессу замедления. Кривые построены в предположении, что при любой нагрузке процессы замедления протекают при неизменном тормозном моменте двигателя . Тогда ускорение электропривода в этом процессе будет зависеть от нагрузки:

причем наименьшей нагрузке на валу соответствует и наименьшее по абсолютному значению ускорение. При начальная рабочая скорость при ограниченной жесткости механических характеристик электропривода максимальна: , путь, проходимый элек-троприводом за время снижения скорости от допри минимальном ускорении , также имеет максимальное значение . Датчик импульса замедления (ДИЗ), дающий ко-манду на замедление, устанавливается от ДТО на расстоянии , поэтому, как показано на рис.3, при электропривод на пониженной скорости проходит весьма небольшой отрезок пути и время дотягивания к ДТО невелико. При соответственно . Как следствие большой отрезок пути электропривод проходит на пониженной скорости , время дотягивания , оказывается значительным и соизмеримым с общим временем, требующимся для перемещения механизма из исходного рабочего положения в заданное. Рассматривая рис.3, можно заключить, что время дотягивания при любых нагрузках мо-жет быть сведено к минимуму, если устранить статическую ошибку регулирования скорости и сформировать стабильную зависимость , в процессе замедления, инвариантную относительно нагрузки. Поэтому при большом диапазоне регулирования скорости, требуемом по усло-виям точного останова, возникает необходимость использования замкнутых систем регулирова-ния скорости в системе УП-Д с достаточно высокими показателями качества и точности регулирования как в статических, так и в динамических режимах. Однако даже при применении этой совершенной системы, с точки зрения регулирования положения, электропривод при рассмотренном способе точного позиционирования ведет себя как разомкнутая система, в которой изменения всех факторов, влияющих на путь, проходимый при точном останове, непосредственно сказываются на достигаемой точности, а небольшая нестабильность кривой изменения скорости при замедлении может существенно уменьшать быстродействие. Поэтому в наиболее сложных случаях электроприводы позиционных механизмов по системе УП-Д включаются в замкнутую систему автоматического регулирования положения по отклонению.