Типы и параметры регуляторов системы управления позиционным сервоприводом

Ключевые слова: позиционный электропривод, точность останова, трехконтурная система автоматического управления, регулятор положения, исследование переходных процессов. Это особенно верно в отраслях, которые использую дорогостоящие материалы для печати.

Решается задача заданного перемещения рабочего органа с требуемой точностью останова средствами сервопривода. Предлагается трехконтурная система автоматического управления, построенная по принципу подчиненного регулирования координат. Определяются типы регуляторов тока, скорости и положения. Показывается влияние коэффициента усиления регулятора положения на показатели переходного процесса.

Позиционный электропривод перемещает рабочий орган из начальной позиции в конечную позицию с требуемой точностью остановки в ней. Пози- ционный сервопривод нашел широкое применение в механизмах точного останова, сборочных роботах, манипуляторах, конвейерах и пр. В шинном производстве «Нижнекамскшина» сервоприводы задействованы в отрезных станках протекторных линий. Точный останов привода в этих станках влияет на расход и качество протекторных заготовок.

Коллектив кафедры ЭТЭОП НХТИ уделяет большое внимание обучению студентов работе с современными электроприводами, использующимися в действующем производстве. В связи с этим разработана и внедрена в учебный процесс лабораторно-промышленная установка, представляющая собой электропривод позиционного механизма с возвратно-поступательным движением.

Рисунок 1 – Серводвигатель UnimotorFM и рабочий орган

Созданный макет может имитировать электроприводы таких производственных механизмов, как отрезное устройство в составе поточных линий, различные устройства подачи и т.п.

Назначение лабораторно-промышленного стенда – изучение устройства сервопривода, механизма позиционирования, оптимальная настройка регуляторов для высокой точности позиционирования, снятие тахограммы электропривода и переходных процессов.

В состав установки входит преобразователь фирмы ControlTechniques и серводвигатель UnimotorFM075 фирмы Sew-Eurodrive [1]. Макет электропривода перемещающимся механизмом, серводвигателем и бесконтактными путевыми выключателями показан на рис. 1.

Основным требованием к позиционному электроприводу является отсутствие статической ошибки позиционирования и перерегулирования.

Система управления сервоприводом представляет собой трехконтурную структуру с контурами тока, скорости и положения [2]. Точность позиционирования определяется контуром положения. Задачей контура тока является обеспечение постоянства токов инвертора и, следовательно, постоянство момента двигателя в заданном диапазоне скоростей и в пределах допустимого значения тока. Контур скорости обеспечивает необходимую жесткость механической характеристики и требуемые динамические показатели электропривода.

Предлагается систему управления строить по принципу подчиненного регулирования с использованием настроек на технический и симметричный оптимум.

Примем за малую некомпенсируемую постоянную времени электропривода постоянную времени преобразователя частоты:

В результате синтеза определяется передаточная функция регулятора тока, которая соответствует пропорционально-интегральному звену:

где T_Э – электромагнитная постоянная времени электропривода; k_П – коэффициент передачи преобразователя частоты; R_Э – эквивалентное активное сопротивление цепи статора двигателя; k_ОТ – коэффициент обратной связи по току.

Регулятор скорости при настройке на симметричный оптимум получается пропорционально-интегральным:

где J – суммарный приведенный момент инерции электропривода; T_μС – малая некомпенсируемая постоянная времени контура скорости; k_ОС – коэффициент обратной связи по скорости двигателя; C_М – коэффициент пропорциональности между моментом и током двигателя.

Для обеспечения малого перерегулирования вводим на вход контура скорости фильтр с передаточной функцией:

В контуре положения при настройке на технический оптимум регулятор получается пропорциональным к_п.опт передаточной функцией вида [3]:

где T_μП – малая некомпенсируемая постоянная времени контура положения; k_ОП – коэффициент обратной связи по положению.

Для проверки работоспособности предложенной методики определения параметров регуляторов, проводим моделирование структурной схемы системы автоматического управления сервопривода с полученными регуляторами с помощью пакета Matlab 7.1.

Рисунок 2 – Переходный процесс по положению при К_п.опт

Переходный процесс в контуре положения представлен на рис. 2.

В результате экспериментального исследования лабораторного сервопривода получаем переходные характеристики отработки заданного перемещения при различных коэффициентах регулятора положения. Графики приведены на рис.3–5.

Рисунок 3 – График переходного процесса по позиции при К_п<К_п.опт

Рисунок 4 – График переходного процесса по позиции при К_п=К_п.опт

Рисунок 4 – График переходного процесса по позиции при К_п>К_п.опт

Анализ переходных процессов показывает, что при коэффициенте пропорциональности регулятора положения К_п<К_п.опт опт, время переходного процесса увеличивается, а при коэффициенте пропорциональности регулятора положения К_п>К_п.опт возникает колебательный процесс [4].

Данные переходные процессы неприемлемы для условий производства.

Таким образом, аналитический и экспериментальные графики переходного процесса отработки заданного перемещения подтверждают эффективность предложенной методики определения параметров регуляторов системы управления сервоприводом.

Полученная методика может использоваться наладчиками сервоприводов в условиях реального производства.

Список использованной литературы

1. Практика приводной техники. Проектирование приводов. SEWEurodrive, Москва, 2014. 160с.
2. Терехов В.М. Системы управления электроприводов. Академия, Москва, 2006. 304 с.
3. Ганиев Р. Н. Вестник Казанского технол. ун-та, Т.17, 5, 264-267 (2014).
4. Ганиев Р. Н. Вестник Казанского технол.ун-та, Т.17, 7, 221-223 (2014).