Типы следящих электроприводов

Различают следящие ЭП с непрерывным или прерывным управлением; последние, в свою очередь, могут быть релейными и импульсными. В следящих ЭП непрерывного действия напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, постоянно подается на двигатель. В следящих ЭП релейного действия напряжение на двигатель подается только в том случае, когда сигнал рассогласо­вания достигает определенного значения. Поэтому релейный сле­дящий ЭП имеет определенную зону нечувствительности по отно­шению к входному сигналу. Импульсный следящий ЭП отличается тем, что его управляющее воздействие на двигатель подается в виде импульсов напряжения, амплитуда, частота или заполнение кото­рых изменяется в зависимости от сигнала рассогласования. В этих случаях говорят соответственно об амплитудно - частотно - и широтно-импульсной модуляции сигнала управления.

В следящих ЭП используются двигатели переменного и посто­янного тока, различные виды усилителей (электромашинные, маг­нитные, полупроводниковые, пневматические, гидравлические), дат­чики скорости и положения и другие аналоговые и цифровые уст­ройства управления.

Рассмотрим несколько схем следящих ЭП.

Следящий ЭП постоянного тока релейного действия. В этой схеме ЭП (рис. 220) используется ДПТ последовательного возбуждения М, имеющий две обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2. Управление дви­гателем осуществляется с помощью силовых транзисторов VT1 и VT2, каждый из которых работает при определенной полярности сигнала согласования ΔU, обеспечивая одно из направлений вращения ДПТ. Направление тока якоря в обоих случаях остается неизменным.

Разрядные диоды VD3 и VD4 служат для снятия перенапряже­ний, возникающих при отключении обладающих значительной индуктивностью обмоток возбуждения и якоря.

Рис.220. Схема следящего ЭП постоянного тока релейного типа

В рассматриваемом следящем ЭП в качестве датчиков входной и выходной величин используются кольцевые потенциометры П1 и П2, которые образуют так называемый потенциометрический из­меритель рассогласования (ПИП).

Движок потенциометра П1 (датчика входной величины) связан с выходным валом задающего устройства ЗУ, который представляет собой в данном случае редуктор с ручным приводом. Движок потен­циометра П2 (датчика выходной величины) связан с валом редукто­ра Р, расположенного на валу ДПТ и рабочей машины РМ. Редукто­ры ЗУ и Р имеют одинаковое передаточное число. Питание потенциометров П1 и П2 осуществляется напряжением постоянного тока U_п.

Сигнал рассогласования ΔU′ снимается с движков потенциомет­ров П1 и П2. При их одинаковом угловом положении, что соответ­ствует нулевому углу рассогласования _Δφ = φ_вх - φ_вых, сигнал ΔU′ = 0. При этом равен нулю и сигнал ΔU на выходе усилителя У, транзисто­ры VT1 и VT2 закрыты и ДПТ неподвижен.

При возникновении рассогласования между угловыми положе­ниями движков потенциометров П1 и П2, вызванного поворотом рукоятки ЗУ, сигналы ΔU ′ и ΔU становятся отличными от нуля. В зависимости от полярности сигнала ΔU ′ , которая определяется зна­ком угла рассогласования (ошибки) _Δφ, сигнал ΔU ′ подается на транзистор VT1 (по цепи диод VD10 - стабилитрон VD5 - резис­тор R3 - диод VD7) или VT2 (по цепи диод VD9 - стабилитрон VD6 - резистор R4 - диод VD8). Если этот сигнал превышает по­рог срабатывания стабилитронов VD5 или VD6, то соответствую­щий транзистор откроется, подключая ДПТ к источнику питания с напряжением U. Двигатель начнет вращаться, поворачивая вал рабочей машины РМ и ось движка потенциометра П2 в направле­нии, при котором возникшее рассогласование в системе будет уменьшаться и стремиться к нулю. Когда сигнал ΔU станет меньше напряжения открывания стабилитронов VD5 или VD6, работаю­щий транзистор (VT1 или VT2) закроется и отключит ДПТ от ис­точника питания. Таким образом, ЭП в данной схеме отрабатывает заданное пере­мещение φ_вх с некоторой погрешностью, обусловленной нечувстви­тельностью системы из-за наличия порога срабатывания стабилит­ронов VD5, VD6. Зона нечувствительности системы должна быть минимальной в пределах 2-3° угла рассогласования. Большее сни­жение зоны нечувствительности может привести к возникновению нежелательного колебательного режима работы ЭП около поло­жения равновесия. Для предотвращения такого режима в систему вводятся дополнительные сигналы по первой и второй производ­ным сигнала рассогласования, а также используется электрическое торможение после отключения двигателя.

Достоинствами следящих ЭП релейного принципа действия яв­ляются их простота, надежность и возможность получения опти­мальных траекторий движения исполнительных органов рабочих машин. К недостаткам таких систем следует отнести их склонность к колебаниям и наличие определенной нечувствительности (неточ­ности) при слежении.

Следящий ЭП переменного тока пропорционального действия. В следящих ЭП широкое применение находят АД, которые отлича­ются надежностью в работе и долговечностью. При создании ма­ломощных (до 1 кВт) следящих ЭП обычно пользуются двухфазные короткозамкнутые АД, в том числе и с полым ротором (рис. 221).

Двигатель М имеет обмотки возбуждения ОВ и управления ОУ, которые питаются сдвинутыми по фазе на 90° напряжениями. Ре­гулирование скорости АД осуществляется изменением действующе­го значения напряжения на обмотку управления ОУ, которая получает питание от фазы А трехфазной сети переменного тока через тиристоры VS1-VS4.

Обмотка возбуждения ОВ связана с фазами В и С через тиристоры VS5 и VS6. Тиристоры VS1- VS6 образуют стандартные схемы ре­гуляторов напряжения переменного тока. Они попарно включены по встречно-параллельной схеме, что обеспечивает протекание тока по обмоткам в оба полупериода питающего напряжения.

Рассогласование между задающей осью и валом ЭП измеряет­ся с помощью сельсинной пары, состоящей из сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП. Положение ротора СД определяет входной сигнал φ_вх, а положение ротора СП зависит от угла пово­рота вала электропривода φ_вых. Сигнал рассогласования _ΔU′, сни­маемый с обмотки статора СП, пропорционален разности углов φ_вх и φ_вых, а фаза этого напряжения определяется знаком этой раз­ности (ошибки).

Сигнал рассогласования ΔU ′ подается на вход фазочувствительного усилителя У1. После прохождения через корректирующее зве­но, состоящее из резисторов Rl, R2 и конденсатора С7, сигнал рас­согласования усиливается усилителем У2 и в виде напряжений ΔU ₁ или ΔU ₂ поступает на блок управления тиристорами.

Рис. 221.Схема следящего ЭП переменного тока

Схема работает следующим образом. При появлении сигнала рассогласования

ΔU ′ в зависимости от его фазы на выходе усили­теля У2 появляются напряжения ΔU ₁ или ΔU ₂. При возникновении, например, напряжения ΔU₁ СИФУ подает импульсы управления на тиристоры VS1, VS2, VS5, VS6, которые открываются и пода­ют на ОУ и ОВ напряжения U_oу и U_ов, пропорциональные сигна­лу рассогласования ΔU ₁. Двигатель М начинает вращаться, умень­шая угол рассогласования Δφ = φ_вх - φ_вых между осями сельсинов СД и СП.

При другой фазе сигнала ΔU ′, т. е. при изменении знака угла рас­согласования Δφ, на выходе усилителя У2 появляется напряжение ΔU ₂. Этот сигнал включает тиристоры VS3, VS4, и на обмотку уп­равления ОУ подается напряжение U_oy, сдвинутое по фазе на 180° по сравнению с предыдущим случаем. Поскольку одновременно с этим откроются тиристоры VS5, VS6 и ОВ также получит питание, двигатель М начнет вращаться, но уже в другом направлении. Та­ким образом, за счет изменения фазы напряжения U_оу осуществля­ется реверс двигателя М, обеспечивающий отработку угла рассог­ласования с любым знаком.

Конденсаторы С2-С5 и резисторы R3, R4 служат для сглажива­ния пульсаций напряжения на обмотках двигателя.

Цифро - аналоговый позиционный следящий ЭП постоянного тока. При необходимости получения высокой точности слежения (до 0,001 %) в современных ЭП применяются цифровые датчики ко­ординат, которые вместе с другими цифровыми устройствами уп­равления (задатчиками, сумматорами, счетчиками и др.) образуют измерительную часть следящей системы. Высокая точность слеже­ния обеспечивается в том случае, когда цифровая измерительная часть ЭП сочетается с аналоговой частью, выполненной по прин­ципу подчиненного регулирования координат. В результате такого соединения образуются так называемые цифроаналоговые схемы ЭП, сочетающие в себе положительные свойства цифровых и ана­логовых систем.

Аналоговая часть таких ЭП (рис. 222) выполняется по схеме подчиненного регулирования координат, в которой внешний кон­тур регулирования положения цифровой, а внутренние контуры ре­гулирования тока и скорости - аналоговые. Аналоговая часть со­стоит из регулятора тока РТ, на который поступают сигналы зада­ния по току U_{з. т} и обратной связи по току U_o.т, подаваемые соответ­ственно с регулятора скорости PC и датчика тока ДТ. Выходной сигнал регулятора тока U_y является управляющим для реверсивно­го преобразователя ПУ, питающего якорь ДПТ независимого воз­буждения М. Регулятор скорости PC в свою очередь получает сиг­нал U_oc от датчика скорости (тахогенератора) BR и сигнал U_{з. с} от задатчика интенсивности ЗИ, входным сигналом которого являет­ся выходной сигнал U′_{з. с} аналогового регулятора положения РП.

Рис. 222. Структурная схема цифро-аналогового следящего ЭП постоянного тока

В состав цифровой измерительной части ЭП, формирующей сиг­нал рассогласования ΔU , входят датчики входной ДП1 и выходной ДП2 координат ЭП (его положения), арифметическое суммирую­щее устройство АСУ, преобразователь кода в напряжение ПКН (пре­образователь код-аналог) и преобразователь кода положения вала ДПТ в двоичный код ПК.

Работа цифровой части следящего ЭП происходит следующим образом. Требуемое перемещение ИО рабочей машины выраба­тывается задатчиком ДП1 в виде числа N_{з. п} в двоичном коде. Этот сигнал подается на вход сумматора АСУ вместе с числовым сиг­налом N_п (также в двоичном коде), соответствующим действитель­ному положению исполнительного органа рабочей машины. Сум­матор суммирует эти два цифровых сигнала и выделяет сигнал рас­согласования (ошибки) в цифровом коде который с помощью преобразователя ПКН преобразуется в аналоговый сигнал ΔU (на­пряжение постоянного тока), поступающий на вход регулятора по­ложения РП.

В цифроаналоговом следящем ЭП хорошие динамические пока­затели обеспечиваются аналоговой частью системы, а высокая точ­ность слежения - цифровой. Элементы и устройства такого ЭП ре­ализуются на основе унифицированной серии аналоговых (УБСР - АИ) и цифровых (УБСР-ДИ) регуляторов.

Вопросы для самоконтроля

1. В каких случаях требуется создание замкнутых схем ЭП?

2. Дайте определение понятию «измеритель рассогласования».

3. Приведите компенсационную схему потенциометрического измерителя рассогласования и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

4. Приведите каскадную схему потенциометрического измерителя рассогласования и дайте пояснения принципа работы этой схемы. 5. Приведите компенсационную схему измерителя рассогласования на вращающихся трансформаторах и дайте пояснения принципа работы этой схемы. 6. Приведите каскадную схему измерителя рассогласования на вращающихся трансформаторах и дайте пояснения принципа работы этой схемы. 7. Приведите каскадную схему измерителя рассогласования на сельсинах и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

8. Приведите схему следящего ЭП постоянного тока релейного типа и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

9. Приведите схему следящего ЭП переменного тока и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

10. Приведите структурную схему цифро-аналогового следящего ЭП постоянного тока и дайте пояснения принципа работы этой схемы.