Пример САУ, действующей по принципу управления по отклонению

Принципиальная схема системы автоматической стабилизации угловой скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, действующей по принципу управления по отклонению, представлена на рисунке 20.

Рис.20. Принципиальная схема системы автоматической стабилизации угловой

скорости двигателя постоянного тока (принцип управления по отклонению)

В данной схеме вместо моментной муфты ММ (схема разомкнутого управления, рисунок 17) находится тахогенератор ТГ. С помощью тахогенератора и потенциометра R_з, включенных таким образом, что их выходные напряжения u_тг и u_з направлены противоположно, так что

Δu = u_з − u_тг (1.8.)

формируется сигнал рассогласования Δu(t), пропорциональный ошибке

Δ(t) = ω_з – ω_д (t) (1.9.)

Напряжение u_тг усиливается по мощности и величине в тиристорном преобразователе ТП и усилителе УПТ, и преобразованное в напряжение u_д, изменяет скорость вращения двигателя, тем самым уменьшая величину ошибки Δ(t).

Представив

u_з = k_з ω_з, u_тг = k_тг ω_д(t), u_тп = k_упт (u_з - u_тг ) (1.10.)

и принимая k_з = k_тг = k, получим выражение для входного сигнала ТП:

u_тп(t) = k k_упт [ω_з −ω_д (t)] = k k_упт Δ(t) (1.11.)

Структурная схема системы изображена на рисунке 21.

Рис.21. Структурная схема системы автоматической стабилизации угловой

скорости двигателя постоянного тока (принцип управления по отклонению)

Предположим, что заданное напряжение u_з – const, моменты сопротивления

M_c,0 = M_c(t) = const. Тогда получаем следующие равенства:

ω_д(t ) = ω₀; u_д(t) = u_д,0; u_тг(t ) = u_тг,0; Δu = u_з − u_тг,0 = Δu₀ (1.12.)

Увеличивая момент сопротивления до некоторого значения M_c,1 > M_c,0 , угловая скорость будет уменьшаться на величину Δω₁ и станет равной ω₁ = ω₀ - Δω₁, что изображено на рисунке 22 (кривая 1).

Рис.22. Графики зависимости угловой скорости двигателя от нагрузки на вал

Величина Δω₁ характеризует падение угловой скорости при отсутствии управления.

При увеличении нагрузки на вал двигателя снижается его угловая скорость, соответственно, через обратную связь уменьшается напряжение на выходе тахогенератораu_тг = u_тг,0 − Δ u_тг,1. Сигнал рассогласования увеличивается и принимает значение:

Δu = u_з − u_тг = u_з − (u_тг,0 − Δu_тг,1) = Δu₀ + Δu_тг,1 (1.13.)

Поэтому автоматически увеличивается напряжение на входе двигателя u_д,1 , и, соответственно, угловая скорость двигателя.ω_д,1.

Режим, установившийся после окончания переходного процесса, характеризуется

напряжением u_д,1 > u_д,0 и соответствующей угловой скоростью ω_с, однако новое значение скорости меньше первоначального значения, бывшего до начала управления

ω₀ > ω_с (рисунок 22, кривая 2). Из этого следует, что при возрастании момента сопротивления снижается угловая скорость, и чтобы угловая скорость увеличилась нужно увеличить напряжение на входе двигателя u_д, что осуществляется только при уменьшении напряжения тахогенератора u_тг, которое уменьшается при снижении угловой скорости.

В рассмотренной системе с обратной связью, реализующей принцип управления по отклонению, мы обнаружили наличие ошибки в установившемся режиме, которую можно представить, как Δ ω_с = ω₀ − ω_с. Величина данной ошибки зависит от коэффициента усиления тахогенератора и на практике может быть намного меньше ошибки системы, реализующей принцип разомкнутого управления.