Принципы построения систем управления положением. Системы управления положением исполнительного органа.

Системы регулирования положения имеют очень широкий диапазон назначения. Они применяются в различных промышленных установках и работах в качестве систем наведения антенн, оптических радиотелескопов. Множество исполнительных двигателей от единиц до сотен кВт, их питание осуществляется от электромашинных, тиристорных преобразователей, транзисторных усилителей мощности.

Контроль положения осуществляется с помощью датчиков, которые в аналоговой илидискретной форме дают информацию о перемещении рабочего органа на протяжении всего пути. Вкачестве датчиков используются сельсины, импульсные и цифровые датчики и др. В большинстве случаев мощные промышленные системы управления положением привода строятся по принципам подчиненного регулирования при питании ДПТ от ТП. На рис. 1.85 СУ положением в которой при переключении переключателя П осуществляется замыкание аналогового или цифрового контура.

Рис.1.85. Схема системыуправления положением.

В первом случае измерительными элементами являются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. Сельсин-приемник (СП) связан с исполнительным органом (ИО), который приводится от двигателя М через редуктор РД. Подача на вход управляющего воздействия, которым является поворот сельсина датчика (СД) на некоторый угол φ_у относительно СП, вызывает появление на его однофазной обмотке напряжения переменного тока U_ссд, значение которого определяется значением угла рассогласования ¸ а фаза – направлением поворота (знаком угла). Фазочувствительным выпрямителем (ФЧВ) напряжение выпрямляется, полярность Uфчв определяется знаком рассогласования.

Напряжение, появляется на выходе РП, воздействуя на вход контура скорости, и двигатель вращается, отрабатывая рассогласования пока не установится равенство φ=φ_у.При ограничении входного напряжения РП значением U.огррп максимальная скорость двигателя не превышает номинального значения ω_н.

В цифровом контуре положения измерительным элементом является дискретный датчик обратной связи (ДОС). С помощью схемы преобразования (СП) с него снимается сигнал в двоичном коде, благодаря чему датчик вместе со схемой преобразования представляет собой преобразователь «угол-код» (ПУК) или преобразователь «линейное перемещение-код».

Вычислительное устройство (ВУ), сравнивая полученные в цифровой форме предписанное значение и истинное значение, определяет код ошибки и вырабатывает в цифровой форме корректирующий сигнал, преобразуя результат вычислений в напряжение, действующее на вход контура скорости. Наиболее перспективное направление при создании цифровых систем управления положением – применение управляющих ЦВМ.

По принципу действия ЦВМ выполняет необходимые математические операции в течение определенного времени, называемого периодом дискретности. Если ЦВМ решает сложные задачи управления всем технологическим процессом и рассматриваемая система – одна из локальных систем, то период дискретности не будет сделан достаточно малым и использование ЦВМ в контуре регулирования нерационально. Тогда СУП выполняется как автономная, а ЦВМ вырабатывает предписанное значение перемещения в цифровом виде.

В цифровом контуре регулирования значения величины, полученной при математических действиях за период дискретности, остается неизменный и в последующий период дискретности. Происходит процесс квантования по времени (процесс превращения непрерывной функции времени в ступенчатую). Цифровое представление величин характеризуется тем, что возможна фиксация не любых значений величины, а ряда значений, отличающихся друг от друга на единицу младшего разряда. Так происходит квантование по уровню. Значит цифровой контур – нелинейная дискретная система.

В общем случае структуру цифровой системы регулирования положения (СРП) представляем в виде (рис.1.86.). Цифровые корректирующие устройства ЦКУ1 и ЦКУ2 обрабатывают информацию соответственно в ЦВМ и ВУ, реализуя принятые законы управления. Эффект квантования по времени учитывается введением импульсных элементов (ключи), с периодами дискретности Т1, Т2, Т3. Квантование по уровню осуществляется нелинейными элементами НЭ1, НЭ2, НЭ3, имеющими релейную характеристику с числом ступеней N=2α-1, где α – число используемых двоичных разрядов. Экстраполятор Э преобразует дискретный сигнал в непрерывный. Экстраполяция – (лат. выпрямляю, изменяю) отыскание значений функции в точках, лежащих вне интервала, содержащего известныезначения этой функции. Выходное напряжение экстраполятора воздействует на аналоговую неизменяемою часть контура положения с передаточной функцией.

Рис.1.86. Структура цифровой системы регулирования положения.