Способ подчиненного управления со связью регуляторов по нагрузке

 

 

Основные положения подчиненного управления по нагрузке такие же, как в традиционном подчиненном управлении со связью регуляторов со стороны управления. Эти положения заключаются в следующем:

· количество управляемых переменных величин в системах подчиненного управления (СПУ) по нагрузке должно быть равно числу звеньев объекта управления;

· объект управления представляет собой последовательное соединение линейных апериодических (реже интегральных) звеньев;

· число регуляторов должно быть равным количеству управляемых переменных параметров системы;

· ограничение величины управляемых параметров осуществляется путем ограничения величины выходного сигнала предыдущего регулятора;

· на выходе регулятора целесообразно устанавливать электрический фильтр для регулирования полосы пропускания сигнала и защиты от внешних помех.

Регуляторы параметров в СПУ по нагрузке соединены каскадно, но связь с последующим регулятором происходит не путем подачи выходного сигнала предыдущего регулятора на вход последующего, а на объект управления и далее через внутреннюю обратную связь в переходном процессе на последующий регулятор

Как правило, системы подчиненного управления со связью регуляторов по нагрузке являются двухконтурными. К таким системам можно отнести валогенераторные установки судов, гребные электрические установки, дизель-генераторные установки, особенно в тех случаях, когда скорость вращения приводного двигателя не стабильна.

В СПУ по нагрузке внутренним контуром является регулятор напряжения или тока, а внешним - регулятор скорости вращения.

Передаточные функции регуляторов целесообразно выбирать с учетом компенсации этих функций звеньями объекта управления. В качестве требуемых передаточных функций контуров регулирования желательно иметь стандартные оптимальные передаточные функции.

Порядок дифференциального уравнения последующего контура управления на единицу больше, чем порядок дифференциального уравнения предыдущего контура. Тогда в качестве требуемой передаточной функции замкнутого k-го контура необходимо использовать стандартную передаточную функцию D_k+l(р)(k + 1) порядка.

Передаточную функцию замкнутого оптимально настроенного k-го контура можно записать в общем случае следующим образом:

G_3K(р) = D_k+1(р)= l/2kT_mр + 1, (17.1)

где D_k(p) - стандартная передаточная функция k-го порядка.

Поскольку в СПУ обратные связи в контурах управления приняты единичными, требуемая передаточная функция разомкнутого контура записывается в виде

G_K(p)=D_k(p)/2^kT_mp. (17.2)

В каждом k-м контуре имеется регулятор с передаточной функцией G_pk(p), оптимально настроенный замкнутый контур (к-1), контур с передаточной функцией G_3(к-1)(p) = D_k(p) и объект управления с передаточной функцией G_ОК(p). Следовательно, для передаточной функции разомкнутого k-го контура справедливо выражение

G_K(p) = G_РК(p) G_3(К-1)(p)G_ОК(p) = G_PK(p)D_k (p)G_0K(p) (17.3)

Передаточная функция регулятора k-го контура, обеспечи­вающая оптимальную настройку данного контура, получается путем приравнивания выражения (17.2) и (17.3) и имеет вид

G_PK(p) = l/G_OK(p)/2^kT_mp. (17.4)

Анализ выражения (17.4) показывает, что в передаточной функции регулятора каждого контура управления имеется сомножитель, компенсирующий передаточную функцию объекта управления данного контура.

Поэтому в зависимости от типа звеньев объекта управления регулятор будет также соответствующего типа. Если объект управления содержит одно апериодическое звено, регулятор будет интегрально-пропорциональным (ИП-регулятор). Если в объекте управления имеются два последовательно включенных апериодических звена, то регулятор будет интегрально-пропорционально-дифференциального типа (ИПД-регулятор). При наличии в объекте управления интегрального звена регуля тор будет пропорциональным (П-регулятор). Интегральный регулятор (И-регулятор) применяется в случаях, когда в системе управления имеется несколько переменных параметров, связанных пропорциональными зависимостями.

Для устранения помех уменьшить быстродействие в системе управления можно путем включения в нее фильтра, а не отладкой времени переходного процесса регулятора. Для уменьшения влияния помех фильтры устанавливаются на выходах измерительных устройств, ограничивая пропускание помех на входы систем управления.

При установке фильтра с постоянной времени Т_ф на входе (к-1) регулятора в задающей цепи от к-го регулятора получим

. (17.5)

Из выражения (7.5) следует, что при наличии фильтра в к-ом контуре СПУ эквивалентная постоянная времени этого контура управления может быть записана в следующем виде:

T_mk = 2 ^к-1 T_m+Т_ф = T_m(к-1)+ Т_Ф.

При наличии фильтра быстродействие контура управления уменьшается, а запас по фазе получается большим, чем в СПУ без фильтра. С увеличением постоянной времени фильтра Т_ф величина перерегулирования в переходном процессе становится ближе к стандартной для СПУ второго порядка.

Однако для k -го контура управления замкнутый (к-1) контур выполняет аналогичные функции, как и фильтр с постоянной времени Т для первого контура управления. Это видно из формулы (7.2), где в передаточную функцию разомкнутого внутреннего контура управления входит передаточная функция фильтра D₁(p) = 1/(1+T_mp), а в передаточную функцию разомкнутого к -го контура включена передаточная функция замкнутого (к-1) контура.

В соответствии с (17.1) замкнутый (к-1) контур представляется в виде апериодического звена вида

G_3(к-1)(р)=l/2 ^к-1 T_mp+1, (17.6)

а каждый k- й контур рассматривается в первом приближении в виде системы управления второго порядка, эквивалентная постоянная времени которой равна T_mk = 2 ^к-1T_m.

Количественные данные погрешности при такой замене по запасу устойчивости для двухконтурной СПУ не превышают 0,12÷0,14, что говорит о приближенном характере замены передаточной функции (17.1) выражением (17.6), но может быть ис­пользовано в теории СПУ по нагрузке.

Величина постоянной времени T_m играет важную роль в СПУ по нагрузке, поскольку она определяет динамические свойства системы управления, а не параметры объекта управления. При использовании стандартных систем управления только величина T_m может изменить параметры качества переходного процесса в СПУ.

В системах управления судовых ЭЭС система подчиненного управления является двухконтурной. В этом случае фильтр на выходе системы управления можно не устанавливать. При этом для внутреннего контура целесообразно использовать ИПД-регулятор, компенсируя, таким образом, большие постоянные времени объекта управления. В этом случае эквивалентная постоянная времени контура управления принимается равной малым постоянным времени объекта управления.

Для повышения быстродействия и помехозащищенности СПУ, исходя из принятой при расчете величины постоянной времени T_m, требуется производить компенсацию всех постоянных времени объекта управления с тем, чтобы сумма оставшихся была во много раз меньше величины T_m, т.е.

.

В регуляторе при этом целесообразно оставить одну постоянную времени Т_Ф1 или обеспечить выполнение соотношения

.

В этом случае, при отклонении от расчетных данных величин

.

Это не приводит практически к изменению быстродействия от расчетного значения, поскольку величина T_m от указанных постоянных времени зависит в слабой степени.

В системах подчиненного управления по нагрузке, характерных для судовых электроэнергетических установок, в объекте управления кроме последовательного соединения апериодических и интегральных звеньев имеются и внутренние обратные связи, через которые осуществляется подчинение внутреннего регулятора (напряжения или тока) и внешнего (регулятора скорости вращения). Если учитывать внутреннюю обратную связь, то поведение СПУ будет зависеть не только от параметров электрического фильтра с постоянной времени T_m, но и от количественных данных объекта управления. Это приведет к тому, что параметры СПУ будут отличаться от оптимальных и заданные свойства системы не будут обеспечиваться регулятором. Расчет такой системы управления отличается от стандартного. Для оптимизации переходного процесса в такой системе требуется компенсация внутренней обратной связи объекта управления.

Компенсирующую связь в СПУ целесообразно вводить через фильтр. Существуют различные способы введения компенсирующей связи. На вход (k-l)- гo регулятора подается единичная обратная связь, если в качестве передаточной функции фильтра принять передаточную функцию замкнутого (к-1) контура управления.

Если компенсация требуется для внутреннего контура управления, то компенсирующая обратная связь может подаваться на вход k-го регулятора через звено, передаточная функция которого имеет вид:

В судовых СПУ по нагрузке k-тое звено объекта управления является апериодическим. В этом случае компенсацию целесообразно реализовать с помощью дифференцирующего звена, представляющего собой звено с гибкой связью и не влияющее на стационарный процесс в к -м контуре системы управления. Компенсирующая связь должна иметь полярность противоположного знака по отношению к внутренней обратной связи.

Компенсация тем более эффективна, чем больше быстродействие внутреннего (к-1) контура, т.е. чем меньше величина T_m. Рассмотренная компенсация внутренней обратной связи не является полной, так как влияние передаточных функций составляющих звеньев объекта управления частично сохраняется. Однако полная компенсация путем введения обратной связи с выхода n-го звена объекта управления через звено с передаточной функцией, обратной передаточной функции замкнутого (к-1) контура, практически сложно осуществляется; ее введение повышает уровень помех, отрицательно влияющих на работу СПУ.

Компенсирующая связь может быть подана в систему управления и через нелинейный элемент с характеристикой, обратной характеристике НЭ объекта управления, включаемой на выходе (k -l)-гo регулятора. Компенсация внутренней обратной связи будет тем эффективнее, чем более инерционны управляющие и возмущающие факторы, влияющие на систему управления.

С учетом связей регуляторов, рода тока и назначения можно предложить классификацию СПУ электроэнергетических установок, представленную на рис. 17.1.

Классификация систем подчиненного управления производится по принципу передачи сигналов управления с выхода предыдущего регулятора на вход последующего, а также с учетом рода тока и назначения установок, отличающихся количеством машин, постоянная времени которых компенсируется регулятором.

 

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: