Типы и параметры регуляторов системы управления позиционным сервоприводом

УДК 621.3.078

Е. В. Тумаева, Р. Р. Давлетов

ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ РЕГУЛЯТОРОВ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИОННЫМ СЕРВОПРИВОДОМ

Ключевые слова: позиционный электропривод, точность останова, трехконтурная система автоматического управления,

регулятор положения, исследование переходных процессов.

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.

Keywords: positional electric drive, the accuracy of the stop, three-loop automatic control system, position controller, the study of the

transition process.

The article shows the problem solvation of the given movement of a working tool with the required stop precision by means of the servo. The authors propose a three-loop automatic control system, based on the principle of the slave coordinate regulation. Besides, the types of current, speed and position controllers are defined in the article. The authors also describe the influence of the position controller amplification index on the performance factors of the transition process.

Позиционный электропривод перемещает рабочий орган из начальной позиции в конечную позицию с требуемой точностью остановки в ней. Позиционный 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 лабора-торно-промышленная установка, представляющая собой электропривод позиционного механизма с возвратно-поступательным движением.

Рис. 1 - Серводвигатель ишто1огРМ 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 Сопй-оГГесЬ^иеБ и серводвигатель ип1шоЮгРМ075 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:

Тм - ТПЧ •

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

W[

РЕГ.Т

2TMpkn(V )кот

где Тэ - электромагнитная постоянная времени электропривода; кП - коэффициент передачи преобразователя частоты; Рэ - эквивалентное активное сопротивление цепи статора двигателя; к ОТ - коэффициент обратной связи по току.

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

к о^

W

РЕГ.С

2

8Тмср коссм

В (3) ^ - суммарный приведенный момент инерции электропривода; Т^с - малая некомпенсируемая постоянная времени контура скорости; к Ос - коэффициент обратной связи по скорости двигателя; см

- коэффициент пропорциональности между моментом и током двигателя.

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

1

2ТмсР +1

В контуре положения при настройке на технический оптимум регулятор получается пропорциональным к п оптс передаточной функцией вида [3]:

кос

W Р

16Тмпк0п

где ТмП - малая некомпенсируемая постоянная времени контура положения; k0п - 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.

Рис. 3 - График переходного процесса по позиции при Кп<К п опт

Рис. 4 - График переходного процесса по позиции при Кп =Кп опт

Рис. 2 - Переходный процесс по положению при

Кп 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.

Рис. 5 - График переходного процесса по позиции при Кп>К п опт

Анализ переходных процессов показывает, что при коэффициенте пропорциональности регулятора положения Кп<Кп опт, время переходного процесса увеличивается, а при коэффициенте пропорциональности регулятора положения Кп>Кп 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.

Литература 2. Терехов В.М. Системы управления электроприводов.

Академия, Москва, 2006. 304 с.

1. Практика приводной техники. Проектирование при- 3. Ганиев Р. Н. Вестник Казанского технол. ун-та, Т.17,

водов. SEWEurodrive, Москва, 2014. 160с. 5, 264-267 (2014).

4. Ганиев Р. Н. Вестник Казанского технол.ун-та, Т.17, 7, 221-223 (2014).

© Е. В. Тумаева- к.т.н., доцент каф. ЭТЭОП НХТИ КНИТУ, e.tumaeva@mail.ru, г. Нижнекамск; Р. Р. Давлетов - бакалавр НХТИ КНИТУ.

© E. V. Tumaeva - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Chair, Nizhnekamsk Institute of Chemical Technology -The Branch of the Kazan National Research Technological University. Chair of electrical engineering and industrial energy supply. R. R. Davletov - B.Sc. of Electrical Engineering, NCHTI KNRTU.