Упреждающая коррекция в схеме электромеханического усилителя руля

Лапшина Э.В.

Пензенский государственный университет

УПРЕЖДАЮЩАЯ КОРРЕКЦИЯ В СХЕМЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ РУЛЯ

Проведенные исследования рулевого управления показали, что демпфирующие сигналы со звеньев W6(p) и W7 (p) структурной схемы (рисунок1) зависят от скорости движения автомобиля. Это затрудняет настройку системы традиционными методами (подчиненное регулирование, компенсация сигнала и т.д.). Применение упреждающей коррекции позволяет более просто решить эту задачу.

Рисунок 1

Сущность метода упреждающей коррекции [1] состоит в реализации структурной схемы (рисунок2). При этом подразумевается, что объект регулирования может быть разделен на несколько частей, предположим на две -Wои^х.В этом случае передаточная функция замкнутой системы будет иметь вид

W =-

w PKXW0 1 + W pKxWo

.

Эта передаточная функция получается при соблюдении условий

1

Рисунок 2

Такое построение схемы позволяет добиться высокого быстродействия и качества переходного процесса. Кроме того, отмечается [1], что при правильном применении метод упреждающий коррекции позволяет получить системы с пониженной чувствительностью к вариациям параметров объекта и внешних возмущений, при этом обеспечивает более высокое быстродействие, чем метод последовательной коррекции. Это свойство упреждающей коррекции особенно важно в системе управления электромеханическим усилителем руля (ЭУР).

Система ЭУР отличается от типовой схемы для построения упреждающей коррекции. При формальном подходе к построению структуры ЭУР с упреждающей коррекцией получаем структуру, приведённую на рисунке 3.

Рисунок 3

Её реализация становится возможной, если имеется сигнал угловой скорости з со звена W . Для системы рулевого управления характерны весьма низкие значения з, что создаёт существенные затруднения при получении сигнала з. Известны различные способы получения з [2,3,4,5]. Наличие ДПР позволяет получить требуемый сигнал з без дополнительных устройств. В работе [2] показана возможность использования датчика положения ротора (ДПР) ВТ для синтеза сигнала обратной связи по скорости. Реализация такого узла для случая ДПР ДХ выполняется аналогично.

При построении упреждающей коррекции должны соблюдаться следующие условия

Kx = Wx ( p) =

W4

1 + W 4

Ka

1

и

WM (p) = W0( p) = W5( p) .

В этом случае передаточная функция системы будет иметь вид

W (p) =_____________________W p( p)Wx (p)W 0( p)Wi( p)W 2( p)__________________

Видно, что передаточная функция (3) существенно отличается от требуемой при настройке с упреждающей коррекцией (1). Это вызвано действиями демпфирующих звеньев W6 (р) и W7 (р) . По методу упреждающей коррекции коэффициент Кх должен быть равен статическому коэффициенту передачи звена Wx (р). В схеме ЭУР необходимо учитывать влияние демпфирующего действия звена W7 (р) для нахождения Кх. Рассмотрим часть исследуемой структуры (W4 (р), W5 (р), W6 (р), W7 (р)) и преобразуем её к виду (рисунок4).

2

Передаточная функция этой части структуры имеет вид

W ( Р) -_________^________________ - _______K4Р____

1 + W4(p) (Wв(p) + W5(p)W7(Р)) Р2 + K4Kgp + K4K5K7

' 4\ rf \V¥6\rJ ^ ¥¥ 5\Н/¥¥ 7\Г* J Н _г'х4'х6^л_'х4'х5'х7

Из выражения (4) видно, что статический коэффициент передачи этой части структуры Кст = объясняется действием активного возврата рулевого колеса. С учётом этого структура системы реждающей коррекцией принимает вид (рисунокБ).

Рисунок 4

Рисунок 5

Передаточная функция системы в этом случае

W

__________W0( p)W р( p)Wx (Р)_____

1 - Wр

Для соблюдения настройки упреждающей коррекции должны выполняться условия

0, что с уп-

3

Wp

В системе ЭУР звено W7 (р) характеризует демпфирующие свойства системы, скорости автомобиля, поэтому к

W7

Передаточная функция звена Wx (р) определяется выражением

wx

W4

1 + W 4

Звено W6 (р) также характеризует

скорости движения, т. е.

к

W6

демпфирующие

свойства рулевого управления

которые зависят от

которое зависит от

В соответствии с выражением (3.24) получаем

к р

Wр

при условии Кр = К7. При такой настройке Wp (р) одновременно компенсируется изменением параметров звена W6 (р).

Рассмотрим систему управления ЭУР для нескольких наиболее реальных случаев. Рассмотрим идеальный случай, когда полностью соблюдаются условия (7). Для этого варианта передаточная функция системы принимает вид

Wзам

_________K4KK_________.

(d p + i)(vp + к 4K 6) p + к 4K к р

В реальных условиях регулятор Wр (р) обладает определённой инерционностью. Определим влияние инерционности регулятора на область устойчивости системы. Для этого случая принимаем

W р( p) =

к„

V

.

Передаточная функциязамкнутой системы для этого варианта будет иметь вид

W3aM ( p) =

к лк к р

(dp +1) [(Vp + к 4к 6 )(Tp p +1) + к 4к к pTp ] p + к 4к к р

.

ЛИТЕРАТУРА

1. Боровиков М. А. Расчёт быстродействующих систем автоматизированного электропривода и автоматики. - Саратов: изд-во Саратовского университета, 1980. - 389 с.

2. Боровиков М. А., Доманов В. И., Нашатыркин Е. М. Следящий вентильныйэлектропривод с вычислителями координат по сигналам датчика положения ротора двигателя// Электричество, 1990. №10. С. 76 - 80.

3. Вейнгер А. М. Регулируемый синхронный электропривод. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 224 с.

4. Доманов А. В., Доманов В. И. Система векторного управления вентильным двигателем//Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития: Материалы НТК. Ульяновск, 1996 г.

5. Доманов А. В. Устройство управления графопостроителем//Информационные и кибернетические

системы управления и их элементы: Тезисы докладов Всероссийской молодёжной научно-технической

конференции. Уфа, 1997. - С. 87-88.

4