Следящий и программно-управляемый электроприводы

Следящий электропривод. Следящий электропривод (СЭП) представляет собой замкнутую систему автоматического управления, в которой исполнительный орган (ИО) с определенной точностью воспроизводит движение, задаваемое управляющим органом (УО) (рис. 1.56).

В СЭП основной входной сигнал ср_вх представляет собой угол поворота оси или вала управляющего органа УО. С определенной.

Рис Л.56. Схема функциональной структуры следящего электропривода:

УО — управляющий орган; ЗС— звено сравнения; УУ— усилительное устройство; Прб— преобразователь силовой; М— исполнительный электродвигательный механизм; ИО — исполнительный орган; ЛЯ—датчик положения точностью этот угол отрабатывается на выходе системы в виде угла поворота ф_вых исполнительным электродвигательным механизмом М и соответственно исполнительным органом ИО технологической установки. Точность отработки определяется значением напряжения рассогласования ±Ди на выходе звена сравнения ЗС, в котором сигналы рассогласования вычитаются. Таким образом, СЭП включается в работу только за счет возникновения угла рассогласования между осями управляющего органа УО и исполнительного И О. Процесс работы СЭП сводится к непрерывному устранению возникающего рассогласования.

СЭП используют в системах автоматического вождения мобильных агрегатов, для дистанционного управления положением антенн и рулевых механизмов различных транспортных средств, в металлообрабатывающих станках и во многих других случаях. По принципу действия СЭП могут быть с непрерывным или прерывистым (релейным, импульсным) управлением. Преимущественное использование получили СЭП с непрерывным управлением как обеспечивающие более высокие качественные показатели по точности и быстродействию отработки сигнала рассогласования.

На рисунке 1.57 приведена схема подобного СЭП на основе применения однофазного АД с короткозамкнутым ротором, которые отличаются высокой надежностью в работе и долговечностью. На схеме (рис. 1.57) двигатель М имеет обмотки возбуждения ОВ и управления ОУ, которые питаются сдвинутыми по фазе на 90° напряжениями. Регулирование частоты вращения АД происходит изменением действующего значения напряжения на ОУ, которая получает питание от фазы Л трехфазной сети переменного тока через тиристоры VS1…VS4. Обмотка возбуждения О В связана с фазами В и С через тиристоры VS5… VS6. Тиристоры VSJ…VS6 образуют тиристорные регуляторы переменного тока. Они попарно включены по встречно-параллельной схеме, что обеспечивает протекание тока по обмоткам в оба полупериода питающего напряжения.

Рассогласование между управляющим органом СЭП и валом ЭП измеряется с помощью сельсинной пары, состоящей из сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП. Положение ротора.

Рис. 1.57. Схема следящего ЭП переменного тока непрерывного управления.

ОД задает входной сигнал <�р_вх, а положение ротора СП определяет фактический угол <�р_вых вала ЭП. Сигнал рассогласования Дм, снимаемый с обмотки статора СП, пропорционален разности углов Дф ⁼ Фвх^— Фвых. а Фаза этого напряжения определяется знаком этой разности. Сигнал рассогласования Дм = U_msin (Дф), вырабатываемый сельсинами ОД и СП и снимаемый со статорной обмотки СП, подается на вход усилителя У1, где U_m — максимально возможное напряжение на выходе статорной обмотки СП. После прохождения через корректирующее звено, состоящее из резисторов Rl, R2 и конденсатора С/, сигнал рассогласования усиливается фазочувствительным усилителем У2 и в виде напряжений +Дм и -Дм поступает в систему импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами. Работа СЭП происходит следующим образом. При появлении сигнала рассогласования Дм в зависимости от его фазы на выходе усилителя У2 появляются напряжения +Дм или -Дм. При возникновении, например, напряжения +Дм с СИФУ подаются импульсы управления на тиристоры VS1, VS2, VS5, VS6. Тиристоры открываются, и на обмотки ОУ и ОБ подаются напряжения U_{0 у} и U_oa, которые пропорциональны сигналу рассогласования +Дм. Двигатель М начинает вращаться, уменьшая угол рассогласования Дф = ф_вх — ф_вых между положениями роторов сельсинов СД и СП.

При другой фазе сигнала рассогласования Дм, что имеет место при изменении знака угла рассогласования Дф, на выходе усилителя У2 появляется напряжение —Дм. Этот сигнал вызывает включение тиристоров VS3, VS4, и на обмотку управления ОУ будет подано напряжение U_oy, сдвинутое по фазе на 180° по сравнению с предыдущим случаем. Так как одновременно с этим откроются тиристоры VS5 и VS6 и ОБ также получит питание, вал двигателя М начнет вращаться, но уже в другом направлении. Таким образом, путем изменения фазы напряжения U_{0 у} осуществляется реверс асинхронного двигателя М. Этим обеспечивается отработка СЭП угла рассогласования любого знака, причем с изменяющейся частотой вращения двигателя за счет фазового регулирования СИФУ значения питающего напряжения: чем меньше угол рассогласования, тем больше угол а включения тиристоров и меньше значение питающего двигатель М напряжения. Это повышает точность регулирования и снижает склонность системы к автоколебаниям.

В ряде случаев СЭП, который выполняет функции воспроизведения исполнительным органом ИО с определенной точностью положения управляющего органа УО, называют позиционным, если же СЭП воспроизводит скорость движения, его классифицируют как скоростной. В позиционном СЭП функции управляющего органа может выполнять измерительная схема. Схемный пример такого позиционного СЭП с мостовой измерительной схемой, в одно из плеч которой включен параметрический датчик параметра регулирования, например температуры Б_я показан на рисунке 1.58.

Условие равновесия измерительного моста постоянного тока, при котором выходное напряжение мостовой схемы Дм = 0 в данном случае можно записать в известном из электротехники виде Лзд/Сс⁼ ЛопДмтНа выходное напряжение ±Дм измерительного моста включен операционный (дифференциальный) усилитель ОУ. Поэтому, как только изменится значение сопротивления параметрического датчика Л_дат или резистивного задатчика R_3R, равновесие мостовой измерительной схемы нарушается и на ее выходе появляется напряжение разбаланса Дм соответствующей полярности. Это напряжение усилится операционным усилителем ОУ, затем, в зависимости от полярности напряжения Дм, устройство управления УУ и преобразователь Прб включат исполнительное.

Рис. 1.58. Функциональная схема позиционного СЭП с управляющим органом в виде мостовой измерительной схемы электродвигательное устройство М на вращение в определенном направлении. При этом исполнительный орган ИО СЭП начнет перемещаться и одновременно за счет механической связи выходного вала с ползуном встроенного резистора отрицательной обратной связи Rq _с равновесие измерительного моста начнет восстанавливаться и восстановится, но уже при новом положении вала исполнительного органа ИО.

Таким образом, любое нарушение равновесного состояния измерительного моста, вызванное изменением сопротивления датчика /?_дат или задатчика К_ш, будет с определенной точностью и скоростью скомпенсировано соответствующим изменением сопротивления резистора отрицательной обратной связи Д,_с при перемещении исполнительного органа ИО системы в соответствующее новое положение.

Программно-управляемый электропривод. В ряде случаев электродвигатель вместе с механической передачей и устройством отрицательной обратной связи называют исполнительным механизмом, или сервомеханизмом, а сам привод — сервоприводом. В тех случаях, когда сигнал рассогласования СЭП не случайная величина, а заданная в виде программы сигнала рассогласования на каком-либо физическом носителе (на перфоленте, на магнитной ленте, на магнитном или оптическом диске и др.), такой ЭП называют программно-управляемым. С появлением современных средств цифровой и микропроцессорной техники стала возможной разработка новых принципов программного управления ЭП производственных систем. В таких системах подготовленные соответствующим образом числовые данные чертежа непосредственно вводят в систему управления ЭП в виде соответствующей программы, при реализации которой обеспечивается автоматическое изготовление соответствующей детали. Такие системы принято называть системами числового программного управления (ЧПУ). При использовании ЭП с ЧПУ все технологические данные по обработке изделия вносят в программу, которую затем вводят в программное устройство ЭП с ЧПУ. Затем обработка изделия ведется без непосредственного участия рабочего. Для изготовления другого изделия достаточно лишь сменить программу. Таким образом, ЭП с ЧПУ представляет собой разновидность цифрового ЭП с программным управлением.

На рисунке 1.59 в качестве примера приведена схема асинхронного ЭП с цифровым программным управлением от микропроцессорной системы с однокристальной микроЭВМ типа К145ИК.1908. Программно-управляемая цифровая система разработана автором для дискретного управления АД с короткозамкнутым ротором исполнительного механизма, предназначенного для поддержания заданного режима технологической установки, например поддерживающей заданный уровень заглубления исполнительного органа ИО (режущий инструмент, плуг и др.) при изменяющихся внешних воздействиях. Заданный режим поддержи;

Рис. 1.59. Схема асинхронного ЭП с цифровым программным управлением.

вается путем непрерывного контроля по цепи отрицательной обратной связи текущего значения параметра регулирования х с заданным значением х_зд. При отклонении параметра регулирования х от заданного значения х,_д вверх или вниз АД привода соответственно включается по направлению Назад или Вперед для компенсации возникшего рассогласования. При отсутствии рассогласования двигатель отключается и находится в режиме Отключено. Это отражено на схеме алгоритма управления (рис. 1.60). Для исключения частого включения двигателя ЭП из-за случайного кратковременного отклонения параметра регулирования от заданного значения в подпрограммы управления режимов Отключено, Назад и Вперед введены необходимые временные задержки /_откл, 1_Н и /_в, которые исключают ошибочные и частые включения ЭП.

Программу функционирования, подготовленную согласно алгоритму управления (рис. 1.60), заносят в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) микроЭВМ с помощью встроенной алфавитно-цифровой клавиатуры. Управляющие сигналы и временные задержки задаются программно в шестнадцатиричной системе счисления с привязкой к реальному времени по назначенным начальным адресам А00, А10 и АЗО. Дискретные сигналы прерывания цепи отрицательной обратной связи подаются на входы микроЭВМ Вх1 и Вх2. Выходные сигналы управления снимаются с первых трех выходов из восьми возможных и через релейный блок выходных ключей KV1, KV2 и KV3 коммутируют соответственно электрические цепи катушек контакторов на вращение Вперед

Рис. 1.60. Схема алгоритма программного управления реверсивным асинхронным ЭП от микроЭВМ типа К145ИК1908.

KMF, Назад KMR и предупредительной сигнализации в виде звонка НА. Питание микроЭВМ осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В через встроенный блок стабилизированного питания, который оснащен аккумулятором резервного электропитания, включенным в буферном режиме. Это исключает сбой в работе микроЭВМ при отключении и последующем восстановлении сетевого электропитания. Ввод программы функционирования и контроль ее отработки отображаются на встроенном алфавитно-цифровом дисплее микропроцессорной системы.

Работа системы происходит следующим образом. После ввода программы функционирования в ОЗУ микроЭВМ и автономной отладки программы микроЭВМ подключается к внешней системе управления. При включении автоматического выключателя QF микроЭВМ переходит на сетевое электропитание с подзарядкой аккумулятора резервного электропитания и начинает программно функционировать согласно схеме алгоритма (рис. 1.60). При отсутствии рассогласования х = х_т на входах микроЭВМ Вх1 и Вх2 сигналы прерывания отсутствуют и осуществляется отработка подпрограммы с адреса А00, обеспечивающая в циклическом режиме с периодической временной задержкой г_ткя отключенное состояние двигателя ЭП. Если возникло рассогласование, например вверх от заданного значения х > х_зд, на входе Вх1 микроЭВМ появляется дискретный сигнал прерывания, который переводит микроЭВМ на отработку подпрограммы, начинающейся с адреса А10. В итоге на втором выходе микроЭВМ появляется сигнал, который через промежуточное реле KV2 включает с помощью контактора KMR электродвигатель привода на вращение Назад. После циклической отработки возникшего рассогласования дискретный сигнал прерывания по цепи отрицательной обратной связи снимается и микроЭВМ переходит на отработку подпрограммы с адреса А00, при циклической отработке которой электродвигатель переводится в положение Отключено. Аналогично система работает, если возникнет обратное рассогласование х < х^_я. Отличие состоит лишь в том, что при появлении сигнала прерывания на втором входе Вх2 микроЭВМ перейдет на отработку подпрограммы, начинающейся с адреса АЗО. В этом случае для исключения возникшего рассогласования двигатель ЭП включится на направление вращения Вперед. Сигнал по 3-му выходу микроЭВМ, включающий через промежуточное реле KV3 звонок НА, используется для сигнализации неисправности режима программного функционирования микроЭВМ.