АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

В современных производствах для повышения качества управления электродвигателями требуется принимать во внимание величину и характер механической нагрузки, а также момент инерции на валу электродвигателя.

 Поскольку измерение момента нагрузки и момента инерции является трудной задачей их оценивают косвенно, чаще всего определением статического тока. Надёжное получение информации о статическом токе, а, следовательно, о нагрузке привода, имеет большое значение, так как система управления должна точно устанавливать режимы работы. 

Принцип определения статического тока основан на выделении динамической составляющей тока при помощи применения астатического наблюдателя состояния (наблюдателя нагрузки) и вычитанием динамической части тока из полного тока [1].

В качестве объекта управления выбран двигатель постоянного тока последовательного возбуждения с нелинейным описанием (рис. 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Модель ДПВ ПВ со статическим наблюдателем состояния

 

 

 

 

Рисунок 2 – Момент нагрузки: 1 – Момент нагрузки, 2 – момент наблюдателя

 

Результат моделирования показывает корректность произведенных расчетов и возможность применения наблюдателя состояния в линеаризованную модель [3] (рис. 3)

 

Рисунок 3 – Линеаризованная модель ДПВ ПВ со статическим наблюдателем состояния

 

 

Для определение общей передаточной функции системы с наблюдателем по возмущению, где выходной переменной является оценка статического момента, а входной - статический момент, преобразуем линеаризованную структурную схему (рис. 3) в детализированную (рис. 4).

 

Рисунок 4 - Детализированная структурная схема

 

Матрицы, описывающие движение объекта (рис. 4), будут иметь вид:

 

  

 

 

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

 

 

Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:

 

Из передаточной функции видно, что отношение оценки момента нагрузки к моменту нагрузки не имеет нулей, наличие которых может искажать динамику наблюдателя [2]. Таким образом система является астатической с астатизмом первого порядка.

Однако линеаризованная модель ДПВ ПВ со статическим наблюдателем не дает достоверных данных в динамике, так как коэффициенты 

 рассчитаны относительно базового значения и при смене рабочей точки будут неверными. Таким образом для правильной работы необходим адаптивный регулятор, который будет подстраивать коэффициенты регуляторов тока и скорости под необходимое значение нагрузки (рисунок 5).

 

 

 

Рисунок 5 – Модель с наблюдателем и адаптивным регулятором

 

 

 

Рисунок 6 – График переходного процесса скорости по времени 1 – Адаптивный регулятор, 2 – Обычный регулятор.

 

При подачи управляющего сигнала 5 В перерегулирование у адаптивной системы равно 

а у обычной  

, время переходного процесса составляет  

 секунд.

При подачи номинальной нагрузки перерегулирование у адаптивной системы равно 

а у обычной  

,

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 – График переходного процесса скорости по времени при возмущающем моменте: 1 – 3000

, 2 – 7000

 

Из графиков на рисунке 7 видно, что адаптивный регулятор работает, система подстраивается под текущее значение момента нагрузки, тогда как система с обычным регулятором этого не делает.