КОНТУР ТОКА И ПОЗИЦИИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Двигатели постоянного тока (ДПТ) всё ещё широко используются, несмотря на конкуренцию со стороны бесколлекторных двигателей. У таких двигателей есть несомненные преимущества такие как: простота управления, высокий пусковой момент, точная регулировка скорости. Двигатели постоянного тока широко применяются в промышленности, робототехнике, электроприводах и других областях благодаря их высокой управляемости и надежности. Важнейшей задачей при работе ДПТ является обеспечение точного регулирования скорости вала, что достигается за счет использования многоуровневых систем управления, включающих контур тока и позиции.

Электродвигатель постоянного тока – это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию вращения. Эти двигатели широко используются в различных областях, от бытовой техники до промышленного оборудования и транспорта, благодаря их регулируемости, простоте управления и хорошим характеристикам.

Машина постоянного тока имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По обмотке возбуждения проходит постоянный ток I_в, который создает магнитное поле возбуждения Ф_в. На роторе размещена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуктируется э. д.с [1].

Рисунок 1. Электромагнитная схема ДПТ

При заданном направлении вращения якоря направление э.д.с, индуктируемой в проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление э.д.с. одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения.

Система управления ДПТ.

Рисунок 2. Структура модели ДПТ

Модель электрических процессов в R-L цепочке – это модель обмотки ротора: 

e – это ЭДС, наводимая в обмотке ротора при вращении в магнитном поле статора [2]. В соответствии с законом Фарадея её величина пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего обмотку (то есть пропорциональна ω).

ЭДС в модели вычитается из входного напряжения u, так как индукционный ток в соответствии с правилом Ленца всегда имеет то направление, при котором ослабляется действие причины, возбуждающей этот ток.

u_R = iR – это падение напряжения на активном сопротивлении обмотки.

Ток в обмотке ротора i, получаемый в модели интегрированием его производной, преобразуется в крутящий момент двигателя М.

Модель механического движения преобразует момент двигателя в частоту вращения его вала ω. В рассматриваемом случае она характеризуется моментом инерции ротора J, вязким трением c коэффициентом k_ТР и внешним нагрузочным моментом M_c.

Параметры движения привода связаны друг с другом:

• моментом двигателя постоянного тока при постоянном поле статора можно управлять, меняя ток ротора: M = f1(i);
• скоростью (угловой частотой) вала двигателя можно управлять, меняя его момент: ω = f2 (M).;
• положение вала можно изменять, управляя его скоростью (частотой вращения): θ = f3 (ω).

Такая взаимосвязь параметров приводит к мысли о применимости при управлении ими метода, называемого в автоматике подчинённым регулированием.