Файл: Кулесский, Р. А. электропривод постоянного тока с цифровым управлением.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 125

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Выразим (3-5) через известную L(p) и искомую G(p) передаточные функции. С этой целью определим изобра­ жение y j (/) (рис. 3-1):

У/(р) =

F(Р) L (Р)

 

1 + R {р) L (Р)

 

 

 

F (Р) lL (P) + R (Р) L- (Р) R (р)

(/>)]

 

1+ R ІР) L (р)

 

= F{p)G (р) L(p) — F (р) L (р) = Yh (р) - Yh (р). (3-6)

Согласно (3-6) преобразуем (3-5):

 

С О

 

 

= і'[У/.(0 - y h W d t .

(3-7)

О

 

 

Уг в соответствии с выражениями для

У/і(р) и F/2(P )

определяется через искомую передаточную функцию G(p) и известную — L(p).

Помимо оценок точности воспроизведения желаемого закона изменения выходной регулируемой координаты (14, 14) введем энергетические оценки работы, опреде­ ляющие количество энергии, подведенной к двигателю в течение переходных процессов отработки управляю­ щего и возмущающего воздействий:

У3 = J unx(0 1дх (0 dt\

 

(3-8)

О

 

 

 

со

 

 

 

=

 

 

(3-9)

где ѵпх, ия/ — напряжения, подводимые

к якорю двига­

теля; ідж, ід/ — динамические токи

якоря при

отработке

соответственно управляющего x(t)

и возмущающего f(t)

воздействий.

14,

14 для

спроекти­

Очевидно, чем меньше значения

рованного электропривода, тем экономичнее его работа в переходных режимах.

Используя линеаризованные структуры рис. 1-9 и 1-10 для случая регулирования скорости изменением на­ пряжения на якоре, получаем:

Дід(р)=Д У (р)і-Ч р),

(3-10)

101


t-де L(p) находится по. формулам. (3-1); А У ( р ) — харак­ теризует приращения скорости со или положения а

взависимости от назначения электропривода.

Сцелью упрощения записи в дальнейшем будем опу­ скать знак А, имея в виду, что рассматриваются малые отклонения координат.

Представим изображение ія(0 (см. рис. 1-9,а) в виде

1я(Р) =

 

 

ТыР

 

¥о) ■(“я (P) - 9 OL„(P) 1С(р)) =

 

Р ( Т'а ТыР2 +

 

1 ыР +

где

 

=

Н (р) К (р) -

 

(р) 1

(р)].

(3-11)

 

 

 

 

_______ т\р______

 

 

 

 

 

Ц(р) =

 

(3-12)

 

 

 

 

р(

ТыР ' + Тлр + fg)

 

 

 

 

 

 

Подставляя

(3-11)

 

в

выражение

для ід(р)= ія(р)—

— іо (р) и преобразуя последнее, получаем:

 

 

оя (р) =

Я “ (р) ['.д (р) +

іс (р)] -

(р) іс(р).

(3-13)

Выражения (3-10) и (3-13) справедливы и при ре­

гулировании

скорости

изменением потока возбуждения

в режиме

холостого

хода,

когда

іяо —0. Принимая

для

режима

отработки

управляющего

воздействия

іс= 0,

из (3-10) и (3-13) получаем:

 

 

 

 

 

Ід*(Р) = у* (Р)

 

(Р) = А:(р) G (р) L-> (р);

(3-14)

пя, (р) = іда(р) Я-* (р) =X( p) G (р) Я-i (р) L-i (р).

(3-15)

Согласно

(3-9) могут быть получены частные

выра­

жения для

Ѵі

при

 

произвольных

возмущениях

f(t).

В дальнейшем рассматривается лишь случай

 

 

для которого из (3-6), (3-10) и (3-13) находим:

 

 

i*/(p) = ic(p)G(p)—іс (р) = і/і (р) —i/а(р);

(3-16).

пя/ (р) = іс (р) G(р) Я -і (р) —<ро

(р) іо(р) =

 

 

 

 

 

=ѵ/і(р)—и/2(р).

 

(3-17)

Согласно (3-16) и (3-17) оценку ІА* можно предста­

вить в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С О

 

 

 

 

 

 

 

 

'

Ѵ4 =

J [Чі (t) -

1/а (*)] К

(0 -

U/s (01 dt.

(3-18)

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

102


т. е. выразить И4 через искомую передаточную функ­ цию G(p) и известные передаточные функции Н (р)

Ьт(р). Изображение сигнала іс(р) известію по за­

данию на проектирование. Рассмотрим, функционал

Ѵ = І ]ггѴі,

(3-19)

і=1

 

представляющий собой комбинацию оценок V)—V/„ взя­ тых с соответствующими весовыми коэффициентами Гіг4, выбор значений которых рассматривается ниже.

Функционал (3-19) может быть использован для ха­ рактеристики качества работы электропривода в пере­ ходных процессах отработки управляющих и возму­ щающих воздействий. Действительно, при заданных зна­ чениях Гі—п уменьшение V будет означать улучшение качества работы электропривода, заключающееся в уве­ личении степени приближения к желаемому процессу или уменьшении количества потребляемой энергии. По­ этому в качестве критерия оптимальной работы прини­ маем:

 

V= min.

(3-20)

Оценки Ѵі, Ѵ2 и Ѵ3,

Ѵ4 противоречивы.

Увеличение

степени приближения к

желаемому процессу

(уменьше­

ние Ѵи Ѵ2) сопровождается увеличением потребления энергии (увеличением Vs, Ѵ4), а улучшение энергетиче­ ских характеристик (уменьшение Ѵз, У4) приводит к ухудшению динамической точности работы, т. е. к уве­ личению Vь Ѵ2. Таким образом, проектирование регу­ лятора сводится к выбору компромиссного решения между точностью и энергетическими характеристиками, устанавливаемого коэффициентами —г4. Однако на эта­ пе определения общих уравнений, характеризующих оптимальную систему управления электроприводом, бу­ дем считать величины Гі—г4 неопределенными.

Значение V при заданных выражениях для x(t), f(t), L(p), Н(р) зависит от выбора весовой g(t) или переда­ точной 6 ( р ) функции замкнутой системы (рис. 3-1). Определение g(x) и G(p), обеспечивающих выполнение условия (3-20), представляет собой вариационную за­ дачу, которая может быть решена методами классиче­ ского вариационного исчисления [Л. 35]. Искомое выра-

103


женне весовой оУр(т) или передаточной Wp(p) функции регулятора при известных g { т), G(p) и заданных харак­ теристиках объекта управления определяется однозначно.

3-2. УРАВНЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ОПТИМАЛЬНУЮ СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Представим

(3-20) в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V=

j dt

Yi riSi{g,

 

t) — min.

 

 

(3-21)

Здесь

 

oJ

i=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S,(g,

t) =

yl (t ) - 2y»{t )i j x{t)-{-yl(ty,

 

 

 

 

Sa(g<

t) =

y l ( t ) - 2 y u (t)yh (t) +

y2fi(t);

 

 

 

 

S3(g.

t) =

iKX(t)oBX(t);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3-22)

(g.

t) =

,j, (t) U/1 (/) -

4l (t) uh(t) -

l/a (t) и/, (*)+

 

 

 

 

~\~lh (0 u/a W-

 

 

 

 

 

)

 

Искомая весовая функция g(x), доставляющая мини­

мум (3-21),

определяется из

уравнения

Эйлера

 

 

 

 

4

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е

Гг' {

^

!

/=і

=

 

Е

г

А

=

(з0 -2- 3 )

 

 

і=.і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выразим Si—Si через весовые функции

системы

(рис. 3-1)

при помощи

интеграла

свертки. Для

этого

в соответствии с (3-2),

(3-6)

 

и

 

(3-14) — (3-17)

записы­

ваем выражения для сигналов, входящих в

(3-22):

 

Уз (0 =

[ шэ (t) X {t, т) d%

 

6

 

 

00

 

y x ( t ) = $ g ( r ) x ( t .

Т)di;

 

О

 

 

со со

 

Уп W = f

Y + ß)drdß;

 

6 о

 

Уь (0 =

J / (ß) ’-с (Л

ß) rfß;

 

о

 

(3-24)

J

104


 

 

00 öS

 

 

 

‘дх(0 =

j

^ g ('f) I ~ ) x (t> Y +

ß) d'( d[i)

 

 

о

ö

 

 

 

 

 

CO 00 00

(Y) I (ß) A- ( x )X (t, T+ß - I -z)d'{ rfß d'/:,

Оя* (0 =

f

J gf

 

 

о б о

 

 

 

i/i(0 =

{ff(Y)lo(^

Y)rfy;

(3-24)

^ (

0

=

ic ( 0 ;

 

 

 

 

00 00

 

 

 

и/, ^

=

П

8 M

/ r

W 'с V ’ T +

z ) <*Y d'ß

 

 

0

0

 

 

 

“/ a ( 0 = J ? . U ß ) lo ( ' . ß)dß.

В дальнейшем для упрощения записи используем обозначение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

да (е) % [

] = J да (s) [

] de.

 

(3-25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Записываем выражения для 5, — S4:

 

 

 

S, — даэ (т) % даэ (о)^х ( t ,

і) X (t, о)—2даэ (т)

% g(7)>)< '

* x { t ,

а )д :(/,

Y ) 4 - f f ( Y

) * f f ( « ) * - « ( ^

Y)

(f.

а);

 

S s =

g

(Y) % g (а) *

I (ß) * I

M *

'-с

(Л Y +

 

 

 

+

ß) l c (t,

а +

(J.) — 2 g (7 ) %

/ (р) %

/ (р) % Іс (Л

т +

 

+

ß) 1С(Л

^) +

/ W * / (ß) *

‘с ( t ,

ß) lc ( t .

v ) \

 

(в-)

„ 9 R .

5

з =

 

ёг

(т )

>k

 

(а )

>1<

 

(P)

 

 

 

 

' ( x )

 

 

 

 

 

 

T ~f~ ß)

(^> « +

 

P +

X )‘.

 

 

 

Si — g ( l ) ^ g

(а) %

h~ (x) >fc fc (f.

7) Ic (/, а + x) —

-

«PofiT (Y) *

(ß) *

1C { t ,

Y) '-C (Л ß)— g

(Y) *

A" (x)

*

 

 

%

lc (^. Y +

x) lc { t ) +

?

o L (ß) %

lc ( t ,

ß) ‘c (0-

 

 

Определяем ß, — ß4:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ßi =

2g (а) % л (*. Т) % л (Л

а) — 2

даэ (т) % x ( t ,

7 ) % х (I , t).

 

ß2

-=

2 g (а) >j< / (ß) >}с / (р) >{с ic (t,

7

~Ь ß) % lc {t> а H~l1) —•

 

 

 

 

- 2

1(p) *

l (p) % i0 (f,

7

+

 

ß) % lc (t,

p);

 

 

 

 

=

g (<*) *

/ "

(p) % l~ (p) %

h r (x )

jfc л: (if,

7 +

p) %

105