Лекція 19. Цифроаналогова система стабілізації швидкості ЕП. Функціональна

параметричний синтез

Цифроаналогові системи (ЦА) стабілізації швидкості й моменту двигуна, як

і аналогові системи, виконуються за структурою з підпорядкованим регулюванням координат. Вони мають аналогову і цифрову частини.
Аналоговими елементами таких систем є добре відпрацьовані перетворювачі та двигуни. В результаті здатності датчиків струму точно вимірювати струм двигуна контур струму в ЦА також виконується аналогово.
Цифрова частина системи ЕП належать до контуру регулювання швидкості, й інформаційно-вимірювальні пристрої задання швидкості та інформаційно-вимірювальні пристрої швидкості у вигляді датчика і регулятора швидкості, є цфровими .

У системах із меншою точністю регулювання швидкості контур швидкості роблять комбінованим – цифро-аналоговим. Програмна частина РШ є аналоговою, а інтеграційна – цифровою.

Принцип роботи схеми
Задання швидкості в таких системах є цифровим. Задання швидкості ЕП вводиться у вигляді числа Nзш за допомогою пристрою введення задання SZ.
Темп нарощування задавальної напруги, а відповідно і швидкості, забезпечується цифровим задавальником інтенсивності SJZ.
Далі цифровий сигнал задання N΄зш ЦАП UZV перетворюється в аналоговий сигнал задання швидкості Uзш і подається в аналоговий регулятор швидкості AR.
Одночасно число N΄зш у керованому розділювачі частоти А1 визначає частоту проходження імпульсів задання швидкості fз, які отримуються з імпульсів еталонної частоти fе, що задаються високостабільним кварцевим генератором Gf.
Імпульси задання з частотою fз надходять у цифровий інтегратор (ЦІ) AJZ, який є інтегруючою частиною РШ і на який також подаються імпульси ЗЗ по швидкості, які надходять з імпульсного датчика швидкості BRZ із частотою fш, пропорційною поточній швидкості двигуна.
ЦІ складається з трьох основних вузлів:
Вузла розподілу імпульсів задання і ЗЗ в часі (ВРІ);

Реверсивного лічильника (РЛ);
ЦАП (рис.2.21,а).

ємність лічильника.

надходять послідовно імпульси fз і fш. РЛ рахує кількість імпульсів

fз і fш. При цьому:
якщо fш = fз, тобто швидкість двигуна дорівнює заданій, – лічильник на виході числа не змінює;
якщо fш < fз ( швидкість двигуна нижче від заданої ) – лічильник розрахує число fз = fз – fш, що підвищить на виході ЦАП цифрового інтегратора напругу Uці, яка є інтегруючою складовою розузгодження РШ, і відповідно напругу Uзш та швидкість двигуна;
якщо fш > fз (швидкість двигуна вище від заданої) – лічильник розрахує число fз=fш–fз, що знизить на виході ЦІ значення Uці, а потім Uзш і швидкість двигуна.
Таким чином, лічильник забезпечує інтегрування розузгодження між імпульсами задання і ЗЗ, які проходять із частотами fз і fш, які в ЦАП ЦІ перетворюються в аналоговий сигнал інтегральної складової розузгодження Uці, величина якої пропорційна числу, записаному в лічильнику.
Далі сигнал Uці, що поєднується з Uзш в AR, забезпечує підвищення або зниження швидкості двигуна.
Робота ЦІ ілюструється на рис.2.21,б, де приведена його перехідна функція Uці(t) при постійній частоті вхідного сигналу fвх.. Як видно, сигнал на виході ЦІ збільшується дискретно на дискрету q = Uці max / N, де N – цифрова ємність лічильника ЦІ, при надходженні кожного вхідного імпульсу з періодом їх проходження Твх = 1/ fвх. При великих значеннях та високій частоті вхідних імпульсів перехідна функція ЦІ практично перетворюється в пряму лінію.
Вихідну напругу ЦІ і її полярність знаходять інтегралом різниці вхідних частот (задання і ЗЗ):

(2.25)
Якщо е – Твхр розкласти в природний ряд і першими членами розкладу, то
обмежити двома е – Твхр = 1 – Твх·р; (2.26)
тоді Uці·Тці·р = Твх, (2.27)
де Тці = Твх / q – постійна часу інтегратора.

(2.23)

або Uці = q1·Δφ, (2.24)
де q1 = q / 2π;
Δφ – різниця фаз послідовності імпульсів вхідних частот.
Перехідна функція в дискретній формі описується рівнянням

системи можна проводити за структурною схемою системи, наведеною на рис.2.22,а,

яка складається на основі математичного опису процесів, що мають місце в усіх ланках системи (рівняння записані в операторній формі за Карсоном–Хевісайдом):

Для цифрового задатчика інтенсивності
N΄зш = Nзш / (Тзі·р), (2.28)
де Тзі – постійна часу задатчика інтенсивності.
Для ЦАП
Uзш = k1·N΄зш, (2.29)
де k1 – коефіцієнт передачі перетворювача.
Для керованого підсилювача частоти
fз = fе(р)· N΄зш, (2.30)
де fе – частота проходження імпульсів еталонного генератора частоти.
Для числового інтегратора
суматор fз(р) – fш(р) = fз – k1·Ω = Δf(р), (2.31)
де k1 = fш / Ω – коефіцієнт ЗЗ за частотою проходження імпульсів ЗЗ;
інтегратор Uці = Δf(p) / (Tці·р). (2.32)
Оскільки аналогова частина системи налаштована на технічний оптимум, її диференційне рівняння має вигляд
Uзш – Uці = {4·Тμр·[2·Тμр·(Тμр + 1) + 1] + 1}·kш·Ω. (2.33)

частини та цифрового інтегратора дорівнює:
(2.34)
де Трш =

(kш / k1)·Тці – постійна часу регулятора швидкості.
Передавальна функція РШ, яка має вигляд (2.34), показує, шо ЦА така ж, як аналогова система з ПІ-регулятором швидкості. При їх ідентичності необхідно прийняти, що Трш = 4·Тμ, тобто
Трш = (kш / k1)·Тці = 4·Тμ. (2.35)
Звідси можливо знайти необхідні параметри цифрового інтегратора:
Тці = (k1 / kш)·4·Тμ. (2.36)
Із (2.36) знаходяться дискретність ЦІ q і цифрова ємність лічильника ЦІ.
Подібність передавальної функції РШ у ЦА і аналоговій системах указує на те, що перехідні процеси в ЦА подібні до перехідних процесів в аналоговій системі з такими ж параметрами. Але присутністю цифрової частини система забезпечує більшу точність регулювання швидкості, ніж в аналоговій системі.