Анализ регулятора скорости замкнутой следящей системы двигатель постоянного тока — тиристорный преобразователь

В статье рассматриваются следящая система управления электропривода постоянного тока СФЭС. В структурной схеме следящей системе управления приводится регулятор скорости с переменной структурой в среде MATLAB и приводятся графики переходных процессов скорости и угла поворота исполнительного вала системы.

Ключевые слова: следящие электроприводы, гелиоустановка, солнечная фотоэлектрическая станция, система управления.

The article discusses the servo control system of a DC drive SFAS. In the block diagram of servo control system provides speed control with variable structure in the MATLAB environment and provides graphs of transient speed and angle of the executive shaft system

Keywords: The watching electric drives, a solar power plant, solar photo-electric station, a control system.

Повышение точности слежения и качества переходных процессов скорости и угла исполнительного вала двигателя постоянного тока солнечной фотоэлектрической станции (СФЭС) существенно зависит от регулятора скорости следящей системы. [1]. Структурная схема системы управления следящего электропривода постоянного тока солнечной фотоэлектрической станции [2] представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема следящего электропривода солнечной фотоэлектрической станции

Как видно из рисунка 1, следящий электропривод солнечной фотоэлектрической станции состоит: из двигателя постоянного тока независимого возбуждения, представленный двумя звеньями (интегрирующим и инерционным эвеном), охваченные отрицательной обратной связью, тиристорного преобразователя с передаточным коэффициентом корректирующего звена (ПИД регулятор) и нелинейного звена, моделирующего люфт редуктора. Исследования переходных процессов следящего электропривода постоянного тока солнечной фотоэлектрической станции (СФЭС) показали [3], что система не вполне отвечает качественным характеристикам динамики следящего электропривода. В связи с этим предлагается новая структурная схема тиристорного следящего электропривода постоянного тока c нелинейным корректирующим устройством в среде MATLAB, которая приведена на рисунке 2. Выбранное нелинейное корректирующее устройство [4] аналогично звену с переменной структурой. В связи с этим систему управления следящего электропривода постоянного тока можно рассматривать как систему с переменной структурой.

Нелинейное корректирующее устройство придает системе свойство самонастройки по величине ошибки, возникающей в системе в процессе управления [4]. Однако, для улучшения качества процесса управления и точности отработки входного сигнала системы управления, регулятор скорости, представленный нелинейным корректирующим звеном (рисунок 2) можно преобразовать следующим образом. Вывести из нелинейного корректирующего звена (регулятор скорости) звено абсолютной величины переменной , а вместо функции знака sign(x) ввести релейное звено и вместо множительного звена ввести звено суммирования. В этом случае оптимизированная структурная схема системы управления с переменной структурой следящего электропривода постоянного тока солнечной фотоэлектрической станции (СФЭС), с параметрами двигателя постоянного тока (таблица 1), приобретает следующею структуру (рисунок 3).

Таблица 1

Параметрами двигателя постоянного тока

Рис. 3. Оптимизированная структурная схема системы управления с переменной структурой СФЭС

На рисунке 4 приведены графики переходных процессов скорости и угла поворота исполнительного вала двигателя.

Рис. 4. Графики переходных процессов скорости и угла поворота исполнительного вала системы

Структурная схема следящего электропривода постоянного тока СФЭС (рисунок 3) более удобна для получения линеаризованной структурной схемы и передаточной функции системы. Линеаризованная структурная схема следящего электропривода (СЭП) представлена на рисунке 5. Отметим, что линеаризация осуществлялась для нелинейного звена с зоной нечувствительности (звено моделирующее люфт редуктора) согласно [5] и нелинейного звена регулятора скорости (реле).

На рисунке 6 приведены графики переходных процессов скорости и угла поворота вала ротора двигателя постоянного тока, полученные на основе структурной схемы линеаризованной системы управления СЭП СФЭС в среде MATLAB

Рис. 6. Графики переходных процессов скорости и угла поворота исполнительного вала системы

Как видно из рисунка 6, переходные процессы скорости и угла поворота вала двигателя аналогичны по качественным характеристикам переходных процессов, представленные на рисунке 4. Полученная структурная схема модели следящего электропривода солнечной фотоэлектрической станции (рисунок 5) является оптимизированной системой с линеаризованным регулятором скорости.

Выводы

Разработана структурная схема линеаризованной системы управления следящего электропривода постоянного тока СФЭС.

Переходные процессы скорости и угла поворота исполнительного вала системы без линеаризации и с линеаризацией системы управления идентичны.

Литература:

1. Сорокин Г. А. Электроприводы энергетических гелиоустановок без концентрации энергии. Автореферат кандидатской диссертации.-М.:МЭИ.2005–23с.
2. Овсянников Е. М. Электропривод энергетической гелиоустановки. Электропривод энергетической гелиоустановки. — М.: Привод и управление. 2000.№ 2.-С.4–9.
3. Терехов В. М. Овсянников Е. М. Цаценкин В. К., Малоредукторный следящий электропривод для систем наведения,-М.: МЭИ,2000.С.46–58.
4. Попов Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. — М.: Наука, 1988.
5. Теория автоматического управления. Ч. II. Под ред. А. В. Нетушила. — М.:«Высшая школа», 1972.