Структурные схемы и операторные передаточные САУ

Структурная схема САУ предназначена для:

- определения главнойпередаточной функции разомкнутой системы и расчёта логарифмических частотных характеристик системы (ЛЧХ);

- расчёта динамическиххарактеристик (переходных функций) выходной переменной i _я(t) замкнутой системы при ступенчатом изменении возмущающего воздействия на систему.

Структурная схема контура регулирования тока тяговых электродвигателейсоставлена по уравнениям (3), (10), (11), (14), (16), (17), (18), содержащим операторные передаточные функции динамических звеньев системы автоматического управления.

Структурная схема контура регулирования тока ТЭД САУ с ПИ-регулятором приведена на рис.8. Задающим воздействием в структурной схеме проектируемой САУ является изменение уставкитока , возмущающим воздействием – изменение уровнянапряжения контактной сети .

Эквивалентные звенья объекта регулирования ТЭД передают задающее ∆ I _уст(p) и возмущающее U _кс(p) воздействия на выходную переменную ∆ I _я(p) объекта регулирования.

Рис.8. Структурная схема контура регулирования тока ТЭД.

.

Контур главной обратной связи структурной схемы САУ содержит передаточную функцию регулятора , усилительное звено фазорегулятора K _фр, усилительное звено ВИПс звеном запаздывания фазового управления тиристорными плечами K _в и апериодическое звено 1-го порядка датчика тока с звеном запаздывания цифровой обработки сигналов .

Главная передаточная функция разомкнутой системы контура регулирования тока ТЭД с эквивалентным звеном суммарного запаздывания (τ=τ_дт+τ_р) цифровой обработки сигналов МПСУ имеет следующий вид:

- для САУ с ПИ- регулятором:

.           (19)

.

Общий коэффициент усиления  САУ по контуру регулирования тока ТЭД определяется следующей формулой:

              , [1/с:].         (20)

3.2. Коэффициенты усиления САУ и регулятора РТЯ

Расчет общего коэффициента усиления САУ и коэффициента усиления регулятора  РТЯ тока тяговых электродвигателей произведен на основании логарифмических амплитудно-частотной (ЛАЧХ) и фазо-частотной (ЛФЧХ) характеристик разомкнутой САУ.

Длительностьпереходногопроцесса в замкнутой САУ является величиной обратнойчастотесреза ЛАЧХ разомкнутой системы. Поэтому параметры настройки регулятора выбираются таким образом, чтобы реализовать возможно больший коэффициент усиления системы при достаточно высокой частоте среза ω_ср ЛАЧХ. Эквивалентное звенозапаздывания МПСУ вносит ограничение для выбора величины частоты среза ЛАЧХ, так как оно увеличивает фазовый угол логарифмической фазо-частотной характеристики (ЛФЧХ), снижая запасы устойчивости, и ухудшает качество регулирования САУ.

Уравнение ординаты ЛАЧХ для частоты среза ω_ср при соотношении постоянных времени T _вх> T _пр> T _р> T _дт и частоте среза <ω_ср<  имеет следующий вид:

;

Из решения уравнения общий коэффициент усиления системы K ₀ определятся следующим выражением:

                  , [1/с],               (21)

Частота среза ЛАЧХ рассчитана по формуле:

.

Принимая во внимание, что суммарная величина запаздывания цифровой обработки сигналов управления тиристорными плечами ВИП в микропроцессорной системе управления при α_р =90⁰ составляет τ=0,015с, величина частоты среза не должна превышать для САУ ПИ-регулятороми ω_ср≤30 (1/с). Увеличение фазового угла ЛФЧХ САУ звеньями запаздывания на (25…45) град. для указанной частоты среза ЛАЧХ можно считать допустимым по условиям обеспечения необходимых запасов устойчивости по фазе и удовлетворительного качества регулирования.

Выбор постояннойвремени регулятора T _рпроизведен на основании рассчитанной ранее приведенной постоянной времени T _пр эквивалентного колебательного звена 2-го порядка цепи ТЭД и постоянной времени датчика тока T _дт. Постоянная времени интегрирующего канала ПИ-регулятора принята T _р = T _пр.

Коэффициент усиления пропорционального канала регулятора определяется следующей формулой:

        .              [1/А].         

Коэффициент усиления интегрального канала регулятора определяется следующей формулой:

        [1/А].