Системы управления исполнительного уровня

Управление движением исполнительного двигателя требует одновременного регулирования нескольких координат. Так для системы электропривода – регулирование момента (тока), скорости и положения. По отношению к общей задаче управления функциональным движением регулирование отдельных координат представляет собой частные задачи.

По принципу работы локальные системы автоматического регулирования координат различают на:

- разомкнутые, в которых сигнал задания преобразуется и подается на силовой преобразователь и исполнительный двигатель без учета результата этого воздействия (рис. 4.2, а);

- замкнутые, учитывающие через обратные связи результат воздействия (рис. 4.2, б, в).

Замкнутые системы бывают с параллельными обратными связями, с подчиненным регулированием координат и комбинированные системы управления.

Рис. 4.2. К пояснению принципа работы локальных систем

автоматического регулирования координат

В мехатронных модулях применение находят замкнутые системы регулирования. Наиболее простой из замкнутых систем является система с параллельными обратными связями (рис. 4.2, б). В такой системе сигнал с единственного регулятора преобразуется силовым преобразователем и подается на исполнительный двигатель (объект регулирования) с координатами Y_i. На входе регулятора сигнал задания U_з сравнивается с сигналами обратной связи U_oi, несущими информацию о реальном состоянии регулируемых координат.

Недостатком подобных систем регулирования является взаимное влияние координат системы на качество регулирования и, в первую очередь, на качество переходных процессов регулируемых координат. Этот недостаток исключен в системах с подчиненным регулированием координат, схема которой приведена на рис. 4.2, б.

Система с подчиненным регулированием координат состоит из контуров регулирования, число которых равно числу координат исполнительного двигателя, каждый внутренний контур которой управляется от внешнего контура (подчинен внешнему контуру). Каждый контур строится по принципу регулирования по отклонению, имеет последовательно включенный регулятор и замыкается отрицательной обратной связью по регулируемой координате. Настройку контура (выбор структуры регулятора) обычно осуществляют так, чтобы получить оптимальный переходный процесс, т.е. такой процесс, при котором время нарастания регулируемой величины до установившегося значения было бы минимальным при допустимом перерегулировании.

На рис. 4.3 приведен пример переходного процесса координат электропривода с электродвигателем постоянного тока – тока якоря i_я и скорости вращения ω. При подаче напряжения на якорь двигателя первоначально в его цепи происходит нарастание тока. Следствием взаимодействия этого тока с магнитным потоком и является вращение двигателя. Именно поэтому ток якоря изменяется быстрее скорости.

Существуют и другие принципы построения систем автоматического регулирования, например, на основе нечетких регуляторов, построенных на принципах фаззи-логики (fuzzy-logic). Такие системы имеют возможность исключить колебания регулируемой координаты вокруг положения равновесия (см. рис. 4.3). Подробное изложение работы подобных систем можно найти в специализированной литературе.