Влияние обратных связей на динамические свойства приводов

Введение обратных связей оказывает существенное влияние не только на статические характеристики, но и на протекание переходных процессов в приводах. На переходные процессы влияние оказывают как жесткие, так и гибкие обратные связи. Введение рассмотренных жестких обратных связей приводит к изменению в переходных процессах управляющего напряжения на входе преобразователя.
На рис. 8.21,а, б приведены функции Uy=f(со) и Uy= ==/(/) для систем, охваченных отрицательной обратной связью по скорости и положительной обратной связью по току якоря. Следует иметь в виду, что зависимости вида рис. 8.21 существуют в установившемся и переходных режимах, в то время как изменения скорости и тока якоря в функции времени в переходных процессах могут проходить по сложным законам. Это означает, что напряжение на входе преобразователя UY, а следовательно, и ЭДС преобразователя также изменяются в переходном режиме. Закон изменения в функции времени зависит как от физических свойств элементов системы привода — наличия инерционностей, нелинейностей и других особенностей, так и от законов изменения текущих переменных, по которым выполнены обратные связи.
Из рис. 8.21 следует, что при отрицательной обратной связи по скорости начальный период пуска двигателей происходит при подаче на вход системы привода повышенного сигнала щ>ЙщЯ что приводит к форсированию переходных процессов. При положительной обратной связи по току в начальный период пуска, когда идет процесс нарастания тока, а следовательно, и напряжения управления му, начальный период пуска двигателя в замкнутой системе протекает при пониженных значениях ЭДС преобразователя и будет несколько затянут.
Если рассматривать переходные процессы в системе привода как реакцию на независимое воздействие Щ то следует иметь в виду, что охват ее обратной связью приводит к изменению структуры систему [7]. Действительно, система с передаточной функцией№(р) (рис. 8.22), охваченная обратной связью с передаточной функцией №0|С(р), будет иметь передаточную функцию числом инерционности в системе, включая возможные инерционности обратных связей. Охват системы обратными связями, содержащими инерционности, изменит порядок характеристического уравнения, т. е. число корней и их значение. Безынерционные обратные связи влияют не на число корней характеристического уравнения, а на их значения, определяющие характер переходного процесса.
На рис. 8.23 приведены структурные схемы систем с различными жесткими обратными связями. Структурные схе-272
Знак « + » в знаменателе соответствует отрицательной обратной связи, знак «—» — положительной. В любом случае порядок характеристического уравнения будет определимы двигателя представлены в соответствии с рис. 5.16. Для рассмотрения основных особенностей представленных структур привода в динамике предполагается, что все звенья, входящие в схемы рис. 8.23, линейны.
Из (8.24) следует, что характеристическое уравнение вида (5.39) не претерпело никаких изменений. В связи с тем что в якорную цепь систем преобразователь — двигатель дополнительные резисторы не включаются, корни характеристического уравнения оказываются комплексными сопряженными вида (5.41). Графики переходного процесса пуска двигателя на холостом ходу имеют вид, показанный на рис. 8.23,а. Применение отрицательной обратной связи по напряжению изменяет коэффициент усиления системы k3=knkal (1 +kukn) при входном воздействии и3.
Передаточную функцию системы, замкнутой отрицательной обратной связью по скорости, можно получить из рис. 8.23,6
Анализ (8.25) показывает, что введение отрицательной обратной связи по скорости изменяет коэффициент усиления системы и снижает механическую постоянную времени в ИЩщЖд раз, что согласно (5.40) повышает склонность системы к колебательному характеру переходных процессов. Вследствие больших сигналов на входе преобразователя в начале процесса пуска происходит форсированное протекание переходного процесса, в результате чего скорость идеального холостого хода достигается ранее спадания тока до нуля, т. е. в индуктивности якоря еще сохраняется запас электромагнитной энергии, идущей на дальнейшее повышение скорости. Процесс достижения установившихся значений скорости и тока является колебательным. Графики переходных процессов пуска двигателя на холостом ходу представлены на рис. 8.23,6.
Для систем второго порядка с характеристическими уравнениями вида (5.39) снижение коэффициента перед первой производной (степень р) означает снижение показателя затухания переходных процессов в случае, что означает, что в системе будет иметь место незатухающий колебательный процесс. Если же kjkп>1, то показатель затухания системы будет а>0, т. е. процесс будет расходящийся, неустойчивый. Все сказанное соответствует и полученным характеристикам системы в статике (см. рис. 8.17), где большим значениям kjkn соответствует положительная жесткость характеристик, не обеспечивающая устойчивой работы приводов.
Графики переходных процессов пуска системы с положительной обратной связью по току для случая l>kiknIRa приведены на рис. 8.23,е.
Рассмотренные обратные связи оказывают существенное влияние на свойства электроприводов, приводя к желаемым результатам в статических режимах —повышению жесткости характеристик двигателей, и к нежелаемому повышению склонности систем к колебаниям в динамике. Для получения требуемых показателей динамических режимов работы приводов без влияния на их статические электромеханические свойства используются гибкие обратные связи, действующие только в переходных процессах.