Анализ влияния перекрестных связей в ВД.

Из структурной схемы ВД видно, что он отличается от двигателя постоянного тока наличием перекрестных связей по переменным состояния в уравнениях равновесия эдс на обмотках и добавочным слагаемым электромагнитного момента в уравнении равновесия моментов на валу ВД, обусловленного асимметрией магнитной системы ().

Количественное влияние перекрестных связей на динамические характеристики вентильного двигателя можно исследовать на модели, представленной на рисунке 4.

В модели (рис. 4) реализованы две модели: 1-ая модель ВД с перекрестными связями (верхняя модель), 2-ая модель ВД без перекрестных связей (нижняя модель), которая в точности повторяет модель ДПТ.

Переходные процессы по управлению и возмущению для двух значений напряжения на ВД 6 В и 600 В представлены рис. 5 и рис. 6.

Рис. 4. Модель ВД для оценки влияния перекрёстных связей. 

Рис. 5. Переходные процессы в «малом».

Рис. 6. Переходные процессы в «большом».

Влияние перекрестных связей при больших сигналах проявляется в "затягивании" переходного процесса по скорости при скачке управляющего сигнала и в значительном провале скорости при скачке возмущающего сигнала.. Перекрестные связи при нулевом значении напряжения  вызывают появление тока продольной составляющей . Ток продольной составляющей влияет на суммарный магнитный поток, что в наибольшей степени сказывается в реакции на скачок возмущающего сигнала (рис. 6).

Возрастание момента приводит к увеличению тока , что сказывается на увеличении суммарного потока в машине и, соответственно, на уменьшении скорости.

Следует заметить, что индуктивность статорных обмоток вентильных двигателей, как правило, достаточно мала, поэтому и влияние продольной составляющей на поток так же незначительно. Исключить влияние перекрестных связей, а равно и влияние противо эдс (составляющая , рис. 1) можно путем построения замкнутых токовых контуров. Поэтому рассмотрим вопросы построения замкнутых систем.

 Синтез регуляторов в двухконтурной синхронной скоростной мехатронной системе.

В синхронных системах с ВД обычно нельзя пренебречь постоянной времени силового регулятора, т.к. она сравнима с электромагнитной постоянной времени ВД, а иногда и превышает ее. В этом случае, как это подробно обсуждалось для систем постоянного тока, используется двухконтурный регулятор. При этом первый контур называется токовым, второй – скоростным.

Рассмотрим этот вопрос на примере построения скоростной системы с широтно-импульсным преобразователем и релейным регулятором в контуре тока.

В этом случае контур тока можно считать безынерционным, а силовой регулятор - источником тока. Тогда разомкнутый контур скорости описывается интегрирующим звеном с передаточной функцией

В этом случае рекомендуется использовать пропорциональный регулятор скорости:

, причём , где .

Из последнего соотношения следует, что постоянная времени  может принять любое малое наперёд заданное значение. После замыкания контура его передаточная функция определится из выражения:

Для обеспечения заданного диапазона регулирования скорости необходимо, чтобы контур скорости имел частоту среза равную:

, где  определяет из следующего соотношения:

, где – максимальное ускорение системы,  – максимальная ошибка системы. Данные параметры задаётся в техническом задании на разрабатываемую мехатронную систему.

Зададим максимальное ускорение системы , а максимальную ошибку  Зададимся показателем колебательности М = 1.1, тогда:

.

Модель системы и результаты моделирования показаны на рис. 8, 9.

Рис. 8. Структурная модель замкнутой скоростной системы.

Рис. 9. Результаты моделирования.