Анализ динамических характеристик элементов электромеханических систем регулирования

Обзор литературы по системам автоматического регулирования позволяет выделить основные группы объектов, для которых является актуальным экспериментальное определение динамических характеристик. При этом необходимо учесть, что параметры электромеханических устройств, применяемых в системах электромеханического регулирования имеют очень широкий спектр динамических характеристик и входных/выходных сигналов. При выборе основной группы электромеханических элементов, экспериментальные характеристики которых должны определяться с помощью разрабатываемого устройства идентификации динамических характеристик, были приняты следующие ограничения:

-     рассматриваются только аналоговые электромеханические элементы, для которых существует понятие передаточной функции в форме частотной передаточной функции [3];

-     рассматриваются элементы, входными параметрами которых являются ток и/или напряжение в полосе частот, соответствующей рабочим частотам системы или элемента (для элементов, работающих на несущей частоте в качестве входного сигнала может приниматься лишь амплитуда напряжения или тока несущей частоты);

-рассматриваются элементы, выходными параметрами которых являются механические величины (усилие, перемещение и скорость для элементов линейного движения и момент, угол поворота и угловая скорость для элементов роторного движения);

 -в качестве основных динамических характеристик элемента принимаем значения характерных постоянных времени линеаризованных передаточных функций элемента;

-диапазоны изменения электрических и механических параметров элементов, предполагаемых к анализу, будут уточнены в дальнейшем

- Элементы исполнительных подсистем [21,33,34].

а) Электродвигатели и их рабочие (производственные) механизмы [43], в том числе:

-постоянного тока (с управлением по цепи якоря или обмотки возбуждения);

-переменного тока: -асинхронные (однофазные, двухфазные, трехфазные)

-коллекторные;

 -синхронные (шаговые);

б) Электромагниты:

-нейтральные (силовые, исполнительные);

-поляризованные;

-магнитоэлектрические преобразователи (линейные и угловые);

в) Электростатические и пьезоэлектрические преобразователи

Преобразователи этих типов имеют особые динамические и рабочие характеристики и в настоящее время применяются, в основном, либо как высокочастотные акустические преобразователи, либо как датчики механических величин, поэтому в настоящем разделе они не рассматриваются,

г)    Электрогидравлические силовые устройства (гидроцилиндры и гидромоторы с электрическим управлением) [6,12].

Собственно электрогидравлические устройства не относятся к электромеханическим системам автоматического регулирования (САР), однако по своим динамическим характеристикам исполнительные элементы таких систем являются практически аналогичными электромеханическим САР и имеют те же входные и выходные сигналы (входной сигнал - электрический ток или напряжение, выходной сигнал- перемещение, усилие или угол поворота). Поэтому разрабатываемое устройство, пригодное для определения динамических характеристик электромеханических САР, будет полностью пригодно для тех же измерений в электрогидравлических САР.

д) Усилительные устройства.

В соответствии с классификацией подсистем [33] такие устройства следует отнести к устройствам исполнительной подсистемы. Такие устройства включают в себя полупроводниковые тиристорные и транзисторные усилители, магнитные усилители, а также редко применяемые сейчас электромашинные усилители [5,29,34].

Однако следует принять во внимание, что в этих устройствах не происходит преобразования электромагнитной энергии в механическую (кроме электромашинных преобразователей), поэтому эти устройства не обладают спецификой электромеханического элемента и не являются собственно исполнительным механизмом.

В этой связи в проводимом анализе не рассматриваются полупроводниковые усилители мощности, как имеющие характерные постоянные времени много меньше, чем в электромеханических органах. Представляется целесообразным включение в анализ группы исполнительных устройств только магнитных усилителей, поскольку в настоящее время устройства такого рода широко применяются в судовых системах регулирования, а также в системах регулирования возбуждения синхронных генераторов различной мощности, а также в стабилизированных выпрямительных установках средней мощности (до десятков киловатт) [5,31,32,33].