![]() |
3. Электрические цепи о двигателями постоянного тока
На рис. 10 изображены схема широтно-импульсного управления двигателем и диаграммы напряжения на якоре Uя и тока якоря iя при переключении транзисторов ![]() Рис. 10 Средний ток в якоре ![]()
где ![]()
где cд - конструктивный коэффициент; ![]() Пользуясь уравнениями (10), (11), (12) и (30), получаем описание движения i-го привода робота: ![]()
Однополярным импульсным напряжениям на якоре (рис. 10) соответствуют диаграммы управляющих напряжений ![]() Рис. 11 Механическая характеристика привода ![]() С учетом (32) из выражений (10), (11), (12) получаем ![]()
Механические характеристики, построенные по формуле (29) (биполярные импульсы ![]() Рис. 12 Если внутреннее сопротивление источника питания с напряжением Un (рис.10) соизмеримо с rя, то требуется уточнение характеристик (29), (32) и моментов Mк. Это необходимо при использовании электромашинного генератора с параллельно включенной аккумуляторной батареей, что может встретиться на передвижных объектах. ![]() Рис. 13 Учтем электромагнитную инерцию цепи якоря в системе уравнений ![]()
Здесь первое уравнение соответствует уравнениям (6), (7), (8); ![]()
Для случая биполярных импульсов Из-за пульсаций момента Мд имеют место пульсации скорости вращения Ωд, которые можно определить следующим образом [7]: ![]()
где
Для уменьшения пульсаций ![]()
где ![]() Рис. 14
На рис. 14 изображена схема силового каскада на составных транзисторах и логическая часть, обеспечивающая однополярность . импульсов напряжения ![]() Рис. 15
Схема тиристорного каскада с широтно-импульсным управлением показана на рис. 15. Запирание тиристоров производится в результате действия дросселей насыщения ДН1 и ДН2. В открытом состоянии Т4 периодически коммутируются Т1 и Т2 (Т3 заперт), двигатель вращается вперед. Движение в обратную сторону обеспечивается коммутацией Т3, Т4 при закрытом Т1 и отпертом Т2. Импульсы напряжения к управляющим электродам тиристоров могут поступать от логической схемы, модулирующей их длительность, через оптронные пары. В процессе коммутации схемы рабочая точка ДН1 или ДН2, выходит на вертикальный участок петли кривой намагничивания сердечника, где магнитная проницаемость увеличивается в сотни или тысячи раз по сравнению с проницаемостью в области насыщения, имеющей место в остальное время. Обмотки управления ДН1, ДН2. питаются от отдельного источника тока. В момент отпирания тиристора Т5ДН1 выходит из насыщения, конденсатор С перезаряжается по контуру ![]() Рис. 16 Рассмотрим тиристорные схемы, выпрямляющие переменное напряжение питающего источника, на примере однофазных двухполупериодных выпрямителей. На рис. 16 показаны силовая и логическая части привода с раздельным управлением двух групп тиристоров. Каждый тиристор с усилителем может представлять собой оптронную пару. Через U0 обозначено напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора Трс между точками 1,2; Uy - сигнал управления, представленный двоичным числом, имеющим n разрядов; UГ - импульсы от генератора постоянной частоты. Привод вращается вперед, если сигнал Uр = 1, и назад при Uр = 0. В первом случае отпираются в свои полупериоды напряжения Uс тиристоры Т2, Т4, во втором - T1, Т3. В управляющих электродах тиристоров суммируются токи, создаваемые усилителем, соединенным с выходом логической схемы, и блоком фиксированных импульсов (БФИ). Эти импульсы отпирают тиристоры всегда с постоянным электрическим углом, близким к π, уменьшая при реверсе привода необходимую выдержку времени между выключением первой группы и включением второй. Датчик максимального тока якоря Dт работает как релейная схема, запрещающая управление при недопустимо большом токе iя. При U0>0 на выходе реле Р появляется булева единица, при U0<0 - булев нуль. Во время перехода от единицы к нулю, и наоборот, появляется импульс, устанавливающий счетчик в нуль. Последующее заполнение счетчика импульсами Uг приводит к тому, что при совпадении записываемого числа и числа Uy появляется ток, отпирающий соответствующий тиристор. На схеме не показана электрическая цепь задержанной связи по току iя. Среднее значение напряжения выпрямителя в режиме непрерывного тока iя есть ![]()
где ![]()
где
Момент короткого замыкания ![]() Подставим (38) в уравнение движения i-го привода робота (исходя из (10)-(12)): ![]() Для привода с линейным двигателем ![]()
где С учетом электромагнитной энерции якорной цепи вид дифференциального уравнения движения i-го привода становится аналогичным уравнению (34): ![]()
В области прерывистого тока якоря ![]()
где ω - угловая частота анодного напряжения; После интегрирования получаем выражение для среднего значения тока якоря ![]()
где
Оно может быть использовано для расчета механических характеристик привода, если известно
Все величины, необходимые для построения ![]() Рис. 17
Обратимся теперь к расчетной механической схеме на рис. 9 д со скручивающимся валом привода i-й степени свободы робота, имея в виду управление двигателя от тиристорного выпрямителя. Ограничимся областью непрерывного тока ![]() ![]()
где ![]()
Опустим в (45) индекс i, подставив ![]() Механическая характеристика двигателя ![]() ![]()
находим из (44), подставив ![]()
Раскрыв ![]()
Отсюда следует, что порядок дифференциального уравнения движения звена рабочего органа увеличивается на два по сравнению с выражением (39), где не учитывалось скручивание вала. Косинусоидальная зависимость выпрямленного напряжения от β вносит новую нелинейность. Переход привода в режим прерывистого тока якоря и наличие токоограничивающей обратной связи, а также условие
Если задана траектория движения каждого звена рабочего органа, то по ![]() Рис. 18
На рис. 18 изображена схема с согласованным управлением групп тиристоров ![]()
где β - угол регулирования выпрямительной группы; ρ - угол опережения инверторной группы; ΔU - падение напряжения на тиристоре;
В схеме на рис. 18 отсутствует постоянная составляющая уравнительного тока, протекающего между группами тиристоров, переменная же составляющая может достигать значительной величины без ограничивающего сопротивления. С целью ее ограничения в схему включены дроссели др1 и др2. Управление группами производится при условии, что ток якоря ![]()
На рис. 19 показаны схемы с двигателями последовательного возбуждения, применение которых целесообразно для установившихся гармонических движений приводов, что следуем из построения их нагрузочных характеристик [4]. Использование двухобмоточного двигателя дает возможность применять выпрямители, работающие на нагрузку со средней точкой. В такой схеме (рис.19а ) исключается возможность появления уравнительных токов. Протеканию тока в обмотке OB1 соответствует движение привода вперед, в обмотке OB2 - назад. Шунтирование цепи нагрузки обратными диодами повышает эффективность схемы. В схеме на рис. 19 б якорь двигателя импульсным способом шунтируется тиристорами T3, T4, что обеспечивает дополнительный ток в обмотке возбуждения OB1 и повышает жесткость механических характеристик в области малых токов якоря ![]() Рис. 19
После шунтирования якоря ток в цепи OB1 увеличивается, а ток якоря, падает. В момент t = π/ω основной тиристор ![]()
где ![]()
Исключив ![]() Тогда уравнение относительно угла αi одного из приводов робота получает вид ![]() Приводам робота требуется несколько выпрямительных схем. Возможна разработка схемы с одним выпрямителем, управляющим одновременно движениями всех звеньев. Но для каждого двигателя в схему добавляются свои шунтирующие и отделительные тиристоры, углы отпирания которых регулируются независимо. |
![]()
|
|||
![]() |
|||||
© ROBOTICSLIB.RU, 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник: http://roboticslib.ru/ 'Робототехника' |