В процессе управления электроприводом регулируемая коорди­ната должна наилучшим образом воспроизводить изменения пред­писанного значения. Однако при этом часто оказывается необходи­мым ограничить пределы изменений одной нли нескольких проме­жуточных координат (например, ток двигателя, его скорость при отработке перемещения и т. п.). С этой целью одноконтурная си­стема дополняется обратными связями по этим координатам, всту­пающими в работу, когда контролируемая координата стремится превысить предельно допустимое значение.

На рис. 1-13, а показана такая связь, предназначенная для ограничения мвыт1 в системе с объектом в виде апериодического н иитегрирующего звеньев. Во всех режимах, когда ивых 1<С U0cpt система работает как одноконтурная. При ивых1 > Uorp дополни­тельная обратная связь замыкается. Если предположить, что ее передаточный коэффициент, определяемый наклоном рабочей части нелинейной характеристики, настолько велик, что действием глав­ной обратной связи можно пренебречь по сравнению с действием дополнительной связи, система перейдет в режим, когда входной сигнал Uy будет определять значение «вых1. Недостатком такого

способа ограничения является то, что при регз'ляторе Р1 с переда­точной функцией W? (р), выбранной из условия настройки одно­контурной системы, должна обеспечиваться удовлетворительная дниамнка и прн действии обеих обратных связен. Это приводит обычно к необходимости уменьшить коэффициент передачи допол - нителыюй обратной связи, что сопровождается ухудшением каче­ства ограничения промежуточной переменной.

Иногда применяется схема с независимым регулированием координат (рис, 1-13, б). Когда промежуточная переменвая ивьп1 стремится превысить предельно допустимое значение, логическое переключающее устройство (ЛПУ) переключает ключ К. Коитур регулирования выходной переменной ивш размыкается, а контур регулирования «выхt с регулятором Р2 замыкается. Система пере­ходит в режим поддержания постоянства промежуточной коорди­наты, значение которой будет определяться значением входного сигнала {/огр. В качестве величины, на которую реагирует ЛПУ (на схеме ие показано), может использоваться разность иу — и0 с. Когда в переходном процессе она уменьшится до определенного зна­чения, ЛПУ снова замкнет главный контур, разомкнув коитур ре­гулирования промежуточной координаты. Поскольку оба контура никогда не работают совместно, передаточные функции регулято­ров Wpt (р) и Wp2 (р) могут быть выбраны из условия оптимальной настройки соответствующих контуров.

Недостатком схемы является ее усложнение за счет введения ЛПУ. Это особенно ощутимо, если ограничение должно быть нало­жено на несколько промежуточных координат.

Наибольшее распространение имеют в настоящее время системы, построенные по принципу подчиненного регулирования, который поясняется рис. 1-13, в. В системе предусмотрены два контура регулирования со своими регуляторами Р1 н Р2У причем выходное напряжение регулятора внешнего контура нр2 является предписан­ным значением для внутреннего контура. Выходное напряжение регулятора Р2 ограничено предельным значением 6р20гр - Поскольку «РЫх1 задается выходным напряжением Р2, оио ие может превы­сить значения U?2огр.

Применяя в рассматриваемой схеме ЯЯ-регулятор, можно реа­лизовать стандартную настройку внутреннего контура, быстродей­ствие которого будет определяться его малой постоянной времени Тц1. При настройке на ОМ передаточная функция замкнутого контура в соответствии с (1-7) получится в виде

и{Р} 27^4-27^+1 *

В контуре может быть не одна, а несколько малых постоянных времени. Тогда г,* будет представлять собой суммарную малую постоянную времени контура, а приведенная передаточная функ­ция 1Г, з(р) будет описывать замкнутый контур приближенно.

Передаточную функцию

W,«(p) Wu(p)^K. ct

можно теперь рассматривать как передаточную функцию неизме­няемой части нового, внешнего контура, замкнутого через собствен­ный регулятор P2t с передаточной функцией Wp* (р). Рассматривая замкнутый внутренний контур Wl3 (р) как звено с эквивалентной малой постоянной времени, параметры регулятора нужно выбирать так, чтобы исключить влияние на динамику внешнего контура эквивалентной постоянной времени П.. При расчете параметров регулятора внешнего контура внутренний замкнутый контур в со­ответствии с изложенным выше можно заменить апериодическим звеном с постоянной времени

При настройке внутреннего контура на ОМ принимают Т1й = = Если во внешнем контуре есть свои малые постоянные

времени, то 79 входит в состав суммарной малой постоянной вре­мени. Если звенья с малыми постоянными времени включены в цепи обратных связей и значения этих постоянных времени действи­тельно малы, практически можно не выделять их из других постоян­ных времени.

Рассмотренный внешний контур может, в свою очередь, высту­пать как внутренний по отношению к третьему контуру и т. д. Такой принцип построения системы называется принципом подчи­ненного регулирования, так как работа каждого внутреннего кон­тура подчинена внешнему контуру.

Два главных достоинства определяют широкое распространение систем подчиненного регулирования.

1. Простота расчета н настройки. Система разбивается иа ряд контуров. Каждый контур включает в себя регулятор, за счет придания которому определенных динамических свойств полу­чаются стандартные характеристики. Настройка в процессе наладки системы ведется начиная с внутреннего контура. Поскольку регу­лятор имеет простую передаточную функцию, а качество настройки может быть легко оценено по результатам сравнения реакции кон­тура на скачок управляющего воздействия со стандартной переход­ной характеристикой, наладка системы оказывается простой.

2. Удобство ограничения предельных значений промежуточных координат системы. Поскольку выходной сигнал регулятора внеш­него контура является предписанным значением для внутреннего контура, ограничение выходной координаты внутреннего контура достигается за счет ограничения определенным значением выход­ного сигнала регулятора внешнего контура.

Вместе с тем из принципа построения системы подчиненного регулирования очевидно, что быстродействие каждого внешнего контура будет ниже быстродействия соответствующего внутреннего контура. Действительно, если в первом контуре частота среза ЛАЧХ составит шср1 — 1/(27^), то, даже при отсутствии во внешнем контуре других звеньев с малыми ПОСТОЯННЫМИ, Кроме Wl3 (р), частота среза его ЛАЧХ будет <оср2 = = 1/(2Ти) = 1/(47^). Для третьего контура при тех же условиях «ср3 = 1/(87;) н т. д.

На самом деле в каждом из контуров могут быть и свои собственные малые постоянные времени, вследствие чего частоты их среза будут еще ниже. Поэтому системы подчиненного регулирования редко строятся с числом контуров больше трех.