Исследование на аналоговой вычислительной машине замкнутой системы автоматического регулирования, содержащей ионный преобразователь Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 162

1967

ИССЛЕДОВАНИЕ НА АНАЛОГОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЙ ИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

В. А. КОЧЕГУРОВ, А. А. ТЕРЕЩЕНКО

(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института ядерной

физики)

В технике 'ядерных исследований широко используются генераторы импульсных токов с емкостными накопителями энергии. Работа такого генератора основана на сравнительно медленном заряде накопительных конденсаторов от управляемого выпрямителя с последующим быстрым разрядом на нагрузку. С точки зрения эксперимента предъявляются требования к стабильности предразрядного напряжения на накопительных конденсаторах.

Рис. 1.

»

Нами разработана система стабилизации напряжения с автоматическим регулированием зарядного тока. Блок-схема такого регулятора представлена на рис. 1. Накопительная конденсаторная батарея заря жается от мощного управляемого тиратроиного выпрямителя, собранного по трехфазной мостовой схеме. Для ограничения тока во вторичные обмотки анодного трансформатора включены индуктивности

Выпрямитель управляется быстродействующей системой сеточного управления. Управляющим элементом является усилитель 8, сигналы

7. Заказ 5931

97

с выхода которого поступают на систему сеточного управления 10 через катодный повторитель 9. Измерительными элементами тока и напряжения являются датчики 1 и 2, включенные в цепь нагрузки. Напряжения с датчиков, пропорциональные соответственно току заряда и напряжению на накопителе, сравниваются с опорными напряжениями 3, 4, и их разности поступают через корректирующие звенья 5, 6 на вход дискриминатора 7. С выхода дискриминатора сигнал рассогласования поступает на вход усилителя 8.

Стабилизатор с регулятором зарядного тока работает следующим образом. При полном или частичном разряде конденсаторной батареи возникает сигнал рассогласования по напряжению, открывается выпрямитель h появляется ток в зарядной цени. В это время вступает в работу автоматический регулятор тока, стремящийся удержать ток на заданном' уровне. Когда сигнал рассогласования по напряжению окажется равным опорному, выпрямитель запирается, тем самым обеспечивается стабилизация напряжения на накопителе.

Аналитический расчет оптимальной настройки этой системы оказывается довольно сложным, если не принять определенных упрощающих предположений о влиянии тех или иных факторов на работу системы. Для выполнения этого этапа работы нами применена аналоговая вычислительная техника. При исследовании на АВМ такой замкнутой системы регулирования легко можно ввести в схем'у добавочные связи и корректирующие звенья, учесть влияние различных вредных воздействий на систему, менять значения параметров обратных связей и т. д.

Запишем уравнения элементов блок-схемы, приведенной на рис. 1. Уравнения трехфазного мостового выпрямителя и нагрузки запишутся [1]:

ех = Lp (¿х + /б) + гтр (¿х + ¿6) ГвА + uBt;

е2 = Lp (¿2 + h) + гтр ih + h) + >V2 + иВ|;

ез = Lp{ + h) + rTp (¿4 + /3) + гВз ¿3 + uBl;

e{ = Lp (ix + /6) + rTp A + ¿6) + ГвА) +

e% = Lp (t2 + /5) + rTp (i2 + i5) rQhib + йВа = Lp (¿3 + /4) + rTp (¿3 + ¿4) + ГвА + «В/,

4 ~Ь h h — ¿4 ¿5 —

uc = — J in dt\

uBl + иВз = aB= /(a, ¿H),

где L — индуктивность одной ветви преобразования, включающая индуктивность рассеяния L фазы трансформатора и дополнительную Lg; гТр — активное сопротивление трансформатора; гв — сопротивление вентиля; ¿у —токи фаз; ¿н — ток нагрузки; и «в8 —напряжение анодной и катодной групп;

Т =----электромагнитная постоянная времени;

Г тр

а —угол регулирования вентиля; С —емкость конденсаторного накопителя; iic — напряжение на накопителе. Запишем уравнения, описывающие работу регулятора. Напряжения

обратных связей по току нагрузки и напряжению на накопителе имеет вид:

Ы-ц = КуИс*

где К\ и к2 — коэффициенты пропорциональности между током и напряжением нагрузки и напряжениями на выходе датчиков 1 и 2. Сигналы рассогласований по току и напряжению запишутся:

А щ = и01 — Щ\ кии = иои — иа; где иоа и и01 — опорные напряжения.

Коррекция осуществляется пассивными фазоопережающими ЯС - цепочками, уравнения которых запишутся для регулятора тока:

Дu?i = к3 ^ kiii + buidt^ ,

для регулятора напряжения

Дйа'=к4

где к* и /с4—коэффициенты усиления цепей коррекции, Т\ и Г2 — постоянные времени цепей коррекции. Напряжение выхода усилителя выразится:

иу = к (Д«'| + Дя'Д где к— коэффициент усиления.

Уравнение системы сеточного управления имеет вид:

»-ЯМ*-*)!.

где =--а — угол, отсчитываемый от начала синусоиды;

2

х — постоянная запаздывания цепи сеточного управления. По приведенным уравнениям составлена блок-схема модели, представленная на рис. 2*).

Расчет параметров модели замкнутой системы следует вести на основании зависимостей:

- MtMe. Kl _ МГГ,р . MtR* .

Kl2 — - — , К[---- , /св = —— 5

MiL L L

Mt М2 ь к7\ =-; ос

Ь-к\\ Ь * 2 • С * к91 • К\2*Щ\

Т1 =Ж^14С|4; Т2 - М^!зС|з; * = МД1ЬСхъ где М1 — масштаб времени;

Ме = — масштаб напряжения; е \

^а.ф — амплитуда фазного напряжения вторичной обмотки анодного трансформатора; е'\—амплитуда фазного напряжения генератора низкочастотных синусоидальных колебаний; „ ___ Ма <х2С

м% — —-—масштаб тока;

тг

кр — коэффициенты передачи решающих усилителей.

*) Решение задачи на модели выполнил студент ТПИ Шатов А. А.

« ^ U «Л £ '

* : <g СЪ ^

На модели проведен анализ динамических режимов системы стабилизации. Подобраны параметры корректирующих звеньев, которые обеспечшают устойчивую работу регулятора при различных воздействиях, которые могут возникать в процессе работы. Установлено влияние отдельных параметров и структуры схемы на характер переходных процессов.

На рис. 3 приведена осциллограмма переходного процесса при

Tt = 0,012сек, Т2 — 0,0135 сек, «с = 0,015 сек, а на рис.4 при Т, = 0,038 сек, Т2 = 0,01 сек, «с - 0,004 сек.

Рис. 3

Качество автоматической системы, удовлетворяющее условию устойчивости, оценивалось по методу, предложенному в литерату-ре [3, 4].

*

Рис. 4

*

Разработанная электронная модель системы автоматического регулирования, содержащая ионный преобразователь, позволяет исследовать качество системы с достаточной для инженерных расчетов точностью.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. А. Ко че гуров, А. А. Терещенко. Применение аналоговых вычислительных машин для анализа электромагнитных процессов в трехфазных выпрямителях* Изв. ТПИ, 1966.

2 , Б. М. Г у т к и н. Ионный привод постоянного тока. Изд. «Энергия», 1965.

3. А. Л. Лебедев, В. А. К а р г б а н о в. Динамика системы упрвления беспилотными летательными аппаратами. Изд. Машиностроение, 1965.

4. И. Н. Пе ч о р и н. Расчет систем автоматического управления. Изд. Машгиз, 1962,