Во взрывоопасной обстановке или в тех случаях, когда уход за оборудованием затруднителен, следует избегать применения двигателей с коммутирующими щетками. Удобен серводвигатель переменного тока Однако для сохранения линейного соотношения между крутящим моментом и скоростью иногда к якорю добавляют сопротивление. Эффективность при этом уменьшится и может произойти перегрев. Мощность серводвигателей переменного тока чаще всего составляет от 3 до 2400 Вт.

В серводвигателях переменного тока без щеток фазный ротор заменен постоянными магнитами, создающими з шисимость скорости от крутящего момента, подобную соответствующей зависимости для двигателя постоянного тока. Диапазон мощности двигателей переменного тока без щеток составляет от 0 до 10 кВт.

Для управления серводвигателями выпускаются разнообразные регуляторы, как аналоговые, так и цифровые. Надежным и простым устройством является, например, линейный усилитель. Однако при ею использовании для управления мощными двигателями могут возникнуть трудности, обусловленные недостаточной эффективностью, что приводит к нежелательному перегреву. Для уменьшения этого прибегают к нелинейным устройствам управления, от тиристоров до устройств с широт-но-импульсной и частотной модуляцией, включающих транзисторы высокой мощности.

Количество и качество элементов обратной связи в сервосистемах определяется характером движения. Контроль за перемещением между двумя точками требует устройства обратной связи, обеспечнвающегб аналоговый или цифровой сигнал, несущий информацию о положении исполнительного механизма., Потенциометры или. сельсины обеспечивав ют аналоговый сигнал, а шифраторы углового положения - цифровой. Управление скоростью требует наличия датчика скорости типа аналого вого тахометра илн цифрового шифратора углового положения.

Общая передаточная функция представляет собой, как правило, сложное математическое выражение. Для обеспечения высокой точности и для того, чтобы двигатель как можно лучше выполнял входную команду, сигнал рассогласования должен приближаться к нулю. Другими словами, требуется высокий коэффициент усиления прямого контура. К сожалению, это создает такие трудности обеспечения стабильности, как перерегулирование и непрерывное искание.,

В идеальном случае надо, чтобы передаточная функция не зависела от изменений параметров регулятора, двигателя и нагрузки, но на практике этого достигнуть не удается. При проектировании (особенно цепей компенсации) следует обратить особое внимание на то, чтобы не допустить возникновения нестабильного режима или выхода из-под контроля при изменении параметров системы или рабочей точки.

Итак, управление движением с замкнутым контуром может обес-

печить системе высокую точность и чувствительность. Часто это может оказаться единственным возможным решением. Однако и с точки зрения аппаратных средств, и с точки зрения времени, затраченного на проектирование и анализ стабильности, такой метод обходится дороже.

П2.5.4. СИСТЕМЫ С РАЗОМКНУТЫМ КОНТУРОМ

Использование управления с разомкнутым контуром привлекает относительной простотой. Однако этот метод не всегда можно применять. Для его реализации требуются исполнительные механизмы, которые могут точно выполнять свои функции в пределах рабочего диапазона. Например, если управляемой переменной является скорость, можно использовать синхронные или шаговые двигатели. Какой именно тип предпочтительнее в конкретном случае, зависит от требований к скорости, крутящему моменту и мощности.

Следует рассмотреть возможность применения шагового двигателя при следующих требованиях:

крутящий момент - от граммов на сантиметр до нескольких килограммов на сантиметр;

мощность - не более 735,5 Вт;

скорость - от 0 до 3000 об/мин;

точность установки положения - 1-5 % от угла поворота двигателя на шаг.

Поскольку шаговый двигатель по характеру работы близок к циф ровым устройствам, он обладает многими достоинствами как исполнительный механизм систем управления движением. Среди них прямая совместимость с методами цифрового управления; в режиме разомкну-

Вбратная связь шифратора"

Входной, сигнал направления

Входной сигнал движения

Шифратор

Нагрузка

©Шаговый двигатель

Рнс П2 14 Система управления с замкнутым контуром, использующая обратную связь с шифратором положения к контроллеру на основе микропроцессора, сопрягаемому с главной ЭВМ: 1 - интерфейс главной ЭВМ; 2 - контроллер (на основе микропроцессора); S - логические схемы; 4 - управляющие устройства; 5 -ограничители тока и напряжения

того контура обеспечивается точное определение положения с некумулятивными погрешностями; управление положением и (нли) скоростью осуществляется с умеренной производительностью. При этом можно исключить другие преобразователи и компоненты, такие как тахометры, зубчатые передачи и шифраторы. Если необходимо повысить производительность управления, можно использовать замкнутый контур (в логическом смысле) (рис. П2.14), что потребует применения шифратора на оси двигателя.

Другими достоинствами шагового двигателя являются: простота и жесткость конструкции при наличии только двух подшипников; двунаправленное вращение и достаточно простое управление; возможность неоднократного останова н запуска двигателя без вреда для него самого и нагрузки.

П2.5.5. УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С РАЗОМКНУТЫМ КОНТУРОМ

На рис. П2.15 показана структурная схема системы управления шаговым двигателем с разомкнутым контуром. В такой системе выбор двигателя должен основываться на требованиях нагрузки и данных из-

Источник данных

Управляющие сигналы

Импульсы управления

Логическая

схема транслятора

Источник питания

Нагрузка

Силовые переключатели

Шаговый двигатель

Рис. П2.15. Система управления шаговым двигателем с разомкнутым

контуром

готовнтеля. Датчик преобразует информацию в соответствующие импульсы. В трансляторе импульсы преобразуются в сигналы управления двигателем. Мощность возбуждения для выбранных обмоток двигателя регулируется переключателями. Выходные сигналы транслятора усиливаются до уровня, достаточного для включения двигателя.

Необходимо рассмотреть такие параметры, как крутящий момент, скорость, ускорение и инерционность (сравнение возможностей различных типов шаговых двигателей приведено в табл. П2.2).

П2.5.6. ПРИМЕНЕНИЕ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В основном шаговые двигатели и их регуляторы применяются в металлообработке (резании и формовке металлов), при выполнении таких