电动执行器惰走对调节系统的影响及处理措施

发布时间:2011-04-18  点击数:2465

    电动执行器在运行过程中常会出现由于材料的磨损而导致动失灵、惰走增大的现象。在连续调节系统里,为了克服这一现象就须对电机制动提出更高的要求。但如果将伺服放大器改为具有比例积分作用的继续调节器就能方便的解决这一问题。

一、电动执行器在随动比例调节系统中的运行情况

    随动比例调节系统的原理框图如下:

    在静态条件下 Q=KI

    式中 K为比例系数

    比例调节系统、比例系数越大,调节作用越强、过程波动越大、不易稳定,执行器的惰走量越大,所允许的比例系数越小。伺服放大器的不灵敏区一般调整在±150μA。

    随动系统的工作过程如下:伺服放大器将输入信号Ii和来自位置发送器的反馈信号If相比较。当|Ii-If|>150μA时,偏差信号径伺服放大器放大后,推动可控硅导通,两相伺服电机转动改变调节阀的位置。阀门位置变化的大小,又经位置发送器按比例地转换成相应的反馈电流If,反馈到伺服放大器的输入端: 当|Ii-If|<150μA时,电机停止转动。当执行器的电机制动可靠时,其惰走引起的反馈电流小于150μA,系统稳定无振荡:随着制动部分材料的磨损,电机的惰走量不断增大,在调整过程中,惰走使阀门位置的变化增大。当|Ii-If|>150μA后,执行器会产生振荡,惰走越大,振幅越大,使放大倍数降低伺服放大器的不灵敏区也难以消除。系统产生振荡后,不仅使整个调节系统的调节品质下降,而且还会增大执行器,阀门等部分的磨损,引起电机发热,可控硅等元件损坏,降低自控的可靠性。

二、将伺服放大器改为具有比例积分作用的连续调节器

    断续调节器原理图如图2:

    断续调节器的传递函数为:

   

    式中KP:比例增益
        T1:积分时间

    此种调节器具有比例积分调节作用,有两种工况:

    设:U为三位触发器的返回电压
        Ufmax为最大反馈电压

    1、在Ui-Umax>U的情况下,触发器被触发后,不能形成脉冲,调节器输出连续信号,执行器连续转动。

    2、在Ui-Umax<U的情况下,触发器被触发后,电容器充电形成的反馈电压Uf,能使触发器返回到输出为零。调节器形成脉冲输出,执行器步进动作,整机呈现比例积分调节规律。

    如果将电动伺服放大器改为具有比例积分作用的断续调节器,则可消除电动执行器的惰走对调节系统的影响。组成的原理图如图3。

    工作过程:

    调节器的输出电流Ii和阀位反馈电流If,经磁放器比较和放大后产生偏差电压Uf。当Ui-Ufmax>U,即当调节器的输出电流突变较大时,触发器被触发后产生的反馈电压,不能使调节器形成脉冲,执行器全速转动,使If和Ii的差值减小,其调节特性与图1所示的由电动伺服放大器组成的随动比例调节系统的特性完全相同。随着伺服电机的转动,If不断增大,Ii与If差值逐渐减少;当Ui-Ufmax<U时,调节器开始形成脉冲输出,推动执行器步进行动作,随着|Ii-If|的减小,脉冲的宽度减小,脉冲的间隔加长,直至|Ii-If|<150μA时,调节器停止输出,执行器稳定不动。这种特性可使连续调节器输出电流变化较大时,执行器连续全速转动,当阀位反馈电流If快要接近Ii时,执行器步进动作,即走走停停。当转动到|Ii-If|<150μA时,伺服电机失电停转,阀门稳定在与调节器输出电流相对应的位置上,脉冲工况的起点决定于反馈电压Ufmax的大小。Ufmax的值应选择在|Ii-If|稍大于150μA时,才进入脉动工况,这样,可使阀门最后靠1~3个脉冲信号稳定地到达相对应的位置,且又不影响调节速度。执行器很短时间的转动产生的惰走。所引起的阀位电流变化,远小于150μA,不会引起反向转动。脉冲的宽度和间隔,可根据电动执行器惰走量来调整比例增益Kp和积分时间T1,将电动伺服放大器改成具有比例积分作用的断续调节器后,使普通的电动机执行器在接受DDZ-I、Ⅱ型调节器连续信号时,即有连续动作的特性,又有步进动作的断续特性。试验证明,这一特性能完全克服执行器惰走的影响。

三、新型电动伺服放大器

    新型电动伺服放大器的主要技术参数,与老式的电动伺服放大器基本相同,所不同的是将比例特性的放大器,改成了具有比例积分特性的断续调节器。新型电动伺服放大器主要由隔离输入器、3位触发器、比例积分反馈回路和可控硅过零通断开关等部分组成,其原理框图见图4。

    隔离放大器是采用放大倍数为1的调制器。在输入信号为零时,输出也为零,可消除零的影响和去掉调零、碱少制造和使用上的麻烦。

    3位触发器由极性转换开关和单极性触发器组成, 触发器灵敏度高,不需设置前置放大器、输入阻抗高,可加阻尼环节。阻尼时间的长短,可根据调节器输出信号中脉动分量的大小和频率来调整。增加阻尼环节后,可提高系统的抗干扰能力,减少执行器的动作次数。极性转换开关可将正负极的偏差信号,变成一个极性的信号触发单极性的触发器,使3位触发器正负极性的触发特性完全一致,保证执行器正反向的调节速度相同。

    控制伺服电机启动和停止的可控硅,采用过零触发和关断的方式,线路简单,导通和关断稳定可靠,电机的启停对电网无污染。

    新型电动伺服放大器形成脉冲输出的原理,见图5。

    当Ui-Ufmax<U时,新型电动机伺服放大器进入脉动土况,形成脉冲输出。假定初始状态反馈电容器上的电压为零,即Uf为零。当输入电压U1≥U时,触发器被触发,触发器和输出电压对电容器开始充电,Uf由零向增大的方向变化,可控硅导通,偏差电压Uε=Ui-Uf。经过时间t1,当Uε随着U的增大而减小到触发器的返回电压U时,触发器输出为零,可控硅被关断,电容器开始放电Uf随着时间常数τ下降,Uε逐渐增大,经过时间t2,Ur等于触发器的触发电压U时,触发器重新触发。如此循环就能形成了脉冲输出,可控硅控制电机步进动作,输出的脉冲幅值不变,其宽度和频率随着Ui的大小变化。根据电容器上的电压U=U(1-e)作出的曲线,可以看出,随着电容器两端电压U的升高,充电电流逐渐减小,充电速度由快变慢。又根据公式U=Ue作出的曲线可知,随着电容器上电压的降低.放电电流逐渐减小,放电速度由快变慢。在Ui较小时,电容器充电速度快,放电速度慢。因此,Ui越小,输出的脉冲越窄、频率越低。如图5所示;在Uf较大时。电容器充电速度慢,放大速度快,因此,Ui越大,输出的脉冲越宽,频率越高。放大器的这一特点,能使消除偏差的调节迅速稳定,而且不易过调。

    新型电动伺服放大器由集成电路等元件组成, 整机能耗小性能稳定、工作可靠。