Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги

2. Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги

На основе вышеизложенного можно построить функциональную схему САР напряжение сварочной дуги (Рисунок 2.)

Используемые в схеме обозначения:

ЗУ – задающее устройство

СУ – сравнивающее устройство

УУ – усиливающее устройство

ИУ – исполнительное устройство

ОУ – объект управления

ИзУ – измерительное устройство.

Рисунок 2 - Функциональная схема САР напряжения сварочной дуги

 

3. Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги

Рисунок 3 - Сигнальный граф САР напряжения сварочной дуги

Для исследования САР необходимо уметь предсказать изменение во времени любой величины, действующей в системе, при заданной форме изменения той или иной входной величины – управляющего или возмущающего воздействия. Возможность такого предсказания дает математическая модель САР.

Вид математической модели САР (системы ее дифференциальных уравнений) зависит прежде всего от того, совместное изменение во времени каких переменных отражает данная модель и какова качественная структура взаимосвязи переменных. Структура взаимосвязи переменных в системе отражает сигнальный граф САР.

Сигнальный граф является направленным графом и как таковой представляет собой совокупность некоторого множества элементов (множество вершин) и некоторого множества упорядоченных пар этих элементов (множества направленных ребер). В сигнальном графе роль множества вершин играет множество сигналов в системе, совместное изменение которых во времени описывается данной математической моделью.

Ребра сигнального графа, входящие в некоторую вершину, указывают совокупность значений или законов измерения во времен каких сигналов полностью определяет значение или закон изменения во времени данного сигнала, соответствующего данной вершине.

Сигнальный граф полностью определяет структуру системы дифференциальных уравнений, входящих в математическую модель системы. Множество вершин сигнального графа задает множество переменных, совместное изменение которых описывается данной моделью. Из них вершины, имеющие хотя бы по одному входящему ребру, соответствуют переменным, функции измерения которых во времени являются решениями системы дифференциальных уравнений (выходам модели). Такие вершины называются внутренними вершинами сигнального графа. Число внутренних вершин равно общему числу уравнений в системе.

Вершины, имеющие только исходящие ребра и не имеющие входящих ребер, соответствуют переменным, через которые передается влияние внешней среды на поведение САУ, т.е. задающему и возмущающим воздействиям (входам модели). Такие вершины сигнального графа называются внешними.

Математическая модель САУ призвана прежде всего устанавливать зависимость изменения во времени управляемой величины (Q_n– в случае САР температуры печи) от изменения во времени внешних воздействий. Число внешних вершин сигнального графа модели равно числу внешних воздействий, поэтому их число является заданным.

Внешние вершины сигнального графа представляют собой следующие сигналы:

U_з [B] – сигнал задания;

U_с [B] – напряжение сети трансформатора (питание дуги);

 – угловая скорость вращения генератора;

U_в [B] – напряжение приложенное к обмотке возбуждения двигателя;

Х [м] – параметр, характеризующий положение ручки потенциометра Rp1.

В минимальном варианте сигнальный граф математической модели САР содержит только одну внутреннюю вершину, соответствующую управляемой переменной (напряжению дуги). Однако, обычно разработка математической модели САУ начинается с построения наиболее подробного сигнального графа, множество внутренних вершин которого включает в себя как можно больше промежуточных переменных. Затем производится исключение мнимых внутренних вершин с помощью специальных правил преобразования сигнальных графов.

Внутренние вершины сигнального графа представляют собой следующие сигналы:

U1- напряжение возникающее при перемещении ручки потенциометра Rр1.

I1- ток возникающий в обмотке возбуждения генератора (1), зависящий от значения величины напряжения U1.

Ф1- магнитный поток возникающий в обмотке возбуждения генератора (1), пропорционально току I1.

Ф*- суммарный магнитный поток, зависящий от значений магнитных потоков Ф1 и Ф2.

UR- напряжение вырабатываемое генератором.

Iдв- ток протикающий через обмотку якоря двигателя, пропорционально напряжению вырабатываемого на генераторе.

М – вращяющий момент двигателя, созданный взаимодействием Iдв и Фв.

Мс - момент сопротивления нагрузки на валу двигателя.

Ев- противо –ЭДС якоря возникающая в результате пересечения витков обмотки якоря при его вращении с магнитным потоком обусловленным обмоткой возбуждения двигателя.

Фв- магнитный поток создаваемый Iв, проходящим через обмотку возбуждения двигателя.

Iв- ток в обмотке возбуждения двигателя, вызываемый Uв

дв- угловая скорость ротора двигателя, зависящая от М дв.

Vn – скорость подачи электрода, зависящая от угловой скорости якоря двигателя и передаточного отношения редуктора.

L – зазор между подложкой и электродом.

Vс – скорость сгорания подложки.

Iд. - ток сварочной дуги.

Rд. – сопрротивление сварочной дуги.

I2 – ток, возникающий в обмотке возбуждения генератора (2), зависящий от величины напряжения Uдм.

Ф2 – магнитный поток, возникающий в обмотке возбуждения генератора (2), пропорциональный току I.

Uдм. – постоянное напряжение дуги на выходе выпрямительного моста.

Пояснение связей вершин в сигнальном графе (Рисунок 3) со ссылкой на соответствующие законы физики, электротехники и так далее будет дано в следующем пункте при непосредственных уравнений для данной САР.