Способ стабилизации частоты вращения электродвигателя

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

mO Н 02 Р 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ )!3.

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС"3 ВУ (21 ) 3001149/24-07 (22) 04.11.80 (46) 07.11.83. Бюл, )е 41 (72) М.(0. Бородин, A.Ä. Гильдебранд, P.A. Кулесский и В.П. Мазунин (7i,) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова (53) 62-83:621.314..5(088.8) (56) 1. Гарнов В.К., Рабинович В.Б., Вишневецкий Л.М.. УнифиЦированные сис-. темы автоуправления электроприводом в металлургии. М., ".Металлургия", 1977, с. 65-81.

2. Фншбейн В.Г. Расчет системы . подчиненного регулирования вентильно-..

-го электропривода постоянного тока.

М., "Энергия", 1972, с. 32-41.

3. Патент ФРГ 9 2316264, кл. Н 02 Р 5/16, опублик. 5.04.79. .(54)(57)..СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ

BPAtgEHHH ЭЛЕКТРОДВИГАТБЛЯ, согласно которому .определяют величину сигна . ла ошибки по частоте вращения и изменяют величину задания момента элект- . родвигателя путем изменения коэффициента )передачи регулятора частоты вращения в функции упомянутой ошибки, при этом начальное значение коэффициента передачи и постоянной времени регулятора устанавливают в соответст- вии с допустимой величиной флуктуа-.. ций тока, вызванных помехами в сйгна-. ле ошибки, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности стабилизации при наличий помех в c)))(гнале ошибки, дополннтельнО определяют величину момента нагрузки и изменяют коэффициент передачи регуля- тора . при изменении момента нагруз- . ки, а постоянную времени регуляторапри изменении момента нагрузки и - величины ошибки по частоте вращения таким образом, что прй увеличении момента нагрузки и величины,(ошибки, коэффициент передачи увеличи„.SU„„1 053248 A веют, а постоянную времени уменьша- . ют, причем значения постоянной времени и коэффициента передачи для каждых двух значений .момента нагрузки и,ошибки по частоте вращения вычисляют как корни квадратного уравнения ((tm1 "(tm-„))Т", " (Т(Т,,)-Т(А,))

) и- ) ((„,)- ()-Т(А„. )(А -Е g)».

47

4(пт-2)(m щ-g) 2 (фтп () фщ Д"

"(-- -)+((.)- «..))- ", ° э ф()- (ез 2)-Y(0)(t - )), причем С

u+(t, -о;

,((,)-, (Т(А,)-"(t.,))tèà(tà); еп 1

Y(t }= " 6 (о(з1пем1 нисозaut 1; в 2 2 m- е) (ЕМ) @ --А)А ))А -М )В, ФАБРЕ +

-ЫФ

+2а(L08 соз up t где -tn — номер ступеньки значений де 2, 3, 4, ° ot

Фэ- значение,Ф, удовлетворяющее требуемой форме,йереходного процесса по ошибке;

С - .моменты времени изменения

m параметра;

О - управляющее воздействие;

Ч, Z - функции переменных.

1053248

20, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке регуляторов скорости электроприводов широкого применения, работающих в режиме стабилизации частоты вращения. 5

Известны способы регулирования частоты вращения (1 1, использующие сигнал ошибки по регулируемой координате, причем управляющее воздействие для.подчиненной системы форми» руется по принципиально-интегральному ПИ вЂ” закону от ошибки регулирования. Передаточная функция регулятора имеет, вид

Р 1 . !5

"®= . « о+,"

Вь Р

P где — параметр настройки регулятора; f коэффициент передачи;

2 Г--1/Д i - постоянная времени, Известно, что параметр настройки определяет качественные характеристики системы регулирования частоты вращения, в том числе, динамическую точность стабилизации частоты вращения при резкопеременной нагрузке на валу приводного двигателя и уровень флуктуаций тока и частоты вра- 30 щения, 2 ).

Однако для современного электропривода является типичной ситуация работы последнего в условиях помех.

Влияние помех ограничивает минималь- 35 ное допустимое значение параметра. настройки регулятора С а следова-. тельно, предельную динамическую точность системы.

Наиболее близким к изобретению яв-40 ляется способ стабилизации частоты вращения электродвигателя, согласно которому определяют величину сигна ла ошибки по частоте вращения и изменяют величину задания момента электродвигателя путем изменения коэффициента .передачи регулятора частоты вращения в функции упомянутой ошибки, при этом начальное значение коэффициента передачи и постоянной времени регулятора устанавли- 50 вают в соответствии с допустимой величиной флуктуаций тока, вызванных помехами в сигнале ошибки. Способ может быть использован для стаби лизации частоты вращения 52 3. 55 . Однако принятый для сйособа принцип изменения лишь коэффициента передачи (в рамках пропорционального регулятора интегральная составляю щая отсутствует ), приводит к появле- 60 нию дополнительных (свободных )переходных.процессов при переключении на пропорционально-интегральную структуру (и наоборот, существенно ухудшающих качество стабилизации. В условиях переменности момента нагрузки и неизбежных погрешностей в выборе момента переключения невозможно устранить свободные состав.ляющие процесса без изменения постоянной времени в функции сигнала ошибки и момента нагрузки. Таким образом, недостаток является следствием переменности структуры регулятора.

Кроме того, при переменной, в том числе резкопеременной, нагрузке изме

/нение коэффициента передачи лишь в функции ошибки по частоте вращейия малоэффективно, так как позволяет

Обеспечить удовлетворительное качество лишь для определенного, значения нагрузки, для которого произведена настройка регулятора. При других значениях нагрузки динамическая точность стабилизации частоты вращения снижается., Закономерность в выборе значений коэффициента передачи при его ступенчатом изменении рассчитана лишь на случай изменения структуры регулятора. Эта закономерность не используется в том случае, если при переключениях структура остается неизменной, соответствующей ПИ-закону стабилизации, так как в этом случае переходный процесс является функцией не одного, а двух параметров. Тем самым в рамках способа невозможно использование принципа постоянной структуры, который может .позволить достичь более высоких показателей стабилизации.

Целью изобретения является повыше» ние точности стабилизации частоты вращения при наличии помех в сигнале ошибки;

Цель достигается тем, что согласно способу стабилизации частоты вращения электродвигателя, согласно. которому определяют величину сигнала ошибки по частоте вращения и изменяют величину задания момента электродвигателя путем изменения. коэффициента передачи регулятора частоты вращения в функции упомянутой ошибки, при этом начальное значение коэффициента передачи и постоянной времени регулятора устанавливают в соответствии с допустимой величиной флуктуаций тока, вызванных помехамИ в сигнале ошибки, дополнительно определяют величину момента нагрузки и изменяют коэффициент передачи регулятора при изменении момента нагрузки, а постоянную времени регулятора — при изменении момента нагрузки и величины ошибки по частоте вращения таким образом, что при увеличении момента .нагрузки и величины ошибки коэффициент передачи увеличивают, а постоянную времени, уменьшают, причем значения постоянной времени и коэффициента передачи для каждых двух значений момента

1053248<и ur — заданное и фактическое

32 значения частоты вращения", U — управляющее воздействие на объект управления;

m - момент статической нагруэс

КИ« значение параметра наст-

1 ройки регулятора; „....E„- уровни, при достижении которых ошибкой Я по частоте вращения происходит переключение параметра настройки регулятора; адрес параметра настройки, у ток двигателя; баев среднеквадратичное значечение флуктуаций тока.

Устройство работает следующим образом.

Очередное значение параметров настройки с двух выходов устройства

3 памяти задается на входы делителей 6 и 7, определяя величины коэффициента передачи и постоянной времени регулятора. Выбор значений пара,метров настройки для каждого уровня срабатывания Е., Kg хранящихся в блоке 5, осуществляет логическое устройство 4 по величине ошибки, задаваемой с выхода устройства 8 сравнения, по величине момента нагрузки с выхода измерителя 9 и по величине среднеквадратичного з значения флуктуаций тока с .выхода блока 10. Набор заранее рассчитанных значений параметров настройки по приведенной ниже формуле, учитывающей уровень помех2 момент нагрузки и желаемое качество процесса стабилизации, хранится в устройстве памяти 3.

Система стабилизации,частоты вра, щения построена по принципу подчиненного регулирования переменных и содер,жит пропорционально-интегральный. регулятор частоты вращения с передаточной функцией уравнения

15

30

° где . m — номер ступеньки значений

=2, 3, 4 ...у аС ж -требуемые параметры аппроксимации переходного процес,са по ошибке си ст ему: значение, удовлетворяющее требуемой форме пере- . ходного процесса по ошибке;

t — моменты изменения параметра;

0 — управляющее воздействием

Y,2 — функции переменных.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, на фиг. 2 — диаг-.. рамма отработки ошибки по частоте вращения, возникающей при изменении момента нагрузки.

Устройство содержит интегратор 1, объект 2 управления, устройство 3 памяти, хранящее значение параметра

»., логическое устройство 4 для

1 выбора адреса 2 параметра 2.:;2 устрой-55 ство 5 памяти хранящее значение уров ней переключения )»„ ... Я„, делительные устройства в контуре измене-. .ния коэффициента 6 передачи и посто-янной 7 времени, устройство 8 срав- 40 нения заданного ы и фактического

22 значений частоты вращения, измеритель 9 момента нагрузки, измери " тель 10 среднеквадратичного значения флуктуаций тока. нагрузки и юшибки по частоте вращения вычисляют как корни квадратного — z{t I-z(t 4- У(Ф „){t t,)»m+

+ («(2{С,П J- « {С22, „Я 2 „„л+,— (Y(tm„)-Y{t22I 1Ц+

+ .2 (2(«(2(2, -2l «(2т-21(2,.«-2т-«l)

» 222-1

4(2п -2((т т-2(2 ((«l (Л "" -1 (2.2.-1) Ь I.«(2m2I) 2(Z((Э („„г y(a)(t,„ tm-г2) ри

U {t,)=о;

;(t, = — ", t(,v(Д+

4Е2

tTl 1 .,,(г 1 !

-оИ

Y(t =-,,e (ain t .

g Л222

+Ц2СОЭШ,„); г 2 ц )= " (+г3е. 2 +

m =((.г, г)г ш

-с6Ь

+222(ц е " созыв

< " (82 22 с ) Р+"

2 (О) ТЕ и« где (Е, 2«« — параметр настройки ре-гулятора, зависящий от входного сигнала ошибки Е и момента. нагрузки (и(;.К=1 2»(Я m J — коэффициент переда:чи; T(i2 m ) — постоянная времени.

При этом оба параметра регулятора и Т зависят от одного параметра настройки.

В процессе отработки ошибки по частоте вращения, возникающей при изменении момента нагрузки.приводного двигателя,(фиг. 2), параметр Г ступенчато изменяется, причем величина Г зависит от величины ошиб, ки E . На фиг. 2 количество ступеней для примера задано равным 4.

1053248

U (to)=О гпс2,3,4,„. где

50

Начальное значение параметра

Ф = "й.г на интервале;(1 р 1 (4 - оо) (фиг. 2)- устанавливают, исходя из допустимой степени влияния помех на величину (блок 10, фиг. 1). При достижении ошибкой Е 5 определенной величины .ф„ параметр принимает значение Г

° г» Ф»

2 г 2

Дальнейшее увеличение ошибки сопровож.дается соответствующим уменьшением 40 величины c ° при уменьшении ошибки

Ю восстанавливается значение Vü =.Т., также. через ряд промежуточных значе-3 . Ф

Определение значений параметра а 2, "$ + ... производят следующим образом..

Задаются значением параметра ь Гз, характеризующим желаемую динамйческую точность системы, причем Cу =сопэ .Ошибка Е (4) в желаемой системе стабилизации скорости с настройкой c tc является

9 эталонной кривой, по которой. далее определяется настройка регулятора с переменными параметрами;

Кривая . 6 (t), соответствующая определенной величине m,,аппроксимируется в виде функции,.

6 ()=е е1ъшт., 30 где а(, щ - параметры:аппроксимации.i

При изменении пгс изменяется Ез() и соответственно необходимо выбирать

; другие значения (и ш . . 35

Значения параметра г. {ггг =2, 3, 4. .. ° }: определяются по квадратичному уравнению :(являются корнями параболы }

„2 + . +С=о в=хд4..., .

Коэффициенты которого а ", Ь „,с для каждого участка постоянства па-;

РаметРа „о вычислЯютсЯ ло соотноше- 45 ниям

«

"-=-,",(. «)- (- )-ч(--„)(-- -,)1;, Ъе У(Фщ) .У(Фв1) „, — ч(ч „(-ч(ь (1 (z(t „!

"ггг-1

z(tm 2) у(ф -2НФ „Ф )+О (4 )х

«.-.«Z)+ ", fV(. Ä)- (.,))

"(в е-1)" <, l (.)" („, 2g, «(z(„)-z(t z)- ()(„-e. z)3

"(-.)=,.„. ((-)- (. Z))+<.(< ) и,- г 65

-оИ

«(t )*--г — -6 Х8иис +

Ы +MZ щ

+ шсоз цг г(4„,) — ((tt -и le ир|еи +

Z 2 о(пг. е

+2о(ше созггг1 е параметр настройки Регу лятора, cooTBeTGTByIolqHlt желаемой точности стабилизациир

Ф „„. — моменты времени измерения параметра (ггг= 2, 3,.

4, ...). формулы используются при вычисле нии дпя блока .3 набора значений параметра ь г настройки(т = 2, 3, 4 ... ), соответствующих различным моментам нагрузки, уровням помех и уровням переключений. При проектировании регулятора т „, момента времени в формулах ойределяются по эталонной кривой и наперед заданным уровням ошибки 6 Е 2, Ез, при которых производят переключения (фиг. 2 ) .

Установлено, что 4-5 уровней

Е, Е 2 ..... переключений обеспечивают приемлемое для широкого круга промышленных электроприводов качество процесса.

Маким:образом, исходными величинами для настройки регуляторов час1тоты вращения являются параметр,Фз эталонной настройки регулятора, параметры о(, ш эталонной кривой

ОШИбКИ Еу {41. И УРОВНИ ф.1 у 62 °

Я ..., c,а также параметр переключения настройки регулятора для устано,вившегося режима ..При этом однозначно известны значения переменного парамет( ра г", настройки (е=. 2, 3,... ).

Пдложительный эффект, достигаемый способом, обусловлЕн тем, что способ использует принцип постоянной структуры, при этом изменяются оба параметра регулятораг коэффициент передачи и постоянная времени. Это позволяет уменьшить. влияние погреш- ности в определении параметров электропривода, а также исключает появление неконтролируеьых:(свободных ) составляющих переходного процесса. Способ учитывает непостоянство мо.мента нагрузки, что позволяет обеспечить высокие динамические характЬ7

1053248 ристики во всем интервале нагрузок, и реальный, порядок дифференциального уравнения, описывающего систему ста- билизации частоты вращения, так как эталонная кривая может быть снята с реальйого объекта или его математичесМой моделм

Основной технико-экономический эффект способа стабилизации частоть

;вращения заключается в повышении ди-. намической точности поддержания заданной частоты вращения при резкопеременной нагрузке на валу приводного двигателя.

1053248 аг16 tJ 4

8pw

Заказ 889 7/54 Тифаж 687 Подписное

BHHHlIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

9 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уя. Проектная, 4

Составитель В. Кузнецова

Редактор И. Шулла Техред С;Мигунова Корректор 0. Тигор,