Электропривод с упругой связью между электродвигателем и механизмом

 

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С УПРУГОЙ СВЯЗЬЮ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И МЕХАНИЗМОМ, соцержгиций электродвигатель и последовательно включенные регулятор частоты вргицения с псдключенным к его входу датчиком частоты вращения, корректирующее звено, регулятор тока якоря с подключенным к его вхсаду датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, подйлюченный к якоро электрсдвигателя, отличающийся тем, что, с целью улучшения компенсации упругик колебаний и повышения быстродействия , в него введены последовательно соединенные полосовой фильтр, чг.стоточувствительный блок, выпрямитель и первый широтно-импульсный модулятор, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор, интегрозапоминающий блок и в торой широтно-импульсный модулятор, при этом вход, полосового фильтра подключен к выхсщу датчика частоты вращения , а его выхоц вместе с выхсдом частоточувствительного блока подключен к вхсиам фазового дискриминатора , управляющие входы корректирующего звена соединены с выходами широтно-импульсных модуляторов, выход второго иэ которых подключен к управля1сщэ 1у входу частоточувствительного блока. . П 2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что интегрозапоминающий блок ссдержит последовательно соединенные ключевой элемент, свободный вывод которого является входом блока и интегратор, выход которого, являющийся выхсщом блока, через блок запсанинания и непосредственно соединен с вхсдами компаратора, выхсщ которого через второй ключевой элемент подключен к входу интегратора, при этом управляющие входы обоих ключевых элементов и блока запоминания соединены с выходом релейного элемента, вход которого соединен с входом блока.

СОК 3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5D Н 02 P 5 06

Г"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3369907/24-07 (22) 28.12. 81 (4.6) 07 . 01 . 84 ° Бюл . 9 l (72) А.Н.Капустин, Г.Ф.Михальчеиок и B.A.Íîâèêîâ (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.ульянова (Ленина) (53) 62-,83: 621.314. 5 (088.8) (56) 1. Шестаков Б.М, Иншаков Ю.М.

Синтез последовательной коррекцииs системах подчиненного регулирования электроприводов с упругими механическими пвредачами. Изв.высш.учеб. заведений. Энергетика, 1974, Р 3, с.39.

2 ° Авторское свидетельство СССР

В 693525, кл. Н 02 P 5/06, 1979. (54) (57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С УПРУГОИ

СВЯЭЫ0 МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И

МЕХАНИЭМОМ, содержащий электродвигатель и последовательно включенные регулятор частоты вращения с псдключенным к его входу датчиком частоты вращения, корректирующее звено, регулятор тока якоря с подключенные к его вхсду датчиком -тока якоря и регулируемый прЕобразователь, подключенный к якорю электродвигателя, о т л и ч а ю щ и. и с я тем, что, с целью улучшения компенсации упругис колебаний и повышения быстрсдействия, в него введены последовательйо соединенные полосовой фильтр, частоточувствительный блок, выпрямитель и первый широтно-импульсный модулятор, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор, интегрозапоминакщий блок и второй широтно-импульсный модулятор, при этом вход полосового фильтра подключен к выходу датчика частоты вращения, а его выход вместе с выхсдси частоточувствительного блока подключен к входам фазового дискриминатора, управлякщие входы корректирующего звена соединены с выходами широтно-импульсных модуляторов, выход второго из которых подключен к управлякщему входу частоточувст- Е вительного блока.

2. Электропривод по и. 1, о тличающийс я тем,чтоинтег- разапоминакщий блок содержит после- I довательно соединенные ключевой элемент, свобсщный вывсд которого является входом блока и интегратор, выход которого, являкщийся выходсм блока, через блок запоминания и непосредственно соединен с входами ксмпаратора, выход которого через второй ключевой элемент подключен к вхсду интегратора, при этом управлянщие входы обоих ключевых элементов и блока запоминания соединены с выходом релейного элемента, вход которого соединен с входом блока.

1066012

Изобретение относится к электро. технике и может быть использовано в электроприводах с упругой связью между электродвигателем и механизмом для уменьшения колебаний электромеханической системы.

Известно устройство для ксмпенса1.иии упругих колебаний в электроприводе с упругой связью между электродвигателем и механизмом, которое со- 1О держит последовательно включенные регулируемый преобразователь, питающий электродвигатель, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря, корректирующее звено и регулятор частоты вращения электродвигателя с подключен» ным к его входу датчиком частоты вращения, установленньи на валу электродвигателя. Компенсация влия« ния упругой связи на динамику систе- 20 мы осуществляется корректирующим звеном, представляющим собой остронастроенный фильтр с передаточной функцией, обратной передаточной функции обусловленной наличием упру- 25 гой связи. Устройство обладает воз- . можностью увеличения динамической точности и быстродействия системы при относительной простоте реализации «13. 30

Недостатком данного устройства является высокая чувствительность настройки корректирующего звена к нестабильности собственных парамет g$ ров и параметров электропривсда, обуславливающих возникновение упругого резонанса. Отклонение значений этих параметров в процессе эксплуатации электропрнвсда может привести к значительным колебаниям в системе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электропривсд с упругой связью между злектрсдвигателем и механизмом, ссдержащий электродвигатель и последовательно включенные регуг тор частоты вращения с подключенным к его вхсду датчикам частоты вращения, корректирукщее звено, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря и регулиРуемый преобразователь, подключенный к якорю электрсдвигателя. Электро= прнвсд ссдержнт также блок интегрирования, второй элемент сравнения, блок перемножения и блок определения амплитуды колебаний с двумя входами. Выход блока перемножения подключен к входам регулятора тока и частоты вращения, а два его 60 входа подключены к выходам первого элемента сравнения и блока определения амплитуды колебаний с двумя вхсдами, соединенными с выхсдами первого и второго элементов сравне- у ния, к двум входам последнего подключены выходы регулятора частоты вращения и блока интегрирования, 1 ход которого соединен с выходом ервого элемента сравнения. Блок определения амплитуды колебаний выполнен на двух блоках выделения модуля, трех нелинейных регуляторах с параболическими характеристиками и одном операционном усилителе. Первый и второй входы блока определения амплитуды колебаний являются входами первого и второго блоков выделения модуля, выходы последних соответственно через первый и второй нелинейные регуляторы подсоединены к входу операционного усилителя с включенным в его обратную связь третьим нелинейньм регулятором, выход операционного усилителя является выходом блока определения амплитуды колебаний $23.

Демпфирование колебаний электропривода осуществляется путем изменения управлякщего воздействия на систему управления в функции сигнала, пропорционального разности частот вращения двигателя и механизма, и, дополнитель.но в функции сигнала, цропорциойального амплитуде колебаний механизма.

Недостатком электропривода является снижение эффективности демпфирования с уменьшением амплитуды и частоты, кроме того устройство не обеспечивает полной компенсации влияния частоты упругого резонанса на динамику системы (существенное эапаэдывание при обработке демпфирукицих воздействий), а наличие двух тахоге нераторов вносит существенную пог° решность при измерении разностей частоты в ращ ени я .

Цель изобретения улучшение компенсации упругих колебаний и повышение быстродействия электропривода при изменякщихся параметрах упругого резонанса.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривсд с упругой связью между электродвигателеМ и механизмом, содержащий электродвигатель и последовательно включенные регулятор частоты вращения с подключенньм к его входу датчиксм частоты вращения, корректирукщее звено, регулятор тока якоря с подключенным к

его входу датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, подключенный к якорю электродвигателя, введены последовательно соединенные полосовой фильтр, частоточувствительный блок, выпрямитель и первый широтно-импульсный модулятор, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор.интегрозапо минакщнА блок и второй широтно-им-.

1066012 пульсный мсщулятор, при этом вход полосового фильтра подключен к выходу датчика частоты вращения, а его выход вместе с выходом частоточувствительного блока подключен к входам фазового дискриминатора, управляющие входы корректирующего зве на соединены с выходами широтноимпульсных модуляторов, выход -вто1рого из которых подключен к управля кщему, входу частоточувствительного блока.

В электроприводе интегрозагоминающий блок содержит последовательно соединенные ключевой элемент, свободный вывод которого является входом 15 блока, и интегратор, выход которого, являющийся выходом блока, через блок запоминания и непосредственно соединен с входами компаратора,,выход ко" торого через второй ключевой элемент подключен к входу интегратора, при этом управлякщие входы обоих ключевых элементов и блоха запоминания соединены с выходом релейного элемента, вход которого соединен с входом бло- 25 ка.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2функциональная схема интегрозапоминакщего блока; на фиг. 3 — принципи- ЗО альная схема частоточувствительного блока; на Фиг. 4 — то же, корректи-. рующего звена.

Электропривод 1 (фиг. 1) с упругой.связью между электродвигателем

2 и механизмом 3 содержит последова- З5 тельно включенные регулятор 4 частоты вращения с подключенным к его входу датчиком 5 частоты вращения, корректирукщее звено 6, регулятор

7 тока якоря с подключенным к его ® входу датчиком 8 тока якоря и регулируемый преобразователь 9, питакщий якорь электродвигателя 2.

В электропривод введены последовательно соединенные полосовой фильтр 45, 10, частоточувствительный блок ll, выпрямитель 12 и первый широтно-импульсный модулятор 13, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор 14, интегрозапоминанщий 5р блок 15 и второй широтно-импульсный модулятор 16, при этом вход полосо:,вого фильтра 10 подключен к выходу датчика 5 частоты вращения, а его выход вместе с выходом частоточувст- 25 вительного блока 11 подключен к входам фазового дискриминатора 14, управляющие входы корректирукщего звена 6 соединены с выходами широтноимпульсных модуляторов 1 3 H 16 ° BbIxojQ 6О второго из которых подключен также к управляющему входу частоточувствительного блока 11.

Интегрозапоминакщий блок . 15 (фиг. 2) содержит последовательно со-у единенные ключевой элемент 17, свободный вывод которого является входом устройства, и интегратор 18, выход которого, являющийся вы<одом блока, через блок 19 запоминания и непосредственно соединен с входами компаратора 20, выход которого через второй ключевой элемент 21 подключен к входу интегратора 18, при этом управляющие входы ключевых элементов 17 и 21 и блока 19 запомина-. ния соединены с выходом релейного элемента 22, вход которого соединен с входом блока.

Частоточувствительный блок 11 (Фиг. 3) содержит последовательно соединенные пропорциональный усилитель 23, вход которого является входом блока, ключевой элемент 24, фильтр и интегратор 25, выход которого, служащий выходом блока, соединен непосредственно и через второй ключевой элемент 26, фильтр и интегратор 27 с входами пропорционального усилителя 23.

Корректирующее звено (фиг. 4) содержит последовательно соединенные интегратор 28, ключевой элемент 29, фильтр, второй интегратор 30, второй ключевой элемент 31, фильтр и пропорциональный усилитель 32, при этом вход интегратора 28, являющийся входом звена, через ключевой элемент 33 и Фильтр подключен к входу интегратора 30, а выход про-, порционального усилителя 32, являкщийся выходом звена, соединен с входами интеграторов 28 и 30.

Электропривод работает следукщим образом.

Для электроприводов с упругой связью между электродвигателем и механизмом упругие свойства с достаточнойй точ нос тью могут быть описаны передаточной функцией ( где Т, « - постоянная времени и коэффициент демпфирования, определяемые частотой и амплитудой упругого резонанса °

Передаточная функция корректирующего, звена, наиболее просто реализуемого на операционных усилителях (фиг.4), имеет вид где Т, Я - постоянная времени и

)К коэффициент демпфирования корректирукщего звен а .

1066012

4 л

При условии р = и практически полностью компенсируется влияние упругой связи на динамику системы.

Выходной сигнал с датчика 5 частоты вращения поступает на вход полосового фильтра 10, который выделяет и усиливает частоту упругого реэонанл 4 са (g - --р" ) и подает на вход час- 1(1

I Я тоточувствйтельного блока 11, пред-. ставляющего собой остронастроенный фильтр с передаточной функцией

При малых значениях

К Wcp((DE) т а»

Кср

Ф

В режиме интегрирования вход интегратора 18 подключен к выходу фазового дискриминатора 14, на выходе интегратора 18 формируется сигнал управления, который подается на входы широтно-импульсного модулятора 16 и блока 19 запоминания. Напряжение на выходе блока 19 запоминания непрерыв но следит з а напряжением на выходе интегратора 18. В режиме запоминания вход интегратора 18 переключается с выхода фазового дискримина.тора 14 на вход ксмпаратора 20, а блок

19 запоминания фиксирует выходное где Кср, T,фр — коэффициент усиленияя, п ос тоя н на я в реме ни и к оэффици" ент демпфирования частоточувствительного блока {фиг.,3) ., Условие

1 начальной настройки — = -,д ы, т .= Г ,т

Ри точной настрс"ке (Й ) р5 частоточуватвительный блок 11 представляет собой усилитель амплитуды резонансной час тоты ó с к оэффициентом усиления где ((Ю ) - амплитудная частотная функция частоточувствительного блока

Ъ при > . Сигнал, снимаемый с

I выхода частоточувствительного блока 40

11, пропорциональный амплитуде колебаний частоты с>9, поступает на выпрямитель 12, имекщий сглаживающий фильтр на выходе. Выпрямленное напряжение через широтно-импульсный модулятор 13 и ключевой элемент 33 (Фиг.4) управляет величиной коэффициента демпфирования к коррек тирующего звена 6 таким образом, чтобы амплитуда колебаний частоты упруго-

ro резонанса в системе стремилась к нулю или обеспечивалось выполнение равенства = ф . Сигналы, снимаемые с входа и выхода частоточувствительного блока 11, поступают также на первый и второй входы фазово- 55 го дискриминатора 14,.который определяет величину фазового сдвига (»<@ ) между входом и выхсдом частоточувствнтельного блока 11. Напряжение на выходе фазового дискрими- 60 наточка 14, пропорциональное величинеьф, будет также пропорционально и величине отклонения частоты упругого резонанса (»- » ) от начального значения сд» ° 65

Сигнал, снимаемый с высода фазового дискриминатора 14 через ннтегрозапоминакщий блок 15, второй широтно-импульсный модулятор 16 и ключевые элементы 24,26,и 29, управляет величинами,—,@ и „ч исходя

1 из условия » — q при

1Ф Tie этом h,ù всегда стремится к нулю (фиг.3 и 4) . Контур самонастройки по частоте упругого резонанса, состоящий из блоюов 14 - 16, реализует интегральный закон управления и при достаточном быстродействии (превосходящем скорость изменения +) практически обеспечивает выполнение усло3 т a(Q вия . („ 1 3 . где. "р у "к »Q)qv— текущйе значения параметров .

Включение в контур самонастройки интегрозапоминанщего блока 15 (вместо интегратора) обуславливается следующими причинами. При медленных изменениях параметра + -»)», что э имеет место в электроприводах, непрерывная поднастройка параметров л — —, может вносить дополнительЯ» йую погрешность в систему в виду нестабильности собственных параметров контура самонастройки. Интегрозапоминающий блок 15 исключает этот недостаток, размыкая контур самонастройки при достаточно точной поднастройке параметров 4 ; - (определяемой об7, . ластью допустимых погрешностей), с поддержанием значений этих параметров на неизменном уровне (режим запоминания) и замыкая контур самонастройки при заметйом рассогласовании параметров -,(З (когда рассогласо1 (,к ванне превышает область допустимых погрешностей (режим интегрирования) .

Интегрозапоминакщий блок 15 работает следующим образом.

1066012 напряжение интегратора, 18 и удерживает неизменным его значение на своем выходе. Компаратор 20, включенный s цепь обратной отрицательной связи интегратора 18, сравнивает его выходное напряжение с напряжением блока

19 запоминания и тем самым поддерживает выходное напряжение интегратора 18 на неизменном уровне. Точность поддержания зависит от точности блока 19 запоминания. Таким образом решается задача сохранения неизменныч. значения напряжения интегратора 18 в течение любой продолжительности режима запоминания при непрерывном .отборе тока на выходе интегратора IS

18 и тепловом смеяении нуля на его вхсде. Эона нечувствительности релейного элемента 22 позволяет размыкать контур самонастройки при достаточно малом сигнале с выхода фазового 2О дискриминатора 14 . Зона нечувствительности рассчитывается исхсщя иэ времени запаздывания и возможного разброса параметров контура самонастройки. 25

Контур самонастройки по амплитуде упругого резонанса обеспечивает ,перенастройку по пропорциональному. закону. Увеличение коэффициента уси-. ления в контуре позволяет максимально уменьшить статическую ошибму, а наличие сглаживакицего фильтра на выходе выпрямителя 12 позволяет отрегулировать быстродействие контура самонастройки цо амплитуде таким образом, чтобы контур самонастройки по частоте был более быстродействующим, так как выполнение равенства

К>- для правильной настройки ку Р возможно лишь после точной настройки

Q(g" —" )

Параметры К иф частоточувствительного блока 11 выбираются исходя из обеспечения необходимой чувствительности и быстродействия контуров самонастройки. Первый и второй широтно-импульсные модуляторы 13 и 16 могут быть выполнены на основе одного генератора модулирукщей частоты (генератора пилообразного напряже» ния) .

Применение предлагаемого устройства в электропривсщах с нестационарньми механическими объектами, в состав которых входят слабсдемпфированные упругие связи, позволит максимально.приблизить частоту среза основного контура системы. управления электроприводом к полосе частот упругого резонанса и, тем самым, даст возможность увеличить быстрОдействие электропривсда и его динамическую точность в 5-6 раз, а также обеспе.чит устойчивую работу при двухкратном изменении частоты и амплитуды колебаний упругого резонанса.

Корректирукшее звено с автоматической поднастройкой параметров по амплитуде и частоте колебаний упругоro резонанса реализовано в виде унифицированного модуля и.может быть использовано для широкого класса. электромеханических систем с упру-. гой связью между электродвигателем и механизмом .

1 0660l2

106601 2

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

НИИПИ

1066012

Закаэ 11056/57 Тираж 672 Подписнсе