Электропривод постоянного тока

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с датчиком скорости, подключенный к преобразователю, сумматор, первый вход которого соединен с источником задающего сигнала, второй - с выходом датчика скорости, а выход через релейный регулятор скорости связан с входом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и улучшения энергетических показателей привода, в него введены интегратор-ограничитель включенный между выходом релейного регулятора скорости и входом преобразователя , а также формирователь сигнала переключения, состоящий из интегратора и масштабного усилителя с тремя входами, причем выход сумматора соединен с входом интегратора и первым входом масштабного усилис теля, второй вход которого соединен € с выходом интегратора, третий - с (Л выходом интегратора-о1 раничителя, а выход масштабного усилителя соединен с входом релейного регулятора скорое ти. со ;о со

союа сойктсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (1Н

3(51) Н 02 P 5/16 (21) 3481341/24-07 (22) 17 ° 08.82 (46) 23 06,84. Бюл. Р 23 (72) Я.М.Лифшиц, В.А.Ратмиров, Я.Б.Розман и A.É.Këè;ëoâ (71) Ордена Трудового Красного

Знамени экспериментальный научноисследовательский институт металлорежущих станков (53) 621.316 ° 718.5 (088.8) (56) 1.Гарнов В.К. Унифицированные системы управления электроприводом в металлургии. М., Металлургия, 1971, с. 9-15 .

2.Авторское свидетельство СССР

У 634229, кл, G 05 В ll/01, 1978. (54)(57) ЭЛЕКТРОПРНВОД НОСТОЯННОГО

ТОКА, содержащий электродвигатель с датчиком скорости, подключенный к преобразователю, сумматор, первый вход которого соединен с источником задающего сигнала, второй — с выходом датчика скорости, а выход через релейный регулятор скорости связан с входом преобразователя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и улучшения энергетических показателей привоца, в него введены интегратор-ограничитель, включенный между выходом релейного регулятора скорости и входом преобразователя, а также формирователь сигнала переключения, состоящий из интегратора и масштабного усилителя с тремя входами, причем выход сумматора соединен с входом интегратора и первым входом масштабного усилителя, второй вход которого соединен Я с выходом интегратора, третий — с выходом интегратора-ограничителя, а выход масштабного усилителя соединен .с входом релейного регулятора скорос ти.

1099370

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в общепромьыленных электроприводах постоянного тока, где требуется высокая точность отработки заданной скорости и инвариантность к возмущающим воздействиям, в частности в электроприводах станков с ЧПУ.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, регуля- 10 тор скорости, второй сумматор, регулятор тока, преобразователь, электродвигатель и датчик скорости, выход которого подключен к первому входу сумматора, датчик тока якоря, выход )5 которого соединен с вторым входом второго сумматора (.13.

Недостаток этого электропривода— низкая точность поддержания заданной скорости при действии внешних возмущений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель с датчиком скорости, подключенный к преобразователю, сумматор, первый вход которого соединен с источником задающего сигнала, второй - с выходом датчика скорости, а выход через релейный

° регулятор скорости связан с входом преобразователя. Кроме того, электропривод содержит релейный регуля;тор тока, датчик тока, датчик производной тбка и датчик ускорения. 35

Использование двух. релейных регу" ляторов в укаэанном электропривбде позволяет реализовать скользящий режим (CP) управления, что повыаает дИнамическую точность при отработке 40 заданной скорости. Для реализации

СР в данном приводе используются дифференциаторы тока и скорости (2).

Однако получить точные сигналы о производных тока и скорости невозможно, так как применение дифференциаторов требует включения фильтров высокочастотных помех,. что искажает полезный сигнал на входах регулятора скорости и, в особенности, регулятора тока, вследствие чего частота пе- 50 реключейий регулятора тока в CP низка. Таким образом, режим работы является автоколебательным,что приво1 дит к колебаниям тока и скорости около их средних значений. 55

Следовательно, недостатки известного электропривода - низкие энергетические показатели и статическая точность, Цель изобретения — повышение точ- 60 ности и улучшение эйергетических . показателей электропривода постояв» ного тока.

Указанная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель с датчиком скорости, подключенный к преобразователю, сумматор, первый вход которого соединен. с источником задающего сигнала, второй - с выходом датчика скорости, а выход через релейный регулятор скорости связан с входом преобразователя, введены интегратор-ограничитель, включенный между выходом релейного регулятора скорости и входом преобразователя, а также формирователь сигнала переключения, состоящий из интегратора и масштабного усилителя с тремя входами, причем выход сумматора соединен с входом интегратора и первым входом масштабного усилителя, второй вход которого соединен с выходом интегратора, третий — с выходом интегратора-ограничителя, а выход масштабного усилителя соединен с входом релейного регулятора скорости.

На чертеже представлена схема устройства.

Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1 с датчиком 2 скорости, подключенный к преобразователю 3, сумматор 4, первый вход которого соединен с источником

5 задающего сигнала, второй — с выходом датчика скорости, а выход через релейный регулятор 6 скорости связан с входом преобразователя 3.

В электропривод введены интеграторограннчитель 7, включенный между выходом релейного регулятора б скорости и входом 3 преобразователя, а также формирователь 8 сигнала пере- ключения, состоящий из интегратора 9 и масштабного усилителя 10 с тремя входами. Выход сумматора 4 соединен с входом интегратора 9 и первым входом масштабного усилителя 10, второй вход которого соединен с выходом интегратора 9, третий — с выходом интегратора-ограничителя 7, а выход масштабного усилителя 10 соединен с входом релейного регулятора 6 скорости.

Электропривод работает следующим образом.

Регулятор б скорости (релейный элемент) через интегратор-ограничи-. тель 7 н преобразователь 3 осуществляет стабилизацию скорости двигателя 1 под действием обратной связи по скорости, сигнал которой вырабатывается датчиком 2 скорости., Ha первый и второй входы сумматора 4 поступают сигналы о текущем значении скорости и с датчика 2 скорости и сигналы, пропорциональные заданному и> значению скорости, а на его выходе формируется сигнал рассогла« сования 4n= n †. п, пропорциональный ошибке управления, который затем ин1099370

5=С ля+С ani С дй, з

40 =С,D<+C 1Х+ .. + С„c!K тегрируется интегратором 9. Оба сформированных сигнала, а также выходное напряжение интегратора-ограничителя- 7 поступают на входы усилителя 10, на выходе которого формируется сигнал переключения S, равный где из, n — сигналы пропорциональные текущему и заданному значению скорости;

U — напряжение на выходе интегратора-ограничителя; 15

К, К, К вЂ” постоянные коэффициенты.

Можно показать, воспользовавшись основным уравнением двигателя постоянного тока, что сигнал переключения S в случае постоянных заданной скорости и момента нагрузки представляет собой линейную комбинацию сиг-.. налов, пропорциональных ошибке управления, ее интегралу, первой и второй производной и постоянной величины, определяемой заданным значением скорости и значением момента ,нагрузки. A именно, сигнал переключения определяется выражением

ЗГ

КТ T k К К (Т т

Зм % и> " Ь <о м Ьд1 где m,,m — сигналы пропорциональL ные моменту нагрузки двигателя и моменту нагрузки;

J — - момент инерции;

Т, Т - постоянные времени двигателя;

К,„ — коэффициент противо-ЭДС;

К вЂ” коэффициент усиления преоб- 50 разователя 3.

Как видно из выражения (2), функция переключения построена в соответствии с методами теории систем с разрывным управлением, в кото- 55 рых реализуются скользящие режимы управления. Действительно, при управлении объектом n-ro порядка для организации скользящего режима требуется сформировать функцию переключения,щ представляющую собой линейную комбинацию ошибки управления и ее производных до (n — 1)-го порядка где С „С, С вЂ” постоянные коэффициенты;

I

Х вЂ” ошибка управления.

В данном электроприводе разрывное управление прикладывается к объекту 3-го порядка. Поэтому функция переключения относительно ошибки управления dn должна включать производные до 2-го порядка.

Выражение (2) при К, = О, ! K K, К КшТм з м

К Т г

I отключится от указанного выражения для функции переключения только на величину т.е. при кусочно-постоянных сигналах n mL на постоянную величину. дЛя КозмнейсациИ возникающей в связи с этим постоянной установившейся ошибки управления в выражение для функции переключения, используемой в рассматриваемом электроприводе, вводится дополнительный интегральный член К („ „),) При этом элект о тропривод обладает астатизмом как по задающему сигналу и., так и по возмущающему т (интегральный член функции переключения формируется интегратором 9).

При отсутствии задающего сигнала (и = О) релейный регулятор 6 переключается из одного положения в другое с высокой частотой за счет обратной связи по сигналу переключения, т.е. работает в СР, поддерживая значение S =. 0 на выходе формирователя

8 сигнала переключения. При появлении задающего сигнала (и О) сигнал переключения S в соответствии с (2) принимает положительное или отрицательное значение, что приводит к установке регулятора 6 в соответствующее устойчивое состояние, т.е. на его выходе устанавливается постоянный сигнал. Этот сигнал через интегратор-ограничитель 7 управляет напряжением преобразователя З,обеспечивая разгон электродвигателя 1 °

При этом его скорость приближается к заданному значению в режиме предельного быстродействия. Одновременно сигнал переключения S возвращает-. ся к нулевому значению. В момент времени, когда этот сигнал становится равным нулю (Я=О), регулятор б опять переводится в скользящий режим, т.е. переключается с высокой

1099370

Составитель В.Поспелов

Редактср И.Ковальчук Техред ж. Кастелевич Корректор Г.ОгаР

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4381/42 ж ..Филиал .ППП . Патент . ., r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

Р частото, обеспечивая поддержание

S=0. При этом в соответствии с (2) движение описывается дифференциальным уравнением где dn = n>- n — ошибка управления.

Коэффициенты К.„, К, К выбираются так, чтобы в,скользящем режиме обеспечивался желательный характер приближения ошибки к нулю. Аналогично устройство работает и при приложении к электродвигателю 1 нагрузки.

Как только возникает момент нагрузки (m<$ 0),сигнал переключения в со 1тветствии с (2) принимает положительное или отрицательное значение.

На выходе регулятора 6 устанавливается постоянный сигнал, который через интегратор-ограничитель 7 управляет напряжением преобразователя 3, обеспечивая возрастание тока якоря электродвигателя 1, компенсирующего момент нагрузки. При этом ток якоря растет в режиме предельного быстродействия. Одновременно сигнал пере- ключения S возвращается к нулевому значению и в момент времени, когда он вновь становится равным нулю, 5 регулятор 6 начинает работать в СР, а движение описывается уравнением (2а), т.е. носит желательный характер.

Интегратор-ограничитель 7 ограни10 чивает скорость изменения управляющего сигнала на входе преобразователя З,до уровня, определяемого допустимым значением динамического уравнительного тока.

В СР релейный регулятор 6 эквивалентен усилителю с бесконечным коэффициентом усиления, в результате чего система эквивалентна астатической как по заданному, так и по возмущающему воздействию.

Таким образом, введение интегратора-ограничителя и формирователя сигнала переключения позволило избежать дифференцирования сигналов скорости и тока электродвигателя, что повышает точность и энергетические показатели электропривода.