Самонастраивающаяся система управления

 

САМОНАСТРАИВАЮ Г1АЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая блок возбуждения , выход которого соединен с входом обмотки возбуждения двигателя. Последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регулятор, усилитель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиками скорости, . тока и тока возбуждения-, выход которого соединен с вторым входом блока возбуждения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора , второй вход которого соединен с выходом интегратора, а первый вход блока возбуждения соединен с выходом задатчика, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности работы системы, в ней установлен корректирующий усилитель, вход которого соединен с выходом второго сумматора, выходы датчиков ш скорости и тока возбуждения соединены соответственно с вторым и третьим входами регулятСра, четвертый вход которого соединен с выходом датчика тока двигателя и первым входом интегратора , второй вход которого соединен с выходом корректирующего усилителя N9 и пятым входом регулятора. СО Ю О)

„„SU„„ I 126926

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / н aetoacHOMV C TeV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3 54991 7/24-24 (22) 09.02.83 (46) 30.11.84. Бюл.№44(72) P.À.Îðåùåíêî (71) Новокузнецкое отделение Ордена Трудового Красного Знамени Всесоюзного научно-исследовательского проектного института "Тяжпромэлектропроект" им. Ф.В.Якубовского (53) 62-50(088.8) (56) 1. Мысливец Н.Л., Сабинин Ю.A.

Самонастраивающийся электропривод промышленного робота, построенный на базе системы подчиненного регулирования, -"Электротехническая промьппленность". Серия Электропривод.

1977, ¹8 (61), с. 23-25.

2. Авторское свидетельство СССР №845143, кл. G 05 В 13/02, 1981 (прототип) . (54) (57) САМОНАСТРАИВАКХЦАЯСЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ, содержащая блок возбуждения, выход которого соединен с входом обмотки возбуждения двигателя, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регулятор, усилитель мощности и злектродвигатель с установленными на нем датчиками скорости, тока и тока возбуждения., выход которого соединен с вторым входом блока возбуждения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с вьгходом интегратора, а первый вход блока возбуждения соединен с вьгходом задатчика, отличающийся тем, что, с целью поньппения надежности и точности работы системы, в ней установлен корректирующий усилитель, вход которого соединен с выходом второго сумматора, выходы датчиков скорости и тока возбуждения соединены соответственно с вторым и третьим входами регулятора, четвертый вход которого соединен с вьмодом датчика тока двигателя и первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом корректирующего усилителя и пятым входом регулятора.

1126926

Недостатком известной системы является низкая точность определения приведенного момента инерции при переменном моменте нагрузки и потоке возбуждения двигателя.

Наиболее близкой к данной является самонастраивающаяся система упР равления, в которой дополнительно установлены последовательно соединенные третий интегратор, пятый сумматор и блок деления, второй вход которого соединен с выходом

Изобретение относится к области систем регулирования скорости и может быть использовано для управления промьпппенными электроприводами, в которых в процессе работы имеет 5 место изменение момента нагрузки и электромеханической постоянной времени за счет вариаций потока возбуждения двигателя и приведенного момента инерции. 10

Предлагаемая система может исполь, зоваться, например, в роботостроении (в системах управления приводами рабочих органов манипуляционных роботов), .в станкостроении (в систе- t5 мах управления приводами главного движения металлорежущих станков), в металлургии (в системах управления приводами моталок, приводами валков прокатных клетей и других 20 механизмов, где требуется управление скоростью независимо от вариаций момента нагрузки и электромеханической постоянной времени).

Известна самонастраивающаяся 25 система управления, содержащая последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регулятор, усилитель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиками щ0 скорости и тока, выход которого через последовательно соединенные второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор, второй блок умножения и второй интегратор подключен к управляющему входу регулятора и второму входу первого блока умножения, первый вход которого подключен к второму входу второ-40 го блока умножения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора и вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с вторым входом третье- 45 го сумматора (1). второго интегратора, а выход— с вторым входом второго сумматора, выход первого блока умножения .подключен к входу третьего интегратора, выход датчика скорости подключен к второму входу пятого сумматора Г23.

Система является более сложнбй (следовательно, менее надежной) и позволяет в процессе определения текущего значения электромеханической постоянной времени привода находить текущее значение статической составляющей така двигателя. Поскольку процессы определения электромеханической постоянной времени привода и статической составляющей тока двигателя являются взаимосвязанными и имеют одинаковую длительность, вычисление электромеханической постоянной времени привода всегда осуществляется при приближенных значениях статической составляющей тока двигателя и обуславливает погрешность при определении электромеханической постоянной времени.

Точность настройки регулятора в ряде случаев является недостаточной. Кроме того, обе известные системы не обеспечивают самонастройку выходной координаты от вариаций момента нагрузки двигателя.

Цель изобретения — повышение надежности и точности работы системы.

Поставленная цель достигается тем, что в самонастраивающуюся систему управления, содержащую блок возбуждения, выход которого соединен с входом ббмотки возбуждения двигателя, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регулятор, усилитель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиками скорости, тока и тока возбуждения, выход которого соединен с вторым входом блока возбуждения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а первый вход блока возбуждения соединен с выходом задатчика, введен корректирующий усилитель, вход которого соединен с выходом второго сумматора, выходы датчиков скорости и тока возбуждения соединены соответственно с вторым и третьим входами регулятора, четвертый вход которого соединен с выходом датчика тока двигателя и первым вхония

3 1176 дом интегратора, второй вход которого соединен с выходом корректирующего усилителя и пятым входом регулятора.

Такое выполнение системы позволяет обеспечить настройку регулятора

5 на заданную динамику при вариациях приведенного момента инерции системы, потока возбуждения и момента нагрузки двигателя., Контролируемыми (управляемыми) координатами системы, как правило, являются ток i(t) и скорость (о() двигателя. Связь между координатами (О и u)(t) в двигателе описывается уравнением

О где 1 (1) — статическая составляющая тока двигателя, пропор- 20 циональная моменту нагрузки на валу двигателя;

3(t) — приведенный к валу двигателя момент инерции систе}кы; 25

Ф (Ц вЂ” поток возбуждения двигателя, являющийся функцией тока возбуж1 дения двигателя.

"" функции jt(tl,)с(t}, Э(ц, ф(ц зависит от используемого двигателя.

Например, для двигателя постоянного тока независимого возбуждения функция в(i(ti, (((,зН(, (м)= —, fi(il- (с()ф(

Рассмотрим функцию (f<(t) 3 ((i)= 3 (t) iiti

К1

1 где К вЂ” коэффициент, определяемый конструкцией электродвигателя и средними значениями (математическими ожиданиями) величин 3(t ), i (Ц, Ф (t )

Подставляя в (1) конкретную функцию f например (2), вычисляем функцию &(t).Подставив в первую часть уравнения (1) функцию (3) и приравняв правую часть к вычисленной ранее функции w(t) определяем

926 4 из полученного интегрального уравне1

1 () f((tl- Ф)Ф(t) Н=(о(Ц= " (Щ з () функцию Э (), Определенная таким образом Аункция 3 (t) делает для систе9 мы управления неразличимыми двигатели, в которых связь между координатами i(t) и w(t) описывается уравнениями (2) и (3), так как двигатель, соответствующий уравнению (3), учитывает влияние- вариаций 1 (Ц, Э(1), ФИ) реального двигателя с помощью соответствующего изменения параметра ((Ц.

На чертеже приведена схема самонастраивающейся системы управления.

Система содержит блок возбуждения

1, обмотку возбуждения 2, задатчик

3, первый сумматор 4, регулятор 5, усилитель мощности 6, электродвигатель

7, датчик скорости 8, датчик тока 9, датчик тока возбуждения 10, второй сумматор 11, интегратор 12 и корректирующий усилитель 13.

Регулятор 5 состоит из неизменяемой части регулятора 14 и изменяемой части 15 регулятора. При этом в зависимости от свойств объекта управления (двигатель с технологическим механизмом) структура регулятора 5 и назначения его входных сигналов могут быть различны. Например, для двигателя постоянного тока независи\ мого возбуждения, обеспечивающего регулирование скорости технологического вала, сигнал i обеспечивает регулятору 5 возможность реализации широко распространенного в практике подчиненного регулирования (3) координатами системы.

Сигнал 1 обеспечивает при этом корректировку уставки на ограничение тока двигателя при регулировании потока возбуждения. Сигнал (о совместно с сигналом 1 обеспечивает компенсацию влияния внутренней обратной связи по ЭДС двигателя на управляемые координаты системы. Выходной сигнал корректирующего усилителя

13 обеспечивает пропорциональное изменение коэффициента передачи изменяемой части 15 регулятора 5. При этом неизменяемая часть 5 регулятора 1 4 представляет собой пропорциональное звено (возможна при необхо1126926 димости реализация пропорциональноинтегрального звена).

Корректирующий усилитель 13 обеспечивает усиление и преобразование выходного сигнала сумматора 11, Закон преобразования корректирующего усилителя 13 определяется требованиями, предъявляемыми к точности определения параметра 3 . В ряде случаев пропорциональный закон корректирующего усилителя 13 является достаточным для удовлетворения указанных требований.

При высоких требованиях к точности определения 3 в законе преобразования сигнала корректирующим усилите- 15 лем 13 должна присутствовать интегральная составляющая.

Интегратор 12 имеет управляемую постоянную интегрирования 3 (Ф} и обег— э печивает на своем выходе сигнал 2О

Сигнал i (4j поступает на первый вход интегратора 12, а величина 3 (t I изменяется пропорционально сигналу, поступающему на его второй вход с выхода корректирующего усилителя 13 . ЗО

Блок 1 возбуждения обеспечивает на своем выходе сигнал, формирующий требуемый поток возбуждения (ток возбуждения) двигателя, и содержит последовательно соединенные функцио- д нальный преобразователь 16, третий сумматор 17, второй регулятор 18 и второй усилитель 19 мощности возбуждения. На первый вход блока, возбуждения и затем на вход функциональ-<О ного преобразователя t6 поступает сигнал задания скорости с выхода задатчика 3. На второй вход блока 1 возбуждения и затем на второй вход сумматора 17 поступает сигнал i> с выхода датчика 10 тока возбуждения, Функциональный преобразователь

16 обеспечивает преобразование сигнала задания скорости ю„ в сигнал БО задания íà TQK возбуждения (поток возбуждения) двигателя. При этом изменение сигнала ы„, соответствующего диапазону изменения скорости от нуля до номинальной„ не влияет 55 на выход функционального преобразователя 16, который остается неизменным и обеспечивает задание номинального потока (тока возбужденияj двигателя.

Регулятор 18, реализующий, например, пропорционально-интегральный закон, обеспечивает требуемую динамику регулирования тока возбуждения (потока) двигателя.

Система работает следующим образом.

Динамический режим в системе наступает в момент изменения момента нагрузки на валу двигателя или момента инерции Э системы или потока возбуждения двигателя, Изменение одной (или нескольких) иэ указанных величии приводит к изменению скорости и двигателя, что приводит к соответствующему изменению выходного сигнала сумматора 11. Послед. ний,воздействуя через корректирующий усилитель 13 на второй вход интегратора 12,изменяет значение выхода и) до уровня сигнала ы и система возвращается в статическое состояние. При этом синхронно с изменением выходного сигнала корректирующего усилителя 13 и пропорциональНо ему изменяется коэффициент пере- дачи изменяемой части 15 регулятора

5, стабилизируя выходную координату ш2 системы.

Время изменения значения ы до уровня сигнала ы во много раз меньше времени переходного процесса системы по управляющему воздействию о;„,что позволяет за счет быстрой перестройки регулятора 5 поддерживать скорость двигателя на заданном уровне, т.е. сохранять практически неизменным си нал на выходе сумматора 4, т.е. сумматор 11, корректирующий усилитель 13 и интегратор 12 следят за изменением m> в пределах заданной точности, не допуская за счет перестройки регулятора 5 выхода координаты @de за пределы заданной погрешности.

В предлагаемое устройство по сравнению с прототипом включен корректирующий усилитель и исключены из схемьi б6л оок К д еeл еeнHиHя, два блока умножения, два интегратора и три сумматора, что упрощает устройство системы, повышая надежнос-.ü работы. Кроме того, введение корректирующего усилителя и использование интегратора с управляемой постоянной интегрирования позволяет Аорми7 1126 ровать сигнал перестройки регулятора без промежуточнык вычислений статической составляющей тока двигателя, что повышает, точность настройки регулятора. При этом более простая схема формирования сигнала перестройки обеспечивает сокращение времени формирования сигнала, что также способствует повышению точности настройки регулятора. 10

Дополнительно преллагаемая система управления наряду с самонастройкой от вариаций потока возбуждения и момента инерции системы обеснечивает также самонастройку от вариаций 1Б момента выгрузки, что обеспечивает более высокую точность стабилизации выходной координаты системы.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемой систе- 20 мы по сравнению с базовым объектом (прототипом) определяется суммарной стоимостью блока деления, двух блоков умножения, двух интеграторов, трех сумматоров за вычетом 25 стоимости корректирующего усилителя и количеством внедренных (планируе926 мык для внедрения) в производство систем управления, надежностью-работы базового объекта и предлагаемой системы (имеет по сравнению с базовым объектом более высокую надежность работы и, следовательно, обеспечивает за время своей эксплуатации меньшее число простоев), которая выражается произведением стоимости продукции, выпускаемой технологическим агрегатом за час, и разности часов простоя базового объекта и предлагаемой системы за весь период эксплуатации, точностью-работы базового объекта и предлагаемой системы (зависит от типа технологического агрегата, который обслуживает системы управления, например использование предлагаемой системы управления для стабилизации скорости прокатных валков непрерывного стана позволяет снизить разнотолщинность проката и осуществлять поставку металла по теоретической массе, т.е. для одной и той же массы металла на входе стана получать дополнительный выход продукции) . I 126926

Заказ 869 1/36 тираж 841

ВНИИПИ Государственного комитета ГССР по делам изооретений и открытий

113035, Москва, 1(-35„ Рауиская нао., д, 4/5

Подписное

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

Составитель П. Кудрявцева

Редактор О. Колесникова Техред Ж,Кастелевич Корректор С, Шекмар