Система поддержания заданного соотношения скоростей

 

СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ ЗАДАННОГО СООТНОШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ,, содержащая ведущий и ведомый электроприводы, состоящий из последовательно соединенных релейного регулятора, тиристорного преобразователя, двигателя постоянного тока и датчика скорости, датчика напряжения, подключенного к выходу тиристорного преобразователя, датчика тока, включенного в якорную цепь двигателя, и сумматоры, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности в динамическом и статическом режимах, введены модеЛь ведущего электропривода заданного качества с шестью выходами, модель тиристорного преобразователя, модель двигателя ведомого электропривода , составленная из первого, второго и третьего звеньев, блок задания соотношейия скоростей, выполненный на семи усилителях с переменным коэффициентом усиления, два релейных элемента, два инвертора и двенадцать блоков коррекции, при этом входы релейного регулятора ведущего электропривода соединены через первый, второй и третий блоки коррекции соответственно с выходами первого, второго и третьего сумматоров , суммирующие входы которых подключены соответственно к второму, третьему и шестому выходам модели ведущего электропривода заданного качества , а вычитающие входы - соответственно к выходам датчиков напряжения , тока и скорости ведущего электропривода , выход второго сумматора подключен к первому релейному элементу , соединенному с четвертым выходом модели ведущего электропривода заданного качества и через первый инвертор связанному с входом первого звеСО на модели двигателя ведущего электропривода заданного качества, первый с выход модели ведущего электропривода заданного качества через первый усилитель блока задания соотношения скоростей подключен к первому входу модели тиристорного преобразователя ведомого электропривода,, второй вход 00 которой 4fepe3 четвертый блок корреко ции соединен с выходом четвертого сумматора, суммирующий вход которого ю со через второй усилитель блока задания соотношения скоростей подключен к второму выходу модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающий вход - к вькоду модели тиристорного преобразователя ведомого электропривода, также подключенного к первому входу первого звена модели двигателя ведомого электропривода, подключенного вторым йходЬм через пятьй блок коррекции к выходу пятого сумматора, суммирующий вход которого через третий усилитель блока задания

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ac9 Oi)4(51) Н 02 P 5 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3565316/24 — 07 (22) 17.03.83 (46) 23.01.85. Бюл. ¹ 3 (72) В. Г. Дрючин, В.И. Жиляков и Ю.П.Самчелеев (71) Коммунарский горно-металлургический институт (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 214646, кл. Н 02 P 5/50, 1968.

2. Морговский Ю.Я., Рубашкин И.Б., Гольдин Я.Г. Взаимосвязанные системы электропривода. M. "Энергия", 1972. (54) (57) СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ ЗАДАННОГО СООТНОШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ,. содержащая ведущий и ведомый электроприводы, состоящий из последовательно соединенных релейного регулятора, тиристорного преобразователя, двигателя постоянного тока и датчика скорости, датчика напряжения, подключенного .к выходу тиристорного преобразователя, датчика тока, включенного в якорную цепь двигателя, и сумматоры, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности в динамическом и статическом режимах, введены модеЛь ведущего электропривода заданного качества с шестью выходами, модель тиристорного преобразователя, модель двигателя ведомого электропривода, составленная из первого, второго и третьего звеньев, блок задания соотношения скоростей, выполненный на семи усилителях с переменным коэффициентом усиления, два релейных элемента, два инвертора и двенадцать блоков коррекции, при этом входы релейного регулятора ведущего электропривода соединены через первый, второй и третий блоки коррекции соответственно с выходами первого, второго и третьего сумматоров, суммирующие входы которых подключены соответственно к второму, третьему и шестому выходам модели ведущего электропривода заданного качества, а вычитающие входы — соответственно к выходам датчиков напряжения, тока и скорости ведущего электропривода, выход второго сумматора подключен к первому релейному элементу, соединенному с четвертым выходом модели ведущего электропривода заданного качества и через первый инвертор связанному с входом первого звена модели двигателя ведущего электропривода заданного качества, первый выход модели ведущего электропривода заданного качества через первый усилитель блока задания соотношения скоростей подключен к первому входу модели тиристорного преобразователя ведомого электропривода„ второй вход которой через четвертый блок коррекции соединен с выходом четвертого сумматора, суммирующий вход которого через второй усилитель блока задания соотношения скоростей подключен к второму выходу модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающий вход — к выходу модели тирис- торного преобразователя ведомого электропривода,.также подключенного к первому входу первого звена модели двигателя ведомого электропривода, подключеиного вторым входом через пятый блок коррекции к выходу пятого сумматора, суммирующий вход которого через третий усилитель блока задания

36291 мого электропривода, к выходу второго звена модели двигателя ведомого электропривода,через пятый усилитель блока задания соотношения скоростейк выходу датчика напряжения ведущего электропривода, через шестой усилитель блока задания соотношения скоростей — к выходу второго сумматора, через седьмой усилитель блока задания соотношения скоростей — к выходу датчика скорости ведущего электропривода, вычитающие входы седьмого и десятого сумматоров подключены к выходу датчика напряжения ведомого электропривода, восьмого сумматора ( к выходу датчика тока ведомого электропривода, девятого и двенадцатого сумматоров — к выходу датчика скорости ведомого электропривода, одиннадцатого сумматора — к выходу восьмого сумматора, подключенного к входу второго релейного элемента, связанного с входом по нагрузке модели двигателя ведомого электропривода и через второй инвертор подключенного к входу первого звена модели двигателя ведомого электропривода. соотношения скоростей подсоединен к пятому выходу модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающий вход — к первому входу второго звена модели двигателя ведомого электропривода, которое вторым входом через шестой блок коррекции соединено с выходом шестого сумматора, сум мирующий вход которого через четвертый усилитель блока задания соотно(. шения скоростей подключен к шестому выходу модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающий вход " к выходу второго звена модели двигателя ведомого электропривода,: входы релейного регулятора ведомого электропривода через седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый блоки коррекции соединены соответственно с выходами седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого сумматоров, суммирующие входы которых подключены соответственно к выходу модели тиристорного преобразователя ведомого электропривода, к выходу первого звена модели двигателя ведоИзобретение относится к электротехнике и может найти применение в производственных машинах и механизмах, в которых требуется поддержание заданного соотношения между скорос5 тями отдельных рабочих органов этих машин и механизмов, например в металлорежущих станках.

Известна система поддержания за( данного состояния скоростей в много- 1О двигательном электроприводе, содержащая регуляторы двигателей и датчики скоростей с параллельно подключенньпчи потенциометрами, на выходе которых через связывающие блоки, образованные последовательно включенными делителями напряжения, подсоединены входы регуляторов двигателей (1).

Недостатком этой системы является значительная динамическая ошибка, возникающая в процессе регулирования и при переводе на другую скорость, а также в установившемся режиме работы приводов в случае отработки возмущающих воздействий.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является систе-, ма поддержания заданного соотношения скоростей, содержащая ведущий и ведомый электроприводы, состоящий каждый из последовательно соединенных релейного регулятора, тиристорного преобразователя, двигателя постоянного тока и датчика- скорости, датчика напряжения, подключенного к выходу тиристорного преобразователя, датчика тока, включенного в якорную цепь двигателя, и сумматоры )2J .

Недостатком известной системы является то, что соотношение скоростей при различии в моментах сопротивле ния на выходных валах или различии в свойствах электроприводов нарушается. Кроме того, при динамических отклонениях скорости ведущего электропривода требуемое соотношение ско(3 11362 ростей может нарушаться вследствие инерционных свойств электроприводов или их неидентичности.

Цель изобретения — повышение точности в динамическом и статическом режимах.

Укаэанная цель достигается тем, что в систему поддержания заданного соотношения скоростей, содержащую ведущий и ведомый электроприводы, со- 1р 1стоящий каждый из последовательно соединенных релейного регулятора, тиристорного преобразователя, двигателя постоянного тока и датчика скорости, датчика напряжения, подключенного к выходу тиристорного преобразователя, датчика тока, включенного в якорную цепь двигателя, и сумматоры, введены модель ведущего электропривода заданного качества с шестью выходами, модель тиристорного преобразователя, модель двигателя электропривода, составленная из первого, второго и третьего звеньев, блок задания соотношения скоростей, выполненный на семи усилителях с переменным коэффициентом усиления, два релейных элемента, два инвертора и двенадцать блоков коррекции, при этом входы релейного регулятора ве30 дущего электропривода соединены через первый, второй и третий блоки коррекции соответственно с выходами первого, второго и третьего сумматоров, суммирующие входы которых подключены соответственно к второму, третьему и шестому выходам модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающие входы — соответственно к выходам датчиков напряжения, тока и скорости ведущего элект- 4О ропривода, выход второго сумматора подключен к первому релейному элементу, соединенному с четвертым выходом, модели ведущего электропривода заданного качества и через первый инвертор связанному с входом первого звена модели ведущего электропривода заданного качества, первый выход модели ведущего электропривода заданного качества через первый усилитель И блока задания соотношения скоростей подключен к первому входу модели тиристорногo преобразователя ведомого электропривода, второй вход которой через четвертый блок коррекции 55 соединен с выходом четвертого сумматора, суммирующий вход которого через второй усилитель блока задания

91 4 соотношения скоростей подключен к второму выходу модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающий вход — к выходу модели тиристорного преобразователя ведомого электропривода, также подключенного к первому входу первого звена модели двигателя ведомого электропривода, подключенного вторым входом через пятый блок коррекции к выходу пятого сумматора, суммирующий вход которого через третий усилитель блока задания соотношения скоростей подсоединен к пятому выходу модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающий вход — к первому входу второго звена модели двигателя ведомого электропривода, которое вторым входом через шестой блок коррекции соединено с выходом шестого сумматора, суммирующий вход котОрого через четвертый усилитель блока задания соотношения скоростей подключен к шестому выходу модели ведущего электропривода заданного качества, вычитающий вход — к выходу второго звена модели двигателя ведомого электропривода, входы релейного регулятора ведомого электропривода-через седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый блоки коррекции соединены соответственно с выходами седьмого, восьмого, девятого, - десятого, одиннадцатого, двенадцатоrо сумматоров, суммирующие входы которых подключены соответственно к выходу модели тиристорного нреобразователя ведомого электропривода, к выходу первого звена модели двигателя ведомого .электропривода, к выходу второго звена модели двигателя ведомого электропривода, через пятый усилитель блока задания соотношения скоростей — к выходу датчика напряжения ведущего электропривода, через шестой усилитель блока задания соотношения скоростей — к выходу второго сумматора, через седьмой .усилитель блока задания соотношения скоростей — к выходу датчика скорости ведущего электропривода, вычитающие входы седьмого и десятого сумматоров подключены к выходу датчика напряжения ведомого электропривода, восьмого сумматорак выходу датчика тока ведомого электропривода, девятого и двенадцатоь о сумматоров — к выходу датчика скорости ведомого электропривода, одиннадцатого сумматора — к выходу восьмого.1136291 сумматора, подключенного к входу второго релейного элемента, связанного с входом по нагрузке модели двигате- ля ведомого электропривода и через второй инвертор подключенного к вхо- 5 ду первого звена модели двигателя ведомого электропривода.

На чертеже представлена блок-схема системы поддержания заданного со- отношения скоростей.

Система содержит ведущий электропривод, состоящий из последовательно ,соединенных релейного регулятора 1, тиристорного преобразователя 2, двигателя 3 постоянного тока и датчика

4 скорости, датчика 5 напряжения, подключенного к выходу тиристорного преобразователя 2, датчика 6 тока, включенного в якорную цепь двигателя 3, ведомый электропривод, состоя- 20 щий из последовательно соединенных релейного регулятора 7, тиристорного преобразователя 8, двигателя 9 постоянного тока и датчика 10 скорости, датчика 11. напряжения, подключенного 25 к выходу тиристорного преобразователя 8, датчика 12 тока, включенного в якорную цепь двигателя 9, а также двенадцать сумматоров 13 — 24, модель 25 ведущего электропривода за- 30 данного качества с шестью выходами— выводами фазовых координат (U

+ напряжение регулятора., U „ — напряжение тиристорного преобразователя, %

1 1 ток. якоря двигателя у I

М.

N1 — скорость двигателя), модель 26 тиристорного преобразователя ведомого электропривода, модель двигателя ведомого электропривода,составленную 40 из первого 27,-второго 28 и третьего

29 звеньев, блок задания соотношения скоростей, выполненный на семи усилителях 30 — 36 с переменным коэффициентом усиления, два релейных эле- 45 мента 37 и 38, два инвертора 39 и 40, двенадцать блоков 4 1 — 52 коррекции.

1....

Система поддержания заданного соотношения скоростей работает следующим образом.

Задающий сигнал; ы.11, определяемый необходимой скоростью ведущего электропривода, поступает на вход модели

25, которая формирует заданные фазовые координаты U,, 0», I», ц", веду- 55 щего электропривода. Фазовые коорди% наты 1„„,,, и Ы поступают на суммирующие входы сумматоров 13, 14 б и 15, на вычитающие входы которых поступают сигналы с выходов датчика

5 напряжения, датчика 6 тока и датчика 4 скорости ведущего электропривода. В сумматорах 13 — 15 вычисляются отклонения текущих значений фазовых координат U«, I„ Q, от желаемых 1 значений „,, 1», u ", . Блоки 41 — 52 коррекции выполняют функцию оптимизации сигналов отклонений. Сигналы отклонений через блоки 41, 42 и 43 коррекции поступают на вход релейного регулятора 1 ведущего электропривода, при этом исключением главной обратной связи основного контура и подачей задающего сигнала Я < только на вход модели 25 устраняются большие ошибки на входе релейного регулятора 1 ведущего электропривода, а использование всех фазовых координат позволяет при любых входном сигнале, параметрах ведущего электропривода обеспечить практически нуле вой сигнал на входе релейного регуля тора 1, т.е. обеспечить его работу в скользящем режиме. Для того, чтобы модель 25 формировала фазовую коор)динату3, с учетом нагрузки на в у двигателя 3 ведущего электропривода, сигнал с выхода сумматора 14, представляющий разность (1» — I,), через релейный элемент 37 заводится на вывод четвертой фазовой координаты модели,25, т.е. заводится на вход по нагрузке модели двигателя ведущего электропривода, а через релейный элемент 37 и инвертор 39 подается на вход первого звена модели двигателя ведущего электропривода, входящей в модель 25. Релейный элемент 37, работая в скользящем режиме, обеспечивает подачу на вход по нагрузке модели двигателя ведущего электропривода и на вход первого звена модели двигателя ведущего электропривода сигналов, пропорциональных нагрузке на валу двигателя 3 ведущего электропри1 вода, Это позволяет формировать фазо4 вую координату I „с учетом нагрузки на валу двигателя 3 и одновременно осуществлять компенсацию этой нагрузки в модели двигателя ведущего элект" ропривода, так как сигналы, заводимые на вход первого звена модели дви" гателя ведущего электропривода и на вход по нагрузке модели двигателя ведущего электропривода, находятся в противофазе.

1136291 8

Фазовая координата U модели 25

-через усилитель 32 с переменным коэффициентом усиления блока задания соотношения скоростей ведущего и ве домого электроприводов поступает на 5 вход модели 26 тиристорного преобразователя ведомого электропривода, а

Ф»", фазовые координаты U«Ä, Е«, 2«через усилители 33, 34 и 35 блока задания соотношения скоростей — на суммирующие входы сумматоров 16, 17 и 18.

Коэффициент усиления блока задания соотношения скоростей устанавливается в зависимости от необходимого соотношения 4)« и 63 . К вычитающим входам сумматоров 16 — 18 подключены

» фазовые координаты "Z„, 1 и Q2 модели 26 тиристорного преобразователя и модели двигателя (т.е. звенья 27, 28 и 29) ведомого электроприведа. 20

В сумматорах 16 — 18 вычисляются отклонения текуп;их значений фазовых

«« . «« координат 02„, lz и И модели 26 тиристорного преобразователя и звеньев 27 — 29 модели двигателя ведомого электропривода от-заданных значений, которые определяются как 10,„, иkQ

Сигналы отклонений через блоки

44 — 46 поступают соответственно на 30 вход модели 26 тиристорного преобразователя, вход первого звена 27 и вход второго звена 28 модели двигателя ведомого электропривода. При та ком включении фазовые координаты

U2 1 Ец 1 ц модели тиристорного пре образователя и модели двигателя ведомого электропривода с высокой точностью повторяют желаемые значения

kUz",62 и1«() «фазовых координат, 2п так как различие в параметрах моделей тиристорного преобразователя и двига-. теля ведущего электропривода и моделей тиристорного преобразователя и двигателя ведомого электропривода 45 компенсируется путем воздействия на входы соответственно модели 26 тиристорного преобразователя, первого зве на 27 и второго звена 28 модели двигателя ведомого электропривода сиг- и ««

« и) («Э

) H (kM Ы2).

Фазовые координаты Uz, I2 H QZ

« 4

7«« моделей тиристорного преобразователя и двигателя ведомого электропривода 55 являются желаемыми фазовыми координатами ведомого электропривода и поступают сна суммирующие входы сумматоров

19 - 21, на вычитающие входы которых поступают сигналы с выходов датчика

11 напряжения, датчика 12 тока и датчика 10 скорости ведомого электропривода. В сумматорах 19 — 21 вычисляются отклонения текущих значений фазовых координат Ug, Е2 и М2 от желаемых значений Б „, Iz и Я2. Сигналы откло» " Ф» некий через блоки 47 — 49 коррекции поступают на вход релейного регулятора 7 ведомого электропривода, куда, кроме того, поступают через блоки

50 — 52 коррекции сигналы с выходов сумматоров 22 — 24 . В сумматорах 22

;и 24 вычисляются отклонения фазовых координат U è,)« ведущего электропривода, пропущенных через усилители

30 и 36 блока задания соотношения скоростей, от фазовых координат U> и gz ведомого электропривода, т.е. (l U,„„- -Uz„) и- (И« -И2) . В сумматоре

23 сравниваются сигнал с выхода сумматора 14 и пропущенный через усилитель 31 блока задания соотношения скоростей и сигнал с выхода суммато-, ра 20, т.е.t k (1, -I«)-(1 — 1 )1. Следовательно, на вход регулятора 7 поступают отклонения фазовых координат. Это устраняет большие ошибки на его входе, а использование всех фазовых координат позволяет при любых параметрах ведомого электропривода обеспечить практически нулевой сигйал на входе релейного регулятора 7, т.е. обеспечить его работу в. скользящем режиме. Для того, чтобы фазовая координата 12 модели двигателя формировалась с учетом нагрузки на валу 9 ведомого электропривода, сигнал с выхода сумматора 20, представляющий разность (.1 -1 ), через релейный элемент 38 подается на вход пе- Harpysme модели двигателя ведомого электропривода, а через релейный элемент- 38 и инвертор 40 — на,вход первого звена 27 модели двигателя ведомого электропривода.

Релейный элемент 38, работая в скользящем режиме, обеспечивает пода1 чу на вход по нагрузке модели двигателя ведомого электропривода и на вход первого звена 27 модели двигателя ведомого электропривода сигналов пропорциональных нагрузке на валу этого двигателя. Это позволяет форми ровать фазовую координату Е» с уче2 том нагрузки на валу двигателя 9 и одновременно осуществлять компенса3136291

ППИППП Заказ 10299/43 гидаи 444 Подписное

Физазаа ППП Патеит", г. Уигород, уи.дроектиаа,4 цию этой нагрузки в модели двигателя ведомого электропривода,так как сигналы, подаваемые на вход первого звена 27 модели двигателя ведомого электропривода и на вход по нагрузке модели двигателя ведомого электропривода, находятся в противофазе.

Таким образом, предлагаемая система поддержания заданного соотношеР ния скоростей обеспечивает высокую точность стабилизации скоростей ведущего и ведомого электроприводов и их соотношение в статическом и динамическом режимах за счет организации скользящих режимов работы релейных регуляторов как в динамике, так и в статике, а также благодаря испольэо". ванню всех фазовых координат электроприводов.