Самонастраивающаяся система управления

 

1 . САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, первый регулятор, усилитель мощности , электродвигатель с установленными на нем датчиком тока,.датчиком скорости, датчиком ЭДС и датчиком тока возбуждения, упругую механическую передачу, соединенную с технологическим механизмом, выходом подключенным к датчику скорости механизма, блок возбуждения, датчик упругого момента, соединенный с упругой механической передачей, задатчик, три интегратора, второй, третий,, четвертый и пятый сумматоры, выход датчика тока возбуждения соединен с первым входом блока возбуждения , выход которого соединен с входом обмотки возбуждения электродвигателя , выход датчика скорости которого соединен с первыми входами первого,.второго и третьего сумматоров , выход первого интегратора соединен с вторым входом второго сумматора, отлича.ющаяся тем, что, с целью повышения качест-. ва и точности регулирования, в нее введены три корректирующих усилителя , коммутатор и второй регулятор , первый вход которого соединен с вторым входом блока возбуждения и первым выходом задатчика, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами второго регулятора, четвертый вход которого соединен с первым входом второго интегратора, выходом датчика упругого момента, первым входом четвертого сумматора и перi вым выходом коммутатора, первый вход которого соединен с выходом третье (Л го интегратора, первый вход которого соединен с выходом третьего сумматора и пятым входом второго регулятора , шестой вход которого соединен с вторым входом первого рег-улятора, первым входом первого интегратора и выходов датчика тока электродвигаCAD теля, датчик скорости которого соесх динен с седьмым входом второго регулятора , восьмой вход которого сое сх динен с вторым входом третьего интегратора и вторым выходом коммута тора, второй вход которого соединен с четвертым выходом задатчика, выход первого корректирующего усилителя соединен с вторым входом второго интегратора и девятым входом второго регулятора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами первого сумматора, выход датчика ЭДе соединен с третьим входом первого регулятора, четвёртый вход которого соединен с вторым входом перво

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(51 С 05 В 13 02

С СОР ВАМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 356 7831/24 — 24 (22) 24.03.83 (46) 07.02.85. Бюл. Р 5 (72) Р.А. Орещенко (71) Новокузнецкое отделение Ордена

Трудового Красного Знамени всесоюзного научно-исследовательского проектного института "Тяжпромэлектро— проект" им. Ф.Б. Якубовского (53) 62-50(088.8)

- (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 962852, кл. G 05 В 13/04, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

N- 941923, кл . G 05 В 11/01, 1980 (прототип). (54) (57) 1. САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последова— тельно соединенные первый сумматор, первый регулятор, усилитель мощности, электродвигатель с установленными на нем датчиком тока,.датчиком скорости, датчиком ЭДС и датчиком тока возбуждения, упругую механическую передачу, соединенную с технологическим механизмом, выходом подключенным к датчику скорости механизма, блок возбуждения, датчик упругого момента, соединенный с упругой механической передачей, задатчик, три интегратора, второй, третий,. четвертый и пятый сумматоры, вы— ход датчика тока возбуждения соединен с первым входом блока возбуждения, выход которого соединен с входом обмотки возбуждения электродвигателя, выход датчика скорости которого соединен с первыми входамИ первого,.второго и третьего сумматоров, выход первого интегратора соединен с вторым входом второго сумматора, о т л и ч а.ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качест-. ва и точности регулирования, в нее введены три корректирующих усилителя, коммутатор и второй регулятор, первый вход которого соединен с вторым входом блока возбуждения и первым выходом задатчика, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами второго регулятора, четвертый вход которого соединен с первым входом второго интегратора, выходом датчика упругого момента, первым входом четвертого сумматора и первым выходом коммутатора, первый вход которого соединен с выходом третье—

ro интегратора, первый вход которого соединен с выходом третьего сумматора и пятым входом второго регулятора, шестой вход которого соединен с вторым входом первого регулятора, первым входом первого интегратора и выходом датчика тока электродвигателя, датчик скорости которого соединен с седьмым входом второго регулятора, восьмой вход которого сое— динен с вторым входом третьего интегратора и вторым выходом коммутатора, второй вход которого соединен с четвертым выходом задатчика, выход первого корректирующего усилителя соединен с вторым входом второго интегратора и девятым входом второ го регулятора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами первого сумматора, выход датчика

ЗДС соединен с третьим входом первого регулятора, четвертый вход которого соединен с вторым входом перво1138787 го интегратора и выходом второго корректирующего усилителя, вход которого соединен с выходом второго сумматора, выход датчика скорости соединен с вторым входом третьего сумматора и первым входом пятого сумматора, .îâòîðîé вход которого .соединен с выходом второго интегратора, выход пятого сумматора соединен с входом первого корректирующего усилителя, третий выход коммутатора соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с входом третьего корректирующего усилителя, выход которого соединен с третьим входом коммутатора.

2. Система по.п. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что второй регулятор содержит интегратор, блок дифференцирования, два сумматора, усилитель, четыре блока модуля, три функциональных преобразователя, два корректирующих усилителя, пять компараторов и три управляемых ключа, при этом первый вход второго регулятора соединен с первым входом первого сумматора, последовательно с которым соединены усилитель, второй сумматор и блок дифференцирования, выход которого соединен с первым выходом второго регулятора, второй выход которого соединен с первым входом первого компаратора, вторым входом первого сумматора и выходом

1 интегратора, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго корректирующих усилителей, второй и третий входы второго регулятора соединены соответственно с первым и вторым входами первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя, второй вход которого соединен с выходом

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления промьппленными электроприводами, в которых связь с объектом первого функционального преобразователи, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, четвертый вход второго регулятора соединен с первым входом второго компаратора и входом первого блока модуля, выход которого соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, первый вход которого соединен с входом третьего функционального преобразователя,,выходом второго блока модуля и вторым входом первого функционального преобразователя, пятый вход второго регулятора соединен с входом третьего блока модуля, выход которого соединен с вторым входом второго функционального преобразователя, шестой вход второго регулятора соединен с первым входом четвертого компаратора и входом четвертого блока модуля, выход которого соединен с первым входом пятого компаратора, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, седьмой вход второго регулятора соединен с входом второго блока модуля и вторыми входами второго и четвертого компараторов, выходы которых соединены .с управляющими входами соответственно второго и третьего ключей, восьмой и девятый входы второго регулятора соединены с вторыми входами соответственно блока дифференцирования и интегратора, первый и второй выходы третьего компаратора соединены соответственно с первым и вторым входами второго ключа, выход которого соединен с входом второго корректирующего усилителя, первый и второй выходы пятого компаратора соединены соответственно с первым и вторым входами третьего ключа, выход которого соединен с входом первого корректирующего усилителя. осуществляется с помощью упругой механической передачи и имеют место изменения момента инерции на валу двигателя, жесткой упругой механиз 11387 ческой передачи, моментов нагрузки и инерции объекта; в роботостроении (в системах управления приводами рабочих органов манипуляционных Ро— ботов), в системах управления приво5 дами главного движения металлорежущих станков, в металлургии (в системах управления приводами моталок и прокатных валков непрерывных прокатных станков, главными приводами обжимных и толстолистовых станов и т.д.) .

Известна самонастраивающаяся система управления, содержащая после— довательно соединенные задатчик, 15 первый сумматор, регулятор, усили— тель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиком регулируемой координагы и датчиком тока, выход которого через последователь20 но 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 второго блока умножения, выход датчика регулируемой координаты ,соединен с вторым входом первого

30 сумматора и вторым входом четверто— го сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные третий интегратор, пятый сумматор и блок деления, второй вход которого соединен с выходом второго интегра— тора, а выход — с вторым входом второго сумматора, выход первого блока умножения подключен к входу третьего 40 интегратора, выход датчика регулируемой координаты подключен к второму входу пятого сумматора (1 ).

Недостатком такой системы является отсутствие самонастройки от 45 вариаций момента нагрузки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является система управления объектом с упругими связями, содержащая последовательно соединенные задатчик, регулятор, исполнительный механизм, подключенный к объекту, выход которого через последовательно соединенные датчик, идентификатор состояния объекта, первый измеритель ошибки и формирователь сигнала управления, выход которого подключен к второму входу

87 4 регулятора, выход которого подключен к второму входу идентификатора состояния объекта, второй выход которого через сумматор соединен с третьим входом регулятора, первый вход которого соединен с вторым входом первого измерителя ошибки, последовательно соединенные второй измеритель ошибки, формирователь сигнала коррекции и блок масштабных коэффициентов, выход которого подключен к третьему входу идентификатора состояния объекта, третий выход которого соединен с первым входом второго измерителя

GIUH6KH BTGPGH HxGP, EGTQPGI о соеДинен с выходом датчика, а второй вход формирователя сигнала коррекции с выходом первого измерителя ошибки (2 ).

В известной системе требуемая динамика обеспечивается за счет корректирующего сигнала, формируемого сумматором и поступающего на вход регулятора основного контура, т.е. без перестройки регулятора основного контура. Поэтому известная система обладает ограниченными возможностями для объектов с изменяюшимися параметрами, а следовательно невысокими качеством и точностью регулирования.

Цель изобретения — повышение качества и точности регулирования.

Поставленная цель достигается. тем, что в самонастраивающуюся систему управления, содержащую последовательно соединенные первый сумматор, первый регулятор, усилитель мощности, электродвигатель с уста- . новленными на нем датчиком тока, датчиком скорости, датчиком ЭДС и датчиком тока возбуждения, и упругую механическую передачу, соединенную с технологическим механизмом, выходом подключенным к датчику скорости механизма, блок возбуждения, датчик упругого момента, соединенный с упругой механической передачей, задатчик, три интегратора, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры, выход датчика тока возбуждения соединен с первым входом блока возбуждения, выход которого соединен с входом обмотки возбуждения электродвигателя, выход датчика скорости которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего сумматоров, выход первого интегратора соединен с вторым входом второго сум-.

1 t 38787 матора, введены три корректирующих усилителя, коммутатор и второй регулятор, первый вход которого соединен с вторым входом блока возбуждения и первым выходом задатчика, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами второго регулятора, четвертый вход которого соединен с первым входом второго интегратора, выходом 10 датчика упругого момента, первым входом четвертого сумматора и первым выходом коммутатора, первый вход которого соединен с выходом третьего интегратора, первый вход которого 15 соединен с выходом третьего сумматора и пятым входом второго регулятора, шестой вход которого соединен с вторым входом первого регулятора, первым входом первого интегратора и выходом 20 датчика тока электродвигателя, датчик скорости которого соединен с седьмым входом второго регулятора, восьмой вход которого соединен с вторым входом третьего интегратора и вторым 2S выходом коммутатора, второй вход которого соединен с четвертым выходом задатчика, выход первого корректирующего усилителя соединен с вторым входом второго интегратора щ и девятым входом второго регулятора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами первого сумматора, выход датчика ЭДС соединен с третьим входом первого регулятора, четвертый вход которого соединен с вторым входом первого интегратора и выходом второго корректирующего усилителя, вход которого соединен с выходом 4О второго сумматора, выход датчика скорости технологического агрегата соединен с вторым входом третьего сумматора и первым входом пятого. сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, выход пятого сумматора соединен с входом первого корректирующего усилителя, третий выход коммутатора соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с входом третьего корректирующего усилителя, выход которого соединен с третьим входом коммутатора.

Кроме того, второй регулятор содержит интегратор, блок дифференцирования, два сумматора, усилитель, четыре блока модуля, три функциональных преобразователя, два корректирующих. усилителя, пять компараторов и три управляемых ключа, при этом первый вход второго регулятора соединен с первым входом первого сумматора, последовательно с которым соединены усилитель, второй сумматор и блок дифференцирования, выход которого соединен с первым выходом второго регулятора, второй выход которого соединен с первым входом первого компаратора, вторым входом первого сумматора и выходом интегратора, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго корректирующих усилителей, второй и третий входы второго регулятора соединены соответственно с первым и вторым входами первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, четвертый вход второго регулятора соединен с первым входом второго компаратора и входом первого блока модуля, выход которого соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, первый вход которого соединен с входом третьего функционального преобразователя, выходом второго блока модуля и вторым входом первого функционального преобразователя, пятый вход второго регулятора соединен с входом третьего блока модуля, выход которого соединен с вторым входом второго функционального преобразователя, шестой вход второго регулятора соединен с первым входом четвертого компаратора и входом четвертого блока модуля,.выход которого соединен с первым входом пятого компаратора, второй вход которого соединен с выхо-: дом третьего функционального преобразователя, седьмой вход второго регулятора соединен с входом второго блока модуля и вторыми входами второго и четвертого компараторов, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго и

11387 третьего ключей, восьмой и девятый входы второго регулятора соединены с вторыми входами соответственно блока дифференцирования и интегратора, первый и второй выходы третьего компаратора соединены соответственно с первым и вторым входами второго ключа, выход которого соединен с выходом второго корректирующего усилителя, первый и второй выходы пято- 10 го компаратора соединены соответственно с первым и вторым входами третьего ключа, выход которого соединен с входом первого корректирующего усилителя. 15

Связь между скоростью с 1, моментом Мэ(или током i ) электродвигателя, упругим моментом Л механической передачи, скоростью мэ механизма (технологического 20 агрегата) и статическим моментом

Ис на валу механизма описывается уравнениями

Юэ(4)™ (<) К Ф(Ц1(1)-Л1 (<) з э Э (1) Э Н) (<)

М (<)- М (t)

ЬО (t) = сИ; м Э2 (1)

Ф ж а ; (ь)

1(1) (,И) (t) — dK; (1) е, (с.) ,()- () „()

dt, (в) М (t) являются адекватными.. В дальнейшем будем использовать .Уравнения (6) (8).

Переходя к изображениям Лапласа уравнений (6) — (8) для конкретных значений г, 3, и 3 и г реоб1 разовывая их, получим э(р) (9)

1(p) „(р)

hA (p) 9 р м () г с

43 (Р) м (р)-Р р

Уравнения (9) — (11) определяют

С связь (передаточные функции) между кооРдинатами 1(Р), ы (P), Щ (р) и ыс,(p) системы для нулевых начальных условий.

87 8

Р, (t), опредсляемая уравнением (5), 2 учитывает влияние на скорость механизма Величин Э2 i t) и

Введем переменные 1 и (2 on1

7 ределяемые соответственно уравнениями

К ф®1(Ц-М (Ц ()- Ж „,(,)

1 1„()

М,(tj-,(<) М,(11

И=я (l= d (ь)

2 (2 (t)

Величина 1„(1) определяемая урав — 5 нением (4), учитывает влияние на скорость электродвигателя величин

3 (1), Ф(+), M (й), а величина где З1(k)—

Ф (г.)

К

2( с() с(1) момент инерции электродвигателя;

35 поток возбуждения электродвигателя; коэффициент пропорциональности между током и потоком возбуждения электродвигателя; момент инерции механизмас величина, обратно пропорциональная жесткости с(Ф) упругой механической пере-45 дачи.

На фиг. 1 приведена схема самонастраивающейся системы управления; на фиг. 2 — схема второго регулятора.

Система содержит первый сумматор 1, первый регулятор 2, усилитель 3 мощности, электродвигатель 4 с установленными на нем датчиком

5 тока, датчиком 6 скорости, датчиком 7 ЭДС и датчиком 8 тока возбуждения, упругую механическую передачу 9, технологический механизм 10, датчик 11 скорости механизма блок о

Э

12 возбуждения, датчик 13 упругого момента, задатчик 14, первый интегратор 15, второй интегратор 16, третий интегратор 17, второй сумматор 18, третий сумматор 19, четвертый сумматор 20, пятый сумматор 21, обмотку 22 возбуждения, первый 23, второй 24 и третий 25 корректирующие усилители, коммутатор 26 и второй регулятор 27.

Первый регулятор 2 содержит пропорциональное звено 28, блок 29 умно11387

9 жения, шестой сумматор 30, пропорционально-интегральное звено 31 и седьмой сумматоу 32.

Второй регулятор 27 содержит интегратор 33, блок 34 дифференцирова- 5 ния, восьмой 35 и девятый 36 сумматоры, усилитель 37, первый 38, второй 39, третий 40 и четвертый 41 бло" .ки модуля, первый 42, второй 43 и третий 44 функциональные преобра- 10 зователи, четвертый 45 и пятый 46 корректирующие усилители, первый

47, второй 48, третий 49, четвертый

50 и пятый 51 компараторы и первый

52, второй 53, третий 54 управляемые 15 ключи

В качестве технологического механизма 10 могут использоваться, например, рабочие валки прокатной клети. При этом роль упругой механи †ческой передачи 9 играет шпиндель, соединяющий вал электродвигателя 4 с прокатными валками.

В качестве датчиков 6 и 11 скорости могут использоваться, например, тахогенераторы или импульсные датчики угла поворота. На выходе датчика 11 скорости наблюдается сигнал и К где ш — скорость механизма (прокатного валка), а коэффициент передачи датчика 11 скорости. На выходе датчика 6 скорости наблюдается сигнал ю IC, где мэ скорость вала электродвигателя, а К - коэффициент передачи датчика 5

6 скорости.

Датчик 13 упругого момента может быть выполнен, например, на тензометрических элементах. На выходе

40 датчика 13 наблюдается сигнал N k1 где М . — упругий момент, а k коэффициент передачи датчика 13.

Электродвигатель 4 представляет

45 собой двигатель постоянного тока независимого возбуждения.

Датчик 5 тока электродвигателя

4 обеспечивает на своем выходе сигнал 1К, где 1 — ток электродвигателя, а К вЂ” коэффициент передачи датчика 5.

Датчик 7 ЭДС (электродвижущей силы) электродвигателя 4 формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный ЭДС по сигналам датчика 6 скорости и датчика 8 тока возбуждения. При этом коэффициент передачи сдатчика 7 выбирается из условия

87 равенства (1) произведения коэффициента усиления усилителя 3 мощности и коэффициента передачи датчика 7 ЭДС.

Датчик 8 тока возбуждения обеспечивает на своем выходе сигнал, пропорциональный току возбуждения электродвигателя 4.

Усилитель 3 мощности обеспечивает усиление выходного канала в соответствии с передаточной функцией м

®„„(р) = " 1 (а)

P где К и Т вЂ” коэффициент передачи и постоянная времени усилителя 3 мощности.

Если передаточную функцию пропорционально-интегрального звена 31 принять R (р+

+ (P)= - Р )

<я ТК К р

2 Т м где R u T — активное сопротивлеЯ ние и постоянная времени якорной цепи электродвигателя 4 ; и С 2 — коэффициенты, то передаточная функция %1.(р) контура регулирования тока якоря примет вид ф (р) (14) ,„2

01

К„ т р + 2 т, 2 2 2

i 1

Блок 29 умножения обеспечивает умножение выходного сигнала пропорционального звена 28 на величину

1„(К1.Д ),поступающую на его второй вход с четвертого входа регулятора 2. При этом, если коэффициент передачи пропорционального звена

28 принять

1Ь= Ц С1 т (1 1 2 то передаточная функция 9l (p) контура регулирования скорости Ыэ электродвигателя 4 примет вид

,(И3 В

1 р + T р +м м Т +1

2 1 2 р

Подставляя в .полином знаменателя передаточной функции (16) новую переменнуЮ S = ы2 Тр, получим нормированное значение характеристического полинома передаточной функции (16)

5 tot 5 +а 5+1 -(П

1I 113878

Выражение (:17) показывает, что требуемая динамика контура регулирования скорости с, задается с помощью соответствующего выбора коэффициентов и„ и ol и подстав- 5 ки их в передаточные функции (13) и (15) .

Сумматор 1 обеспечивает суммирование сигнала u k, поступающего на его первый (инверсный) вход, с 10 сигналами задания, поступающими на второй и третий входы сумматора 1.

При этом передаточная функция по скорости u)э относительно второго (или третьего) входа сумматора 1 имеет вид (16).

Интеграторы 15 — 17 имеют регули— руемые постоянные интегрирования и обеспечивают интегрирование величин, поступающих соответственно 20 на их первые входы. При этом величины их постоянных интегрирования определяются соответственно сигналами, поступающими на их вторые входы. 25

Корректирующие усилители 23-25 обеспечивают преобразование и усиление сигналов, поступающих соответственно на их входы. Закон преобра- 3О зования зависит от требований к точности вычисления параметров и 1 . В ряде случаев достаточно

3 пропорционального закона преобразования. Для высоких требований к точности вычислений закон преобразования корректирующих усилителей должен включать в себя интегральную составЛяющую.

Задатчик 14 обеспечивает на своих 40 выходах 1-4 соответственно сигналы

U = 3с Кс / Кт где, — pe6yeMoe значение скорости вала электродвигателя 4 (механизма 10), N P и М требуемые значения упругого момента соответственно при разгоне и торможении механизма.

Регулятор 27 обеспечивает управление упругим моментом ф при раз- S0

3 гоне и торможении механизма 10 в соответствии с динамическими характеристиками контура регулирования скорости .электродвигателя 4, определенными передаточной функцией (16) и осуществляет функции контроля и ограничения тока электродвигателя 4 и момента упругого

7 12

Му в случае превышения последними допустимых уровней.

В статическом режиме (отсутствуют режимы разгона или торможения механизма и величины j и ф не прех восходят допустимых уровней) на первом выходе регулятора 27 наблюдается нулевой сигнал, а на втором — повторяется сигнал U поступающий на его первый вход.

Динамический режим разгона механизма наблюдается, когда сигнал U превьш ает по модулю сигнап на втором выходе регулятора 27. В этом режиме на первом выходе регулятора 27 обеспечивается сигнал U (р)= с рКс Wp(p), К, М,(р) а на втором-Ц (j= Слсдоваь P тельно, передаточная функция %>„(р) регулятора 27 для режима разгона механизма имеет вид Ч () 5 (р ь (р) Кс ((=, .,р

Кс с P +" (18)

Б периоды времени, когда разность ц -1ц ) р 1 где /Ь вЂ” коэффиМ К

6 ) 1 циент усиления усилителя 37,, передаточная функция регулятора 27 принимает вид ) (Р2+1

4 (P)= — - (19)

P с 0 рК K (р т

Динамическ и режим торможения механизма наблюдается, когда сигнал

U меньше по модулю сигнала U

В этом режиме на первом выходе pery лятора 27 обеспечивается сигнал

U5 (Р1= Рс р Kñ Мт (p) ° на втор

-Ц (P) с т . Следовательно, КМ (P) ь передаточная функция регулятора 27 будет описываться выражением (17), U2 (P) нужно использовать сигнал () (р)..

В периоды времени, когда разйость

) q I- (()6 I < —— К т передаточная

М функция регулятора 27 принимает виц (18) .

Поскольку ф выбирается величиной весьма большой, .то составляющая переходного процесса, обусловленная корнем, быстро затухает и может

14

11 38787

Функциональный преобразователь

4.3 обеспечивает на своем выходе величину, изменяющуюся в функции сигнала, поступающего на его второй вход, при этом масштаб функции (выходной величины функционального преобразователя 43) определяется сигналом, поступающим на первый вход функционального преобразователя 43. Функция, реализуемая функциональным преобразователем 43, уменьшается с увеличением аргумента.

Характер уменьшения зависит от динамических характеристик объекта и системы управления. В первом приближении функция может быть реализована, как линейно уменьшающаяся с ростом аргумента.

Функциональный преобразонатель

44 реализует зависимость = (и,) которая приводится в клиентском формуляре для электродвигателя 4. Величина 1 характеризует максимально допустимый ток электродвигателя

Корректирующие усилители 45 и 46 обеспечивают усиления и преобразования.сигналов, поступающих соответственно. на их входы. Законы преобразования входных сигналов усилителей 45 и 46 зависят от требований к точности ограничения величин и М . В большинстве случаев достаточно пропорциональных законов преобразования входных сигналов, более высокие требования к точности ограничения величин 1 и М> на заданном уровне можно обеспечить, вводя операции дифференцирования в законы преобразования входных сигналов усилителей 45 и 46. В случае пропорциональных законов преобразования функции корректирующих усилителей 45 и 46 могут выполнять соответственно компараторы 51 и 49. При этом схема регулятора

30 не рассматриваться н переходном процессе. В результате получим

R, „(P) = Р 6,1(Р)

Вид функции, реализуемой функциональным преобразователем 42, определяется характеристиками электродвигателя 4 и технологического процесса, обуславливаемого самонастраивающейся системой управления.

В большинстве случаев указанная функ- 10 ция имеет отрицательную производную.

27 может быть упрощена за счет ис— ключения из нее корректирующих усилителей 45 и 46.

Рассмотрим работу системы в динамическом режиме на примере .разгона механизма 10 (электродвигателя 4) до новой установившейся скорости. Режим разгона в системе начинается с момента увеличения по модулю (например, скачком) сигнала 0 на первом входе задатчика 14. При этом на втором выходе задатчика 14 наблюдается сигнал 02 = Кт Мр, содержащий информацию о требуемом значении Ph,р момента упругого М н процессе разгона.

Передаточная функция lд(р) для момента упругого по второму (или третьему) входу регулятора 27 определится выражением м (р) К с(P) з1(Р) с(P) > (2О) де 6f> (Р) (с (p) H Vl „(p) — передаточные функции, определяемые уравнениями (10), (16) и (17) .

Уравнение (1 9) показывает, что в процессе разгона механизма 10 поведение М> будет определяться динамическими характеристиками передаточной фУнкции 1Яс(Р) и не зависит от вариаций параметров и (,, так как в системе управления непрерывно осуществляется определение фактических значений параметров

1, 1 и, и обеспечивается соответствующая перестройка параметров регуляторов 2 и 27 практически син— хронно с вариациями параметров и 1с . Это обеспечивает благодаря тому, что время определения значений 1 „, 1 2 H c раз меньше времени переходного процесса системы, определяемого передаточной функцией 4I (р),.

По мере разгона механизма 10 с заданным значением момента упругого сигнала Ue на втором выходе регу— лятора 27 возрастает, .приближаясь к значению сигнала U . В момент

Р т времени, когда (0„(- ((1 )=, переда6 точная функция % (р1 принимает вид с

1 ((р)= pW (p), и система в момент наступления равенства LI = U

1138787

5

55 возвращается в статическое состояние, соответствующее новому, установившемуся значению скорости Ш„А.

Работа системы управления в ре— жиме торможения механизма 10 подобна работе, для режима разгона.

Рассмотрим динамический режим работы системы, обусловленный возмущающими воздействиями, например, изменением момента нагрузки на валу механизма 10. Изменение момента нагрузки на валу -механизма 10 приводит к изменению и>, М„ и ur и соответствующими. изменениями параметров Г, и 0 . Изменение параметра Е1 приводит к перестройке регулятора 2, вызывая изменения тока », стабилизирующие скорость и, в конечном итоге, скорость 04, механизма. При этом регулятор

27 непрерывно следит за текущим значением М» . Если изменения момента нагрузки на валу механизма носят плавный характер, то, как правило, стабилизирующий эффект, обусловленный перестройкой регуля— тора 2, является достаточным для стабилизации скорости и»А» .

Быстрые и значительные по амплитуде изменечия момента нагрузки на валу механизма вызывают выход М за допустимые (контролируемые регуля— тором 27) значения. В данном случае в работу вступает регулятор 27, который, корректируя свои. выходные сигналы, изменяет скорость так, чтобы противодействовать росту модуля М>, резко уменьшая коле— бательность М при.переходе к новому установившемуся значению. Характер перехода М к новому установившемуся значению зависит от полосы пропускания (частоты среза) передаточной функции 9I (Р) . Если полоса пропускания перекрывает

I значение, то характер пере2 с ходного процесса Му будет определяться динамическими характеристиками передаточной функции Щ (р).

Поэтому при конструировании системы необходимо добиваться наименьшего значения параметра Т передаточной функции Я (р), а конструктивные параметры механизма 10, определяющие значения k< и 0, должны выбираться (проектироваться) так, 1 чтобы значение частоты,пере2 крывалось полосой пройускания передаточной функции 9/ (р).

Рассмотрен динамический режим работы, обусловленный изменением момента нагрузки на валу механизма.

Порядок работы системы остается аналогичным и для других возмущаю»цих Воздеиствии (1, 2, с и ф и т.д.), так как изменения последних распознаются системой через соответствующие изменения обобщенных параметров », Р2, Р и М,, Регулятор 27 непрерывно контролирует модуль тока i электродвигате-. ля 4. Если модуль тока j по каким-либо причинам, как правило аварийным, начнет превосходить допустимые значения, то регулятор 27, корректируя свои выходные сигналы, противодействует выходу тока за допустимые пределы. Если причина, вызывающая увеличения модуля .тока 1, самоустраняется, то регулятор 27 автоматически возвращает систему в исходное состояние на заданный уровень скорости.

Рассмотрим работу регулятора 27.

Регулятор может работать в четырех динамических режимах: разгона, торможения, ограничения момента упругого М и ограничения тока двигателя.

Динамический режим разгона наступает, когда сигнал О,, поступающий на первый вход регулятора 27, превзойдет по модулю сигнал U< присутствующий на его втором выходе. Допустим, что в исходном состоянии (статическом) на первом входе и втором выходе присутствовали положительные сигналы, 0 = Ug . В момент увеличения сигнала 0 (например, скачком) на выходе сумматора

35 и усилителя 37 появляются положительные сигналы. На выходе компаратора 47 обеспечивается сигнал

"логической 1" и подключается первый вход ключа 52 к его выходу.

Сигнал U2 с второго входа регулятора 27 через функциональный преобразователь 42 поступает на второй вход усилителя 37, определяя уровень ограничения выходного сигнала усилителя 37. Выходной сигнал усилителя 37, проходя сумматор 36, дифференцируется блоком 34, интегрируется интегратором 33 и поступает соответственно на первый и второй

113878

Динамический режим ограничения

М в регуляторе 27 наступает, когда сигнал на первом входе компаратора

49 превзойдет сигнал, поступающий на его второй вход; При этом на пер- 3> вом и втором выходах компаратора 49 появляются соответственно положительный и отрицательный сигналы, равные по модулю. Компаратор 48 и ключ 53 подключают вход корректирую- 40 щего усилителя 46 к первому или вто— рому выходу компаратора 49 соответственно при отрицательном и положительном значениях сигнала М k „, присутствующего на четвертом входе регулятора 27. Выходной сигнал ком— паратора 49, проходя корректирующий усилитель 46 и сумматор 36, дифференцируется блоком 34, интегрируется интегратором 33 и поступает соответ- ственно на первый и второй выходы регулятора 27. Изменения выходных сигналов регулятора 27 приводят к уменьшению модуля сигнала М > К, поступающего на его четвертый вход, и исчезновению сигналов на выходах компаратора 49. Выходной сигнал интегратора 33, поступая на второй

17 выходы регулятора 27. На выходе интегратора 33 наблюдается линейно растущий сигнал, пока усилитель

37 находится в состоянии насыщения.

Сигнал на выходе сумматора 35 линей-. 5 но уменьшается, приближаясь к нулю.

В момент дс0тижения выходным сигналом сумматора 35 значения Ф P-

К М

Д усилитель 37 выходит из насыщения и происходит согласование сигналов

LI и 0 . В момент равенства1 о регулятор 27 возврашается в статическое состояние.

Динамический режим торможения в регуляторе 27 наступает в момент нарушения равенства U = U путем уменьшения (например, скачком) модуля сигнала Д„ . При этом на выходе компаратора 47 обеспечивается сигнал 20 логического "G", и уровень ограничения выходного сигнала усилителя 37 будет определяться сигналом U поступающим на третий вход регулятора 27. В режиме торможения модуль 25 выходного сигнала интегратора 33 линейно уменьшается. В остальном работа регулятора 27 в режиме торможения подобна его работе в режиме разгона. 30

18 вход сумматора 35, обеспечивает согласование сигналов U и Ц

В момент. наступления равенства

= Ug регулятор 27 возвращается в статическое состояние.

Динамический режим ограничения тока 1 двигателя в регуляторе 27 наступает, когда сигнал на первом входе компаратора 51 превзойдет сигнал, поступающий íà его второй вход.

При этом на первом и втором выходах компаратора 51 появляются соответственно положительный и отрицательный сигналы, равные по модулю.

Компаратор 50 и ключ 54 подключают вход корректирующего усилителя

45 к первому или второму выходу компаратора 51 соответственно при отрицательном и положительном значениях сигнала 1Кт, присутствующего на шестом входе регулятора 27 ° Выходной сигнал компаратора 51 проходя корректирующий усилитель 45 и сумматор

36, дифференцируется блоком 34, интегрируется интегратором 33 и поступает соответственно на первый и второй выходы регулятора 27. Изменение выходных сигналов регулятора 27 приводит к уменьшению модуля сигнала К, поступающего на его шестой вход, и исчезновению сигналов на выходах компаратора 51. Выходной сигнал интегратора 33, поступая на второй вход сумматора 35, обеспечивает согласование сигналов 01 и U . В момент наступления равенства L! = О регулятор 27 возвращается в статическое состояние.

Возможны случаи, когда указанным динамическим режимам предшествует не статический, а один из динамических р ежимо в р ег уля тор а 2 7.

Существенные отличйтельные признаки (введение регулятора, кор— ректирующих усилителей и соответствующее изменение связей между элементами) предлагаемого устройства обеспечивают последнему положительный эффект: самонастройку от вариаций жесткости упругого элемента и момента инерции на его выходе.

Следствием положительного эффекта при применении предлагаемого устройства вместо известных является технико-экономический эффект. При этом величина экономического эффекта во многом определяется особенностями технологического процесса

1138787

19 и технологических агрегатов, для управления которыми используется предлагаемое устройство. .Рассмотрим в качестве базового объекта широко используемые в металлургическом производстве для управления скоростью прокатных валков (главных приводов клетей) подчиненные системы управления с последовательной коррекцией. Экспериментальное исследование таких систем показало, что отсутствие в последних (как и в известном устройстве) самонастройки (настройки) для параметров упругой механической передачи и связанных с ней моментов инерции вызывает в кинематических передачах последних крутильные колебания. При этом амплитуда колебаний упругого момента может достигать

3 7 Мн где Мн — номинальный крутящий момент прокатного валка. Установлено, что. крутильным колебаниям соответствуют неустойчивые режимы прокатки: буксовка и незахват металла. Явления незахвата металла при прокатке приводят к увеличению некондиционной части, подлежащей обрезанию, переднего и заднего концов раската. Явление буксовки приводит к появлению в раскате бракованных участков, подлежащих вырезанию, или снижает качество (сортность) проката. Для обеспечения надежной работы электродвигателя в условиях крутильных колебаний пришлось усилить элементы якоря, имевшие недостаточный запас прочности. Кроме того, в ряде .случаев крутильные колебания приводят к поломке кинематических звеньев.

Для предотвращения аварийных ситуаций (поломок) в этих условиях

5 приходится в кинематическую цепь устанавливать предохранительные муфты, что усложняет и повышает стоимость технологического оборудования. Практически 90Х. разрушений

10 деталей машин имеют усталостный характер и происходят в результате действия, переменных динамических нагрузок, ярким примером которых являются крутильные колебания, 15 т.е. крутильные колебания снижают долговечность технологического оборудования.

Таким образом, применение предлагаемого устройства вместо базо20 вого в прокатном производстве, позволяет получить экономический эффект за счет удешевления конструкций электродвигателя и технологического оборудования (отпадает необ25 ходимость усиления элементов якоря электродвигателя и кинематических передач, не требуется установка предохранительных муфт) и увеличения срока эксплуатации электродвигателя и технологического оборудования; снижение расхода металла в обрезь (брак) и повышение качества (сортности) проката достигается ликвидацией неустойчивых режимов прбкатки. Повышение производительности технологического оборудования достигается сокращением простоев (аварий, замена элементов предохранительных муфт и т,д.).

1138787

11 38 78 7

Составитель П.Кудрявцев

Техред Л.Мартяшова Корректор Н. Король

Редактор P.Цицика

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская Ha6., д. 4/5

Заказ 10688/37

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