Система управления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН.

„,Я0„„1211688 А ав 4 G 05 В 11 00

21) 3764581/24-24

22) 02.07. 84 (46) 15.02.86. Бюп. 11 6 (71) Челябинский политехнический институт им.Ленинского комсомола (72) Л.И.Цытович и О.В.Одинцова . (53) 60-52 (088.8) (56) Гарнов В.К. и др. Унифицированные системы автоуправления электроприводом в металлургии.

M. Металлургия, 1977, с. 114, рис. 52.

Авторское свидетельство СССР

У 842722, кл, G 05 В 23/02, 1981.. (54) (57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательно соединенные источник задающего сигнала, первый сумматор, первый интегратор, первый релейныи элемент, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, первый демодулирующий фильтр, второй сумматор, второй интегратор, второй релейный элемент, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и через нормально замкнутый контакт первого ключевого элемента, второй демодулирующий фвльтр, вентильный преобразователь подключен к входу исполнительного электродвигателя с тахо- генератором, последовательно соединенные первый делитель частоты, вход которого соединен с выходом первого релейного элемента. первый пр опор ци онал ьно-диффер енцирующий регулятор, первый демодулятор, после довательно соединенные второй дели тель частоты, вход которого соеди нен с выходом второго релейного элемента, второй пропорциональнодифференцирующий регулятор, второй демодулятор, выходы первого и второго демодуляторов подключены соответственно к первому и второму входам блока логической функции

2И-НЕ, выход которого соединен с управляющим входом первого ключевогоо элемента, к трет ьим входам первого и второго сумматоров подключены соответственно через датчик напряжения выход тахогенератора и непосредственно выход датчика тока якоря электродвигателя, о тличающая ся тем, что, с целью повышения надежности, она содержит последовательно соединенные

1 второй ключевой элемент с нормапьно замкнутым контактом, фильтр, а пер вый ключевой элемент снабжен дополнительно нормально разомкнутым кон" тактом, вход и управляющий вход второго ключевого элемента подключены соответственно к выходам второго релейного элемента и блока ло гической функции 2И-НЕ, выход фильтра подключен к нормально разомкнутому контакту первого клю чевого элемента.

1211688

Изобретение относится к электроприводам и может использоваться при автоматизации технологических процессов.

Цель изобретения повьппение надежности системы управления.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - диаграммы его сигналов.

В состав устройства. (фиг. 1) входят источник .1 задающего сигнала (задатчик ускорения), первый

2 и второй 3 сумматоры, первый 4 и второй 5 интеграторы, первый 6 и второй 7 релейные элементы, первый 8 и второй 9 делители частоты, первый 10 и второй 11 пропорционально-дифференцирующие регуляторы, первый 12 и второй 13 демодуляторы, блок 14 логической функции 2 И-НЕ, демодулирующие фильтры 15 и 16, первый 17 и второй 18 ключевые элементы, фильтр 19 с резисторами

20 и 21 и конденсатором 22, вентильный преабраэователь 23, исполнительный электродвигатель 24, датчики

25 тока и напряжения 26, тахогенератор 27. Кроме. того, на фиг.1-3 введены следующие обозначения: х (t) - выходной сигнал блока 1;

xaa(t) - выходной сигнал блока 26; у (t) " выходной сигнал релейного, 6 элемента 6; у, (t) - выходной сигнал интегратора 4; у (t) - выходной сиг" нал делителя 8 частоты; у (t} - выходной сигнал блока.10; у (t) - напряжение на выходе бло ка 12 (у, () сигнал при наличии в блоке 12 демодулирующего фильтра ; у (t) - выходной сигнал bTðà 19; у () напряжение на выходе блока 14 2И-НЕ;

t - момент времени возникновения

4 в системе автоматического управления (САУ) неисправности; йп - момент времени "отклика" САУ на неисправность регулятора; T0 - период авто колебаний развертывакпцего операционного усйлителя; А - амплитуда выходных импульсов усилителя .

Источник 1 предназначен для формирования требуемого закона разгона (торможения) двигателя:24 и имеет передаточную функцию вида

Ч (р} /Т1, где Т - постоянная времени.

Сумматоры 2 и 3 выполнены с коэф" фициентом передачи Кп 1,0. Передаточная функция интеграторов 4, и 5: W„gp) = "/Тр.

Релейные элементы б и 7 имеют неинвертирующую петлю гистерезиса

5 и пороги переключения « $. Выходной сигнал элемента 6 и 7 неизменен по модулю амплитуды и может дискретно меняться по. знаку в.преде- лах + A.

Делители частоты 8 и 9 выполнены с коэффициентом деления 2,0. Регу ляторы 10 и 11 реализуют передаточ" ную функцию W . (р) Т р/ (Тз р+1) ) .

Демодуляторы 12 и 13 имеют функцию преобразования вида

y (t) = . к/y„ (t) где у, (t) - выходной сигнал демоду- лятора; у„,(й) - входной сигнал демодулятора; К- коэффициент передачи демодулятора.

Фильтры 15 и 16 предназначены для выделения полезной составляющей выходного сигнала развертывающего операционноro усилителя (РОУ) и имеют передаточную функцию, например, апериолического звена первого порядка

W i, e(p) = 1 (T p+-1) .

Кпючи 17 и 18 переходят в состо-, яние, противоположное показ анному на фиг. l, при наличии на выходе блока 14 сигнала логической .Фильтр 19 выполнен на пассивных . R-С компонентах 20-22 и реализует

35 передаточную функцию, фида Ч,1 (p) .

Вентильный преобразователь 23 служит дпя питания якорной цепи двигателя 24. Датчик 25 тока предназначен для преобразования тока

40 якорной цепи двигателя 24 в электрический сигнал заданной мощности.

Передаточная функция датчика 25 тока

W„(p) = K/(T„p 1)» где Т п- малая постоянная времени

45 блока 25, которая в диапазоне рабочих частот САУ может не учитываться.

Блоки 26 и 27 в совокупности образуют контур обратной связи. САУ

50 по скорости двигателя 24. Блок 26 имеет характеристику, аналогичную характеристике звена 25.

Система работает следующим образомм.

55 Блок 14 определяет темп разгона и торможения двигателя ..Регуляторы

САУ выполнены на основе РОУ (раэвер 1ыванпцих операционных усилителей) .

1211688

В состав первого усилителя входят блоки 2,4 и 6, а .второй - включает в себя звенья 3, 5 и- 7. Принцип действия первого и второго усилителей идентичен, а поэтому ограничимся рассмотрением развертывающего усилителя, состоящего из звеньев 2, 4и6, Усилитель (2, 4 и 6) представляет собой автоколебательную систему с частотно-широтно-импульсной модуляцией. Релейные элемент 6 имеет симметричные Отнбсительно нуля

САУ пороги переключения + В.Выходной сигнал блока 6 меняется дискретно в пределах +А.

При отсутствии сигналов на входах сумматора 2 выходной сигнал у», (t) интегратора 4 изменяется под действием выходного напряжения у (t) релейного элемента 6 (фиг.2, а)

При этом на выходе интегратора 4 формируется пилообразный сигнал с амплитудой, ограниченной на уровне+ В.

Выходной сигнал релейного. элемента

6 имеет sa период То автоколебаний

РОУ среднее нулевое значение.

Наличие сигнала x„(t) - x„(t) на выходе блока 2 вызывает измене"ние производной выходного сигнала интегратора 4 (фиг.2,б) .

В один полупериод автоколебаний производная развертки y (t) опреИ деляется разностью сигналов х> (t) -x (t) и у (t), а в другой полупериод - сумма этих напряжений.

В результате за время То постоянная составляющая импульсов у (й) достиг6 нет уровня, пропорционального сигналу рассогласования x„(t) - х (t) .

Дпя выделения полезной составляющей выходного сигнала РОУ служат фильтры 15 и 16, На практике обычно используются апериодические фильтры первого или второго порядка. Блок 1 формирует линейное напряжение, которое определяет темп разгона (тормо жения) двигателя 24. Звенья 25 (26 и 27) осуществляют преобразова ния фактических величин тока (блок25) и скорости (блоки 26 и 27) в пропорционапьные им сигналы обратных связей САУ.!

Усилитель (2, 4 и 6) выполняет функции регулятора скорости, выходной сигнал которого является заданием на ток двигателя 24, Усилитель (3, 5 и 7) реапизует функции регулятора тока, выходной сигнал которого управляет тиристорным преобразователем 23. При приложении статической нагрузки скорость двигателя 24 уменьшается и на выходе блока 15 появляется сигнал . задания на ток, соответствующий моменту нагрузки.

Частота автоколебаний развертывающих усилителей находится в пре делах 10-15 кГц» при которой постоянная времени демодулирующего фильтра с полным основанием может не учитываться, так как для области частот 50 Гц современных электроприводов (контур тока) демодулирующий фильтр представляет собой безинерционное звено. В этом случае

20 .усилитель является аналогом линейного операционного усилителя.

Учитывая, что параметры развертывающего усилителя выбираются таким образом, что для полосы пропускания системы управления он яв ляется безинерционным элементом.

В этом случае усилитель 2, 4 и 6 (фиг.1) эквивалентен регулятору скорости с резисторами Roc» R » R»,»

30 а усилитель 3,5 и 7 (фиг.1) выполняет функции регулятора тока с резисторами R<» R>, К,» и конденсатором.

Блоки 8, 10, 12 и 9, 11, 13 предназначены дпя диагностики ра— ботоспособности усилителей (2» 4 и 6 и 3, 5 и 7) соответственно. Принцип их действия следующий.

С помощью делителя 8 частоты

40 выходной сигнал релейного элемента

6 (фиг.2, а и 5) преобразуется в сигнал типа ".Иеандр" со средним . нулевым значением и с периодом, в

2 раза превышающим период импульсов

45 уб () (фиг.2» 6 и 2), Пропорционально дифференцирующий регулятор 10 имеет параметры, кото рые обеспечивают передачу переменной составляющей выходного сигнала делителя 8 частоты на вход демодулятора 12 практически без искажений (фиг,2» р ие)..

С помощью демодулятора 12 выходу ные импульсы у () (фиг.2, g ae) звена 10 выпрямляются (фиг.2, ж и y) а в случае необходимости фильтруются (фиг. 2» и и к), 1211688

Относительно параметров демодулирующего фильтра, входящего в демодулятор 12 (13) необходимо отметить следующее. S

Параметры фильтра зависят от типа ключа 17. Если последний представ. ляет собой магнитоуправляемое или электромеханическое реле, то фильтр в блоках 12 и 13 отсутствует ввиду 10 достаточно высокой инерционности ключевого элемента 17. В том случае, когда ключ 17 выполнен на базе быстродействующего транзисторного ключа, способного реагировать на 15 кратковременные провалы напряжения при выпрямлении "Меандр" с выхода блока IO (I I), зо целесообразно использовать пассивный апериодический RC-фильтр, постоянная времени которого, как показали эксперимент альные исследования, составляют не более 10 Т„, где Т, - период автоколебаний развертывающего усилителя при нулевом входном воздей- 25 ствии

Принцип действия каскада, включающего звенья 9, 11 и 13 аналогич ный рассмотренному.

Таким образом, в случае работо- З0 способности усилителей 2, 4 и 6 и .3, 5, 7 на входах блока 14 И-НЕ фор руся - y„,(t), у зй), "1", что обеспечивает на выходе звена 14 напряжение, уровень которого соответствует "0". При этом выход релейного элемента 7 подклкт. чен .к входу преобразователя 15 через нормально закрытый контакт ключа 17 (фиг.1) .

Фильтр 19, выполненный на резисторах 20 и 21 и конденсаторе 22, введен в схему САУ для того, чтобы в случае ее неработоспособности обеспечить требуемай темп торможе- 45 ния исполнительного электродвигателя 16.

В случае работоспособности pery ляторов CAY на конденсаторе 22 фильтра

19 (фиг. 1) выделяется (запоминаетсяу полезная составляющая у (t) (фиг,3,6) выходных импульсов у (tg (фиг.3 а), Предположим, что в момент времени (фиг.З,u) усилитель (3, 5 и 7) сказался неработоспособным, а выходной сигнап релейного элемента 7 зафиксировался в положении A.

Тогда сигнал на выходе делителя

9 частоты также принял фиксированное состояние (фиг,ЗрЬ), что привело к уменьшению до нуля (фиг.Ç,z) выходного напряжения пропорционально-дифференцирующего регулятора

11, так как его коэффициент передачи для сигнала постоянного уровня бесконечно мал, В результате на выходе демодулятора 13 в момент времени t> (фиг.З, q и е) формируется сигнал "0", а напряжение на выходе блока 14 (фиг.Зрж) достигнет уровня "1".

Ключ 18 отключает вход фильтра

19 от выхода релейного блока 7.

С помощью включенного элемента 17 выход фильтра 19 подключается к входу преобразователя 15 (фиг,1) и напряжение у (й) (фиг.З, Б ) начинает уменьшаться с постоянной времени, пропорциональной емкости

22, резистору 21 и входному сопротивлению блока 16. Путем соответствующего подбора этих параметров обеспечивается требуемый темп торможения двигателя 16, что повышает надежность САУ.

В большинстве практических случаев постоянная времени звена 16 может не учитываться, так как она выбирается из условия подавления несущих колебаний развертывающих усилителей и намного меньше постоянной времени разряда фильтра

19.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность системы управления.

1211688

X1 (t)- le lt)aO

1211688

1

Л

Составитель В.Кузин

Редактор 1О.Середа Техред С.Мигунова Корректор А.Обручар (Заказ 638/51 Тираж 837 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä ° ул. Проектная, 4