Электропривод постоянного тока

 

Изобретение может быть использовано в системах регулирования скорости электроприводов, имеющих широкий диапазон изменения момента инерции. Цель изобретения - формирование оптимальных по быстродействинэ переходных процессов при изменении параметров электропривода.Электропривод содержит электродвигатель I, преобразователь 2,регулятор скорости З.задатчик интенсивности 4, выполненный в виде усилителя-ограничителя 5. Введение интегратора 6 с блоком ограничения 7, регулятора тока 8 и регуляторов датчика 9 и 10 скорости и тока, управляемого ключа 1I, интегратора 12 со сбросом, блока выделения модуля 13, масштабного усилителя 14, блока умножения , дифференцирующего звена 16, нуль-органа 17 и датчика режима ограничения 18 позволяет получить, при неизменной структуре, регуляторов и изменении параметров системы быстродействзтощие переходные процессы. Электропривод является инвариантным к изменению параметров, в частности момента инерции. 3 ил. с (Л ND IC э: о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

<511а Н 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3769432/24-07 (22) 10.07.84 (46) 23.04.86. Бюл. Ф 15 (71) Пермский политехнический институт (72) В. П. Казанцев и В. И. Петренко (53) 62-83:621.314.5(088.8) (56) Патент Японии Ф 55-39996, кл. Н 02 Р 5/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N - 1022275, кл. Н 02 P 5/06, 1983. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО TOKA (57) Изобретение может быть использовано в системах регулирования скорости электроприводов, имеющих широкий диапазон изменения момента инерции.

Цель изобретения — формирование оптимальньж по быстродействию переходных процессов при изменении параметров

„„SU„„1226600 A электропривода.Электропривод содержит электродвигатель I ïðåoáðàýoâàтель 2,регулятор скорости 3, задатчик интенсивности 4,выполненный в виде усилителя-ограничителя 5. Введение интегратора 6 с блоком ограничения 7, регулятора тока 8 и регуляторов датчика 9 и 10 скорости и тока, управляемого ключа Il, интегратора 12 со сбросом, блока выделения модуля 13, масштабного усилителя 14, блока умножения, дифференцирующего звена 16, нуль-органа 17 и датчика режима ограничения 18 позволяет получить при неизменной структуре, регуляторов и изменении параметров системы быстродействующие переходные процессы.

Электропривод является инвариантным к изменению параметров, в частности момента инерции. 3 ил.

1226600

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам постоянного тока, и может быть использовано в системах регулирования скорости электроприводов,имеющих широкий диапазон изменения момента инерции.

Цель изобретения — формирование оптимальных по быстродействию переходных процессов при изменении параметров электропривода.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2кривые переходных процессо:в при скачке задания скорости (ток якоря не выходит на режим ограничения); на фиг. 3 — то же (ток якоря выходит на режим ограничения).

Электропривод (фиг. 1) содержит электродвигатель постоянного то-. ка, подключенный к управляемому преобразователю 2, в цепь управления которого включены последовательно соединенные регулятор 3 скорости, задатчик 4 интенсивности, выполнен ный в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя 5 и интегратора 6 с блоком 7 ограничения в цепи обратной связи, и регулятор 8 тока, а также подключенные к входам соответствующих регуляторов датчики

9 и 10 скорости и тока состветственно. Кроме того, содержит и;оследовательно соединенные управляемый ключ

ll интегратор 12 со сбросом и блок

13 выделения модуля, а также масштабный усилитель 14, блок 15 умножения„ дифференцирующее звено 16„ нуль-орган 17 и датчик 18 режима ограничения, вход которого подключен к блоку 7 ограничения, а выход — к входу управления управляемого ключа. 11,, выходы дифференцирующего звена 16 и блока 13 выделения модуля соединены с входами блока 15 умножения,:выход которого через масштабный усилитель 14 подключен к входу задатчика 4 интенсивности, цепь сброса на нуль интегратора 12 со сбросом через нуль-орган 17 связан с выходом дифференцирующего звена 16„ а вход управляемого ключа 11 соединен с выходом усилителя-ограничителя 5 задатчика 4 интенсивности.

Электропривод работает следующим образом.

В установившихся (квазиустановившихся) режимах работы электропривода сигнал -1" задания скорости равен сигналу 4 датчика 9 скорости электродвигателя. Поскольку скорость электродвигателя не меняется, то сигнал на выходе дифференцируюшего звена 16 равен нулю и нуль-орган 17 ( сбрасывает напряжение интегратора 12 на нуль. Выходные напряжения блока

13 выделения модуля, блока 15 умножения и масштабного усилителя 14 также равны нулю. Среднее значение напряжения на выходе усилителя-ограничителя 5 равно нулю, а напряжение на выходе интегратора 6 равно напря15 жению датчика 10 тока якоря и определяется величиной статической нагрузки на валу двигателя. Выходное напряжение регулятора 8 тока якоря (структура регулятора может быть

2О IIH, ПИД или релейная) преобразуется управляемым преобразователем 2 в напряжение на якоре электродвигателя

При изменении сигнала задания скорости (например, скачком) на выходе П-регулятора скорости появляется сигнал, пропорциональный отклонению скорости от заданного значения

Ъ Крс ( где К =1 — коэффициент передачи рс

П-регулятора; — отклонение скорости от заданного значения.

Усилитель-ограничитель 5 насьш1ается на уровне, пропорциональном максимально допустимой производной тока якоря, выходной сигнал интегратора 6 линейно во времени нарастает .и преобразуется регулятором 8 тока якоря в изменение напряжения на якоре, причем такое, что ток якоря в переходном процессе отслеживает сигАс нал его задания, формируюемый задатчиком 4 интенсивности тока якоря.

Скорость электродвигателя изменяется в соответствии с выражением

1 1 1 2

=-4,+ — (— t-i ) Jt= 4, + — — -t—

2Т> Т вЂ” t

Т, 1 где 1 начальное (установившееся) значение скорости;

Т, — постоянная времени пуска н (Т =j --, j — момент инер1"1 н ции, ч„, М„ — номинальные

122б скорость и момент электродвигателя);

Т„ — постоянная времени задатчика 4 интенсивности.

Поскольку изменение статической нагрузки i в течение данного перес ходного процесса несущественно, то сигнал на выходе регулятора 3 скорости изменяется в функции

U =K Q» — (9 + --- — -t }

Р Рс ) о 2Т Тл л

1 2

=Я вЂ” ††---t

2Т; Т где 5 4» = 4"- „— начальное отклонение сигнала задания скорости от установившегося значения о.

На выходе масштабного усилителя

14 формируется напряжение.

V„„= К„„ (Udt j, где К вЂ” коэффициент передачи масшМу табного усилителя; — производная скорости, измеряемая дифференцирующим звеном 16; напряжение на выходе усилителя-ограничителя 5 относительное значение этого

15

25 напряжения ограничечо на уровне +I).

Приращение тока якоря в данном переходном процессе определяется выI ражением (U 1 -- Jt" --t

Производная скорости двигателя имеет вид

1

Т TH

С учетом двух последних выражений напряжение на выходе масштабного усилителя 14 можно записать в следующем виде:

I z

И =К (— --t ) мУ У Т..Т

35

Таким образом, если выбрать К„

0,5, то при уменьшении выходного сигнала регулятора 3 скорости до, значения БР,=0,5 EQ» отклонение ско- 50 рости от установившегося значения составляет половину от начального 1 и выходное напряжение U о регулятора 3 скорости становится равным напряжению V„ масштабного усилите- 55 ля 14. При этом происходит изменение знака сигнала на входе задатчика 4 интенсивности тока якоря и ток якоря (oo 4 начинает снижаться по линейному закону (фиг. 2, кривая 19) . Отклоне— ние скорости электродвигателя оР заданного значения (фиг. 2, кривая 20) и напряжение на выходе масштабного усилителя 14 (фиг. 2, кривая 21) монотоннс снижаются до нуля.

Если момент инерции механизма изменяется, например увеличился, то при скачке задания скорости скорость двигателя нарастает медленнее и ошибка по скорости уменьшается медленнее (фиг. 2, кривая 22). Ток якоря (фиг. 2, кривая 23) нарастает по линейному закону до тех пор, пока напряжение масштабного усилителя 14 (фиг. 2, кривая 24) не станет равным напряжению регулятора скорости 3.

Затем напряжение усилителя-ограничителя 5 сменяет знак и ошибка регулирования скорости монотонно устремляется к нулю.

Таким образом, независимо от величины момента инерции электропривода переходные процессы в системе остаются оптимальными по быстродействию при заданном ограничении на производную тока якоря, определяемом постоянной времени Т задатчика 4 интенсивности тока якоря. Если задаться другим значением Тд, например меньшим, то переходные процессы протекают быстрее, но их характер остается оптимальным по быстродействию.

Это объясняется тем, что поверхность переключения усилителя-ограничителя 5 не зависит от параметров

Т и T„ системы электропривода (эти параметры не входят в выражение для сигналов регулятора 3 скорости U

»

Рc

=КР, (-0) и масштабного усилителя 14 и„„"= К„„ ЦU/ti.

Если ступенчатое приращение сигнала задания скорости достаточно велико, что ток якоря достигает в переходном процессе максимально возможного значения A, определяемого условиями коммутации электродвигателя (фиг. 3, кривая 25), то датчик !

8 режима ограничения вырабатывает сигнал, размыкающий управляемьш ключ Il. При этом напряжение на выходе интегратора 12 со сбросом запоминается. Поскольку ток якоря в ин-,åðâàëå времени t1...t< остается неизменным, то производная скорости электродвигателя, измеряемая диффе1226600 ренцирующим звеном 16, является постоянной, и ошибка по скорости (фиг. 3, кривая 26) спадает по линейному закону. Таким образом напряжения на выходе блока 15 умножения и масштабного усилителя 14 на отрезке времени,...t< остаются неизменными (фиг. 3, кривая 27). Как только напряжение регулятора 3 скорости станет равным напряжению масштабного усилителя 14 (фиг. 3, кривые 26 и 27, момент времени t ), ток якоря начинает уменьшаться, отклонение скорости от.заданного значения монотонно устремляется к нуС целью исключения накопления ошибки интегратора его напряжение обнуляется при нулевых значениях производной скорости, т.е. в установившихся (квазиустановившихся) режимах.

Изобретение позволяет получить при неизменной структуре регуляторов и изменении параметров системы (момента инерции, постоянной времени задатчика интенсивности тока якоря) оптимальные по быстродействию переходные процессы с учетом наложенных ограничений на координаты управления, ток якоря и его производную. В рассматриваемом электроприводе алгоритм управления не требует знания параметров электропривода, в частности момента инерции, т. е. электропривод является инвариантным к изменению параметров.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к управляемому преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные регулятор скорости, задатчик интенсивности, выполнен10 ный в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя и интегратора с блоком ограничения в цепи обратной связи, и регулятор тока, а также подключенные к входам соответ15 ствующих регуляторов датчики скоростиитока,отличающийся тем, что, с целью формирования оптимальных по быстродействию переходных процессов при изменении параметров электропривода, в него введены последовательно соединенные управляемый ключ, интегратор со сбросом и блок выделения модуля, а также масштабный усилитель, а блок умножения, 25 дифференцирующее звено, нуль-орган и датчик режима ограничения, вход которого подключен к упомянутому блоку ограничения, а выход — к входу управления управляемого ключа, выходы

30 дифференцирующего звена и блока выделения модуля соединены с входами блока умножения, выход которого через масштабный усилитель подключен к входу задатчика интенсивности, цепь д сброса на нуль интегратора со сбросом через нуль-орган связана с выходом дифференцирующего звена, а вход управляемого ключа соединен с выходом усилителя-ограничителя задатчика интенсивности.

1226600 сдпг. 2

Аиа. Я

Составитель В. Кузнецова

Техред Л.Олейник Корректор М. Шароши

Редактор Н. Рогулич

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2144/56

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4