Позиционный электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к позиционным электроприводам механизмов, обладающих относительно большими маховыми массами. Цель изобретения - повышение быстродействия. Уст-во содержит электродвигатель с якорной обмоткой I, преобразователь 2, задатчик 3 положения, регулятор 4 положения, задатчик 5 интенсивности, регулятор 6 скорости, регуляторы тока 7 и скорости 8, датчики положения 9, скорости 10 и тока И. В устр-во введены масштабный усилитель (МУ) 12 с г Н xfl| | переменным резистором 13 установки его коэффициента передачи, компаратор 14, три ключа 15-17, выпрямитель 18, узел памяти 19 с ключом сброса, нуль-компаратор 21. Задатчик 5 интенсивности выполнен с ключом 22 гашения. Для идеального совпадения заданной и действительной скоростей максимальная интенсивность изменения сигнала рассогласования может быть вдвое больше интенсивности изменения выходного сигнала МУ 12. Однако несовпадение заданной и действительной скоростей вызывает возрастание перемещения механизма в период замедления. Для компенсации этого явления переход от движения с постоянной скоростью к замедлению производится с некоторым упреждением. Достигается это корректировкой коэффициента передачи ключа 17, что производит отработку заданных перемещений скорости по треугольному закону , который является оптимальным по быстродействию. Изобретение также позволяет выполнить оптимальное авторегулирование скорости в ходе нескольких проб с помощью небольшого количества регулировок, что упрощает процесс наладки электропривода . 2 ил. (О (Л ю 4 О5 00 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1246313 A 1 г5114 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ миг 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3823774/24-07 (22) 12. 12.84 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (71) Донецкое наладочное управление Треста «Донецкуглеавтоматика» (72) И. Я. Гальперин (53) 621.314.5 (088.8) (56) Лебедев Е. Д. и др. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. — М.: Энергия, 1970, с. 83 — 90.

Авторское свидетельство СССР № 1072223, кл. Н 02 P 5/06, 1984. (54) ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к позиционным электроприводам механизмов, обладающих относительно большими маховыми массами. Цель изобретения — повышение быстродействия. Уст-во содержит электродвигатель с якорной обмоткой 1, преобразователь 2, задатчик 3 положения, регулятор 4 положения, задатчик 5 интенсивности, регулятор 6 скорости, регуляторы тока 7 и скорости 8, датчики положения 9, скорости 10 и тока 11. В устр-во введены масштабный усилитель (МУ) 12 с переменным резистором 13 установки его коэффициента передачи, компаратор 14, три ключа 1" — 17, выпрямитель 18, узел памяти

19 с ключом сброса, нуль-компаратор 21.

Задатчик 5 интенсивности выполнен с ключом 22 гашения. Для идеального совпадения заданной и действительной скоростей максимальная интенсивность изменения сигнала рассогласования может быть вдвое больше интенсивности изменения выходного сигнала МУ 12. Однако несовпадение заданной и действительной скоростей вызывает возрастание перемещения механизма в период замедления. Для компенсации этого явления переход от движения с постоянной скоростью к замедлению производится с некоторым упреждением. Достигается это корректировкой коэффициента передачи ключа 17, что производит отработку заданных перемещений скорости по треугольному закону, который является оптимальным по быстродействию. Изобретение также позволяет выполнить оптимальное авторегулирование скорости в ходе нескольких проб с помощью небольшого количества регулировок, что упрощает процесс наладки электропривода. 2 ил.

1246313

Изобретение относится к электротехнике, а именно к позиционным электроприводам механизмов, обладающих относительно большими маховыми массами, и может быть использовано в электроприводах различных машин и механизмов.

Цель изобретения — повышение быстродействия электроиривода.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; HB фиг. 2 — характер изменения формируемых в электроприводе сигналов во время отработки заданного перемещения для случаев, когда скорость электродвигателя не достигает максимальной величины (сплошные линии) и когда она ее достигает (штриховые линии) .

Позиционный электропривод постоянного тока (фиг. 1) содержит электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка 1 которого подключена к выходу преобразователя 2, последовательно соединенные задатчик 3 положения, регулятор 4 положения, задатчик 5 интенсивности с переменным резистором 6 уставки ускорения, регулятор 7 скорости, регулятор 8 тока, выходом соединенный с входом преобразователя 2, входы регуляторов положения 4, скорости 7, и тока 8 соединены соответственно с датчиками положения 9, скорости 10 и тока 11, масштабный усилитель 12 с переменным резистором 1.3 установки его коэффициента передачи, компаратор 14, три клк>ча 15 — 17 и последовательно соединенные выпрямитель

18, узел 19 памяти с ключом 20 сброса, нульком паратор 21. Задатчи к 5 и нтенсивности выполнен с ключом 22 гашения.

Датчик 10 скорости через масштабный усилитель 12 и ключ 15 соединен с входом задатчика 5 интенсивности. Выход регулятора 4 положения соединен с входом выпрямителя 18, выход которого соединен с входом нуль-компаратора 21 непосредственно и через компаратор 14 — с управляющими входами ключей 16 и 17 и ключа 22 гашения задатчика 5 интенсивности. Ключ 16 шунтирует регулятор 7 скорости. Подвижный контакт переменного резистора 6 уставки ускорения через ключ 17 соединен с входом регулятора 8 тока. Выход нуль-комиаратора 21 соединен с управляющим входом ключа 15, а подвижные контакты переменных резисторов 6 и 13 уставки ускорения и коэффициента передачи масштабного усилителя 12 механически связаны.

Задатчик 5 интенсивности содержит интегратор 23 в прямом канале, выход которого является выходом задатчика интенсивности, а также опорный элемент 24 в обратной связи задатчика 5 интенсивности.

Также обозначены следующие сигналы управления: Uss u Uq — сигналы заданА ного и действительного положений (или перемещений) соответственно, ьUa — сигнал рассогласования по положению, 1О

25 зо

55 и Uv.д — — сигналы заданной и действительной скоростей, соответственно, U as — сигнал заданного ускорения, Up — выходной сигнал регулятора 7 частоты вращения, U — выходной сигнал датчика 11 тока, U — выходной сигнал масштабного усилителя 12, U > — выходной сигнал выпрямителя 18, U„выходной сигнал узла 19 памяти, Uiw — выходной сигнал нуль-компаратора 21, Ик — выходной сигнал компаратора 14, U — — сигнал смещения и фиксированные моменты времени т„..., 1 .

Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии сигналы Us, Us, U равны нулю. Поэтому сигнал Ь1к положителен, а сигнал Ь1нк отрицателен. Ключи

22, 16 и 20 замыкаются положительным и размыкаются отрицательным сигналами управления, а ключи 17 и 15 замыкаются отрицательными и размыкаются положительными сигналами управления. Поэтому сигналами U и Ьнк ключи 16, 22, 15 и 20 замкнугы, а ключ 17 разомкнут. Соответственно, интегратор 23 и регулятор 7 погашены и их выходные сигналы U .з и Ьр.ь равны нулю. Если в момент времени 1. произошло ступенчатое изменение сигнала Us* то мгновенно появляются сигналы dU ——

= Us> — — UM, U s, Us. Так как комиаратор 14 имеет высокую чувствительность к сигналу Us, то даже при малой его величине полярность сигнала U> меняется с положительной на отрицательную. В результате ключи 16, 20 и 22 размыкаются, ключ 17 замыкается и на выходе узла 19 памяти устанавливается постоянный сигнал U,,равный по величине максимальному значению сигнала Ьв и противоположный ему по знаку. Чувствительность нуль-компаратора 21 к сигналу Ь ь вдвое выше, чем к сигналу U, Поэтому полярность сигнала U > меняется с отрицательной на положительную, ключ 15 размыкается и система позиционирования оказывается полностью введенной в работу.

Регулирование частоты вращения электродвигателя производится системой авторегулирования скорости с пропорциональноинтегральными регуляторами тока и частоты вращения в функции сигналов Ugg, Ь,, которыми задаются ускорение и скорость соответственно. Сигнал U<.з принимается равным динамической составляющей сигнала

U . Поэтому в режиме движения с установившимся или нулевым ускорением сигнал

Ues пропорционален статистическому току.

Благодаря этому заданная и действительная скорости, в основном, совпадают. Расхождение между ними обнаруживается только после скачкообразного изменения заданного ускорения на относительно небольшом интервале. В процессе разгона происходит уменьшение сигналов Us и Us. К моменту времени tz сигнал Ьь уменьшается вдвое, 1246313 сигнал Un, сохраняющийся постоянным, начинает преобладать на входе нуль-компаратора 21 и на его выходе снова устанавливается отрицательный сигнал. Поэтому ключ

15 замыкается и на вход задатчика 5 интенсивности подается сигнал U . Как будет показано, сигналы h Us и U соразмерены между собой из условия получения оптимального по быстродействию переходного процесса для случая, когда сигнал Uy, достигает определяемого опорным элементом 24 максимального значения. Поэтому, если ступенчатое изменение сигнала 3зз относительно невелико и сигнал Uv> не успевает достичь максимального значения, то в момент замыкания ключа 15 соблюдается условие 4U> (U<. В результате знак сигнала Ua изменяется на противоположный, сигнал Uv> начинает уменьшаться по линейному закону, а сигнал U g продолжает возрастать, но с убывающей интенсивностью. Если предположить, что заданная и действительная скорости идеально совпадают как в период разгона, так и в период замедления, то в каждом из этих периодов отработана половина заданного перемещения. Тогда сигналы Us, Ua>, Uvq u Uva одновременно станут равными нулю в момент времени tg. Однако в действительности по причине несовпадения скоростей в начале разгона и в начале и конце замедления перемещение в период разгона меньше перемещения в период замедления на величину, которая зависит от времени регулирования контуров тока и скорости и не зависит от заданного перемещения. Поэтому она практически постоянна и может быть скомпен6Мрована путем подачи на вход нуль-компаратора 21 сигнала U< смещения, который обуславливает переход от разгона к замедлению с некоторым упреждением. Величина этого сигнала может устанавливаться экспериментально в ходе нескольких проб непосредственно в процессе наладки из условия одновременного достижения сигналами и Uva нулевых значений, т.е. ликвидации перерегулирования по положению.

Однако этого еще недостаточно для точной остановки электродвигателя в заданном положении, поскольку в момент достижения сигналами AU< u Uva нулевых значений вследствие скачкообразного снятия сигнала U<> только начинается процесс снижения до нуля динамической составляющей тока электродвигателя. В результате под ее действием может произойти реверс электродвигателя. Для предотвращения этого явления в момент времени t> происходит размыкание ключа 17 и замыкание ключей 16 и 22 сигналов U, полярность которого вследствие уменьшения сигнала U > реверсируется скачком с отрицательной на положительную.

В результате сигналы Uv, Up, U> сбрасываются в нуль, что, в частности, позволяет

55 предотвратить дрейф нуля интегратора 23 и регулятора 7 скорости во время стоянки, и контур тока гасит до нуля ток электродвигателя. Кроме того. положительный сигнал U выдает команду на наложение механического тормоза, если таковой предусмотрен конструкцией механизма (механический тормоз необходим, например, если электродвигатель может начать вращаться под действием статической нагрузки). Момент реверса сигнала U также может устанавливаться экспериментально из условия уменьшения тока до величины его статической составляющей к моменту времени т4, когда сигнал Uv (а значит и сигнал М)з) достигнет нулевых значений.

Если ступенчатое изменение сигнала Us в момент времени to столь значительно, что сигнал Uv успевает достичь максимального значения, то замыкание ключа 15 (момент времени te) не вызывает каких-либо изменений в работе электропривода и процессы в нем протекают так же, как если бы этот ключ был постоянно замкнут. В этом случае в момент времени tr вступает в работу обратная связь через опорный элемент 24 и сигнал U > обращается в нуль, а в момент времени t, благодаря уменьшению сигнала 4 Uq, постоянный по величине сигнал Uw превышает его и сигнал Баз появляется вновь, но в противоположной полярности.

В результате сигнал U

Составитель Ю. Воробьев

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор И.Муска

Заказ 40!8/53 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о крь.тий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 как и в случае изменения скорости по треугольному графику.

В процессе эксплуатации механизма может возникнуть потребность изменения его ускорения переменным резистором 6. В результате интенсивность изменения сигнала

13и становится иной и соотношение (1) нарушается. Для предотвращения этого явления подвижные контакты переменных резисторов 6 и 13 механически связаны, т.е. в качестве резисторов 6 и 13 применен сдвоенный резистор. В результате интенсивность изменения сигнала !м сохраняется постоянной при установке желаемой величины ускорения переменным резистором 6.

Таким образом, отработка электроприво- 15 дом заданных перемещений производится путем изменения его скорости практически по треугольному или трапецеидальному графикам, что является близким и оптимальному по быстродействию. При этом оптимизация системы авторегулирования скорости согласно какому-либо из известных критериев необязательна, коэффициенты передачи обратных связей системы позиционирования не зависят от параметров прямого канала управления и поэтому возможен их достаточно точный выбор из простых соотношений еще на стадии конструирования, а окончательная корректировка системы позиционирования -достигается в ходе нескольких проб с помощью небольшого количества регулировок. Это упрощает процесс наладки 30 электропривода.

Формула изобретения

Позиционный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого подключена к выходу преобразователя, последовательно соединенные задатчик положения, регулятор положения, задатчик интенсивности с переменным резистором уставки ускорения, регулятор скорости, регулятор тока, выходом соединенный с входом преобразователя, входы регуляторов положения, скорости и тока соединены соответственно с датчиками положения, скорости и тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены масштабный усилитель с переменным резистором установки его коэффициента передачи, компаратор, три ключа и последовательно соединенные выпрямитель, узел памяти с ключом сброса, нуль-компаратор, а задатчик интенсивности выполнен с ключом Гашения, при этом датчик скорости через масштабный усилитель и первый ключ соединен с входом задатчика интенсивности, выход регулятора положения соединен с входом выпрямителя, выход которого соединен с входом нуль-компаратора непосредственно и через компаратор — с управляющими входами второго и третьего ключей и ключа гашения задатчика интенсивности, второй ключ шунтирует регулятор скорости, подвижный контакт переменного резистора уставки ускорения через третий ключ соединен с входом регулятора тока, выход нулькомпаратора соединен с управляющим входом первого ключа, а подвижные контакты переменных резисторов уста вки ускорения и коэффициента передачи масштабного усилителя механически связаны.