Электропривод с оптимальным управлением

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано 18 для управления электродвигателями постоянного тока в механизмах циклического действия. Целью изобретения является снижение потерь энергии в электроприводе. Устройство содержит функциональный преобразователь 14, вход которого соединен с блоком 18 задания угла поворота и с первым входом блока 13 управления, последовательно соединенные первый интегратор 15, третий сумматор 16, первый ключ 10 и второй интегратор 17, выход которого подключен к входу первого сумматора 3. Устройство позволяет снизить потери электроэнергии за счет формирования диаграммы скорости оптимальной по потерям для каждого значения заданного угла поворота вала электродвигателя.2 ил. с (Л Сл: оо QO 00 сл 4; Фиг. 7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1339854 А1 (S1)4 Н 02 Р 5/06

ВСССОРЗГАЯ

Ц

Ыьдй . i !: i

1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИД =ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3975903/24-07 (22) 18.11.85 (46) 23.09.87. Бюл. Р 35 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.В.Гудзь,В.Г.Дубовик и А.В.Чермалых (53) 62 1.3 16.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 746855, кл. Н 02 P 7/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1070679, кл. Н 02 P 5/06, 1983. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С ОПТИМАЛЬНЬМ УПРАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока в механизмах циклического действия. Целью изобретения является снижение потерь энергии в электроприводе. Устройство содержит функциональный преобразователь 14 1 вход которого соединен с блоком 18 задания угла поворота и с первым входом блока 13 управления, последовательно соединенные первый интегратор

15, третий сумматор 16, первый ключ

10 и второй интегратор 17, выход которого подключен к входу первого сумматора 3. Устройство позволяет снизить потери электроэнергии эа счет формирования диаграммы скорости оптимальной по потерям для каждого значения заданного угла поворота вала электродвигателя.2 ил. первому 15 и второму 17 интеграторам подключены соответственно второй и третий 12 ключи, управляющие вхо.ды которых соединены с первым выхо40

1 13398

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока цик.лического действия.

))

Целью изобретения является снижение потерь энергии в электреприводе.

На фиг. 1 дана структурная схема злектропривода с оптимальным управлением;на фиг. 2 — диаграммы скорости, ускорения, рывка, где U ï " — напряжение на и-выходе i — блока.

Электропривод с оптимальным управлением содержит электродвигатель

1 постоянного тока, подключенный к блоку 2 регулирования напряжения, и последовательно соединенные первый сумматор 3, регулятор 4 частоты вращения, второй сумматор 5 и регулятор

6 тока, выход которого подключен к входу блока 2 регулирования напряжения, датчики 7 и 8 частоты вращения и тока, входы которых подключены к входам соответственно первого 3 и второго 5 сумматоров, пропорциональ- 25 ный усилитель 9, соединенный с вхо1цом второго сумматора 5, три ключа 10 — 12, блок 13 управления с двумя входами и двумя выходами,функциональный преобразователь 14 с двумя выходами и входом, соединенным с первым входом блока 13 управления, и последовательно соединенные первый интегратор 15, третий сумматор 16, первый ключ 10 и второй интегратор

17, выход которого подключен к входу

35 первого сумматора 3 и второму входу

15 блока 13 управления, параллельно

54 различных значениях угла поворота (или пути перемещения рабочего органа) d электродвигателя 1 определяется оптимальное время Т цикла опт при заданных максимальных значениях ускорения к, и рывка р . На вход устройства (клемма 18) подается напряжение Б,7, пропорциональное углу поворота электродвигателя 1 (U7 =

U) ). Обработка заданного угла оm поворота вала двигателя производится при определенных значениях ускорения Е и рывка р . Напряжения, пропорциональные величинам и и формируются на выходе функционального преобразователя 14

Е, — Up = р„. Текущее значение ускорения 8 изменяется по прямой

cde, E = E „— р t (фиг. 2) . Напряжение, пропорциональное ускорению формируется на выходе сумматора 16 с характеристикой U . =Б Š— НР t Интегратор 15 имеет характеристику — U t. Угловая скорость электродвиРп гателя 1 определяется как — (Edt = (). - )„ > dt.

Напряжение > пропорциональное угловой скорости, формируется на выходе интегратора 17 с .передаточной функцией

17 16 (С 1)) Р))) и подается на регулятор 4 частоты вращения с сумматора 3 с характеристикой U = U„, Коэффициент передачи датчика 7 частоты вращения

ТТ и7 макс ) макс ветственно третьего сумматора 16 и первого интегратора 15,вход пропор— ционального усилителя 9 соединен с входом второго интегратора 17.Вход функционального преобразователя 14 соединен также с блоком 18 задания угла поворота.

Электропривод работает следующим образом.

Для обеспечения оптимального управления по минимуму потерь электрической энергии электропривода при

55 дом блока 13 упраьления, второй выход которого подключен к управляющему входу первого ключа 10, первый и вто- 4 рой выходы функционального преобразователя 14 соединены с входами соотскорости ы„акс вала электродвигателя 1

Угол поворота а = ы dt — ((f — Р,„ t) tdt, тогда 3

Е )))

Угловая скорость 1.1 == U77 изменяется по кривой oab (фиг. 2) с параболическими. участками оа и аЬ, а площадь, ограниченная кривой оаЬ, равна углу поворота

В момент времени t, угол поворота

Е7 з

1р2 Рк) Р Р

1339854

Т...

М с

Так как

= P следовательно, rpe U

1 макс

I а на первом

IK, где К.

9 С

Напряжение U тор 6 тока через теристикой

Ug = Uq + Ug U8

В точке а ловой скорости ное значение

55

dIä 12 Iа1,„

dt c Тз

U npu U

"гг

0 при

О. следовательно, 5

Ускорение Е связано с динамической составляющей тока I электродви9 гателя 1 соотношением I E„ = с I, где I — приведенный момент инерции электропривода; 10

С - постоянный коэффициент для принятого электродвигателя.

При коэффициенте обратной связи по току

П 6 макс

15 т к

1макс максимальное напряжение на выходе датчика тока при максимальном значении тока электродвигателя; максимальный ток электродвигателя.

С

Тогда U = —. U и.равно напЕ ДК., Ф ряжению на выходе сумматора 16, U

= U; U — напряжение на выходе усилителя 9, соответствующее заданному ускорению электропривода, пропорционально динамическому току

ТК2

9 E1„C Ел, 9 коэффициент переда-. чи пропорционально" го усилителя 9. подается на регулясумматор 5 с харак(фиг. 2) величина уг. 1.1 имеет максималь45

И1= Ымскс 1 Е1 макс 2а 2 р °

При оптимальном режиме работы электропривода по потерям электроэнергии

6 Ia

rPe T0

Э

002 оптимальное значение вре— мени периода; момент статической нагрузки электропривода; ток электродвигателя. — — С аж С dI dE

dt dt dt

С 12 I Iк, 12а

Р1К

onr опт

Подставляя выражение для Т,„,, 2 Мс

Т,@- Т с

Используя последнее выражение, величина ускорения определится как

Мс

E = —, /61 ll, Напряжение на втором выходе функционального преобразователя 14 формируется по выражению

2 Мс

Е,„

Так как величины приведенного момента инерции I и момента статического M являются постоянными для конкретного электропривода, то напряжения U u U Е на выходе функЯк

Г1Ъ ционального преобразователя 14 изменяются только в зависимости от значения заданного угла поворота, т. е.

НаПРЯжЕНИЕ 001„.

Отключение электропривода в конце цикла (точка Ь на фиг. 2) производит-. ся ключом 10, который, размыкаясь, разрывает связь сумматора 16 и интегратора 17. Замыкаются ключи 11 и 12, которые закорачивают выходы и входы интеграторов 15 и 17, и сигнал задания скорости электропривода становится равным нулю.

Ключ 10 имеет характеристику г

13

U г

0 при U = О.

Аналогичные характеристики имеют ключи 12 и 11

1339854

U npu U = 1; U

11

0 при U = О..

Управление ключами производится блоком 13 управления, который имеет характеристику при I U „ I 7 О при П77 Ою

О при IU„I ) О;

1 при fU,1() 0

О при 017 — О °

При снятии входного сигнала (U

7Ü

О) на выходе блока 13 управления будут следующие значения сигналов:

U = 1 — О.

73 13

Рассмотрим работу устройства при подаче на его вход (клемма 18) напряжения, пропорционального заданному углу поворота вала электродвигателя

1. Это напряжение, пропорциональное площади, ограниченной кривой оаЬ (фиг. 2), подается на первый вход блока 13 управления, при этом ключ

10 замыкается,а ключи 11и 12 размыкаются. Входное напряжение U пода18 ется на функциональный преобразователь 14, с выхода которого через сумматор 16, ключ 10, пропорциональный усилитель 9, сумматор 5, регулятор тока 6, блок 2 регулирования напряжения, датчик 8 тока — на электродвигатель 7. При вращении якоря электродвигателя сигнал датчика частоты вращения подается через сумматор 3 на регулятор 4 частоты вращения, Сигнал датчика 8 тока подается на сумматор 5. Напряжение Б =- U и — Ум подается на интегратор 15. Напряжение íà его выходе начинает увеличиваться и подается на сумматор 16, на выходе которого напряжение изменяется по прямой cd (фиг. 2)в период разгона электродвигателя 1. Когда напряжение на выходе интегратора 15 превышает напряжение на втором входе сумматора 16, начинается замедление электродвигателя 1 по прямой

de. Изменение напряжения на выходе интегратора 15 происходит по прямой

cde, так как на его входе в период всего цикла приложено постоянное напряжение Б„ = U . Когда напряжеГm ние с выхода сумматора 16 через ключ

10 подается на вход интегратора 17, на его выходе напряжение увеличивается по второй оЬ при разгоне электродвигателя 1 и уменьшается по кривой аЬ при его замедлении. Это напряжение пропорционально заданной скорости ы и U, . При напряжении

77 на выходе интегратора 17, равном нулю, на выходах блока 13 U = 1;

U = О. При этом ключ 10 размыкает73 ся и сигнал на его выходе становится равным нулю,а ключи 11 и 12 замыкаются и интеграторы 15 и 17 подго- тавливаются к следующему циклу.Электродвигатель 1 останавливается.

Таким образом, обеспечивается автоматическая остановка электропривода при любом задании входного сигнала U,„.

Для разгона электродвигателя 1 в обратную сторону необходимо сигнал задания угла поворота двигателя

U подать противоположной поляр18 ности. При снятии сигнала U „ на выходе блока 13 управления устанавливаются логические уровни

1; U, = О. При этом ключ 10 разомкнут,а ключи 11 и 12 замкнуты.

Работа электродвигателя 1 производится по оптимальному закону по потерям энергии, так как его движение производится по кривой оаЬ (фиг. 2) с оптимальным временем цикла.

Формула изобретения

Электропривод с оптимальным управлением, содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к блоку регулирования напряжения,и последовательно соединенные первый сумматор, регулятор частоты вращения,второй сумматор и регулятор тока, выход которого подключен к входу блока регулирования напряжения, датчик частоты вращения и датчик тока якоря, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго сумматоров, отличающийся тем,что, с целью снижения потерь энергии,в него введены пропорциональный усилитель, выход которого подключен к входу второго сумматора, блок задания угла поворота, блок управления с двумя входами и двумя выходами, функциональный преобразователь с двумя выходами и входом, соединенl3 39854 нальный преобразователь и блок управления реализуют следующие функциональные зависимости

+ l

10 где p, a, и a — аналоговые сигналы

К K

1 7

g (4)=-Vg) Составитель В ° Трофименко

Редактор Л. Гратилло Техред Л. Сердюкова Корректор А. Обручар

Заказ 4243/54 Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ным с выходом блока задания угла поворота и первым входом блока управления,и последовательно соединенные первый интегратор, третий сумматор, первый ключ и второй интегратор, выход которого подключен к входу первого сумматора и второму входу блока управления, второй и третий ключи подключены параллельно соответственно первому и второму интеграторам, управляющие входы второго и третьего ключей соединены с первым выходом блока управления,второй выход которого подключен к управляющему входу первого ключа,первый и второй выход функционального преобразователя соединены с входами соответственно третьего сумматора и первого интегратора, вход пропорционального усилителя соединен с входом второго интегратора, функциосоответственно на входе и первбм, втором выходах функционального преобразователя; постоянные коэффициенты; сигналы соответственно на первом и втором выходах и первом и втором входах блока управления.