Стабилизированный электропривод постоянного тока

 

Из.обретение относится к электротехнике и м.б. использовано для управления механизмами с упругими связями , например манипуляторами. Цель изобретения - улучшение стабилизации скорости вращения электродвигателя и повьшение качества регулирования. Электропривод содержит грубый канал автоматической синхронизации по сигналу ошибки скорости и точный канал стабилизации фазового сдвига каждого импульса с датчика скорости относительно каждого импульса задающего сигнала. За счет фиксации фазового рассогласования в момент перехода на точный канал исключается выдача ложных команд на разгон и торможение, распиряется линейный участок характеристики фазового дискриминатора в зоне работы точного канала, что пре пятствует возникновению биений, облегчает процесс втягивания в синхронизм , расширяет полосу захвата управления системой точным каналом и повьш1ает устойчивость процесса синхронизации и работы точного канала. 1 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 02 Р 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4092157/24-07 (22) 17.07.86 (46) 07.05 ° 88. Бюл. N- 17 (71) Воронежский политехнический институт (72) А.В.Попов и О.И.Суржко (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Трахтенберг P.И. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. М,: Энергоиздат, 1982, с. 168.

Башарин А.В, Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление .электроприводами. Учебное пособие для вузов. Л.:

Энергоиздат, 1982, с. 181-186. (54) СТАБИПИЭИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано для управления механизмами с упругими связями, например манипуляторами. Цель изобретения — улучшение стабилизации

„„SU,» 1394386 д1 скорости вращения электродвигателя и повышение качества регулирования.

Электропривод содержит грубый канал автоматической синхронизации по сигналу ошибки скорости и точный канал стабилизации фазового сдвига каждого импульса с датчика скорости относительно каждого импульса задающего сигнала. 3а счет фиксации фазового рассогласования в момент перехода на точный канал исключается выдача ложных команд на разгон и торможение, расширяется линейный участок характеристики фазового дискриминатора в зоне работы точного канала, что препятствует возникновению биений, облегчает процесс втягивания в синхронизм, расширяет полосу захвата управления-системой точным каналом и повышает устойчивость процесса синхронизации и работы точного канала.

1 ил.

1394386

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления механизмами.с упругими связями, например манипуляторами.

Цель изобретения — улучшение стабилизации скорости вращения электродвигателя и повышение качества регулирования. 10

На чертеже представлена функциональная схема устройства..

Электропривод содержит электродвигатель 1, якорная обмотка которого подключена к выходу блока 2 управления электродвигателем. Вход блока 2 управления соединен с выходом регулятора 3 тока, входом подключенным к выходу датчика 4 тока якоря электродвигателя ° На валу электродвигателя 1 установлен импульсный у датчик 5 скорости, выход которого подключен к первым входам фазового и частотного дискриминаторов 6 и 7.

Вторые входы фазового и частотного

25 дискриминаторов 6 и 7 объединены и подключены к выходу последовательно соединенного с генератором 8 эталонной частоты формирователя 9 задающих импульсов. Третий вход фазового дискриминатора 6 подключен к выходу генератора 8 эталонной частоты, а выход частотного дискриминатора 9 соединен с входом нелинейного элемента 10 с релейной характе- 35 ристикой. Кроме того, электропривод содержит последовательно соединенные управляемый ключ 11, запоминающее устройство 12, элемент 13 сравнения.

Выход фазового дискриминатора 6 сое- 40 динен с входом управляемого ключа 11 и вторым входом элемента 13 сравнения. Управляющий вход ключа 11 соединен с выходом нелинейного элемента

10 с релейной характеристикой. Выход 45 элемента 13 сравнения подключен к инвертирующим входам первого и второго двухпозиционных репейных элементов 14 и 15. Неинвертирующий вход первого двухпозиционного релейного 50 элемента 14 объединен с вторым инвертирующим входом второго двухпозиционного релейного элемента 15 и подключен к выходу задатчика 16. Выход кажйого двухпозиционного релейного эле- 55 мента 14 и 15 соединен соответственно с первым и вторым входом трехпозиционного релейного элемента 17, выход которого подключен к второму входу регулятора 18 скорости. Третий вход регулятора 18 скорости соеу динен с выходом частотного дискриминатора 7,, а второй вход регулятора 3 тока подключен к выходу регулятора

18 скорости.

Электропривод представляет собой систему астатического дискретного регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока, основанную на принципе использования двух каналов управления: грубого канала автоматической синхронизации скорости электропривода по сигналу ошибки скорости и точного канала стабилизации фазового сдвига каждого импульса с импульсного датчика скорости относительно каждого импульса задающего сигнала.

Электропривод работает следующим образом.

Формирователь 9 задающих импульсов формирует в соответствии с заданной скоростью из последовательности импульсов эталонной частоты fo поступающей с генератора 8 эталонной частоты, последовательность импульсов частоты задания f>. Последовательности импульсов частоты задания и частоты импульсного датчика 5 скорости f поступают на входы фазового 6 и частотного 7 дискриминаторов. Фазовый дискриминатор 6, на вход которого также поступает последовательность импульсов эталонной частоты f, формирует сигнал Uy, пропорциональный текущему фазовому сдвигу на интервале Т > = 1/f> каждого импульса, поступающего с импульсного датчика 5 скорости, относительно каждого импульса, поступающего с формирователя 9 задающих импульсов. Частотный дискриминатор 7 формирует сигнал U пропорциональный разности частот df = f > — f а следовательно, и ошибке в скорости, т,е.

U = К. ли>.

Л

Сигнал U, поступает на вход регулятора 18 скорости и вход нелинейного элемента 10 с релейной характеристикой и зоной нечувствительности, который построен таким образом, что при Плы К зх (дц>з определяется полосой захвата

ЗХ упр авл ения системой точным каналом) 1394386 на его выходе формируется сигнал, замыкающий управляющий ключ 11 °

При

1и сЕ на выходе нелинейного элемента 10 с релейной характеристикой формируется сигнал, размыкающий ключ 11. Таким 10 образом, йри 1Б „ I > Е ключ 11 замкнут и сигнал U< с выхода фазового дискриминатора 6 поступает на вход .запоминающего устройства 12 и воспроизводится на его выходе, т.е. при этом с

ЗА где U — сигнал на выходе запоминаю- 20 щего устройства 12.

Сигнал U с выхода фазового дискриминатора б и сигнал U у с выхода запоминающего устройства 12 поступают на входы элемента 13 сравнения, на выходе которого формируется сигнал Ч U3>

Этот сигнал поступает на инвертирующие 30 входы двухпозиционных релейных элементов 14 и 15 и на вход регулятора 18 скорости. Двухпозиционные релейные элементы 1 4 и 15 формируют соответственно.сигналы

U = А-sign(q — 3U@) U = А.sign(-q — 8U ), В зign(U1 + U1) при IU + Utl> 5s 1

О при (U + U l

55 где E — зона нечувствительности релейного элемента t 7, опре40 где q — сигнал, формируемый на выходе задатчика 16, представляющего собой источник постоянного сигнала и поступающий на неинвертирующий вход первого двухпоэиционного релейного 45 элемента 14 и инвертирующий вход второго дВухпозиционного релейного элемента 15. Сигналы U> и Ug с .выходов двухпозиционных релейных элементов

14 и 15 поступают на вход трехпозиционного релейного элемента 17, на выходе которого формируется сигнал деляемая неточностью формиpOBBHHH CHI HBJIOB U(H Ugq дрейфом нуля и т.д.,  — амплитуда сигнала U формируемого на выходе фазового дискриминатора 6 °

Сигнал U> поступает на вход регулятора 18 скорости.

Таким образом, при значительной ошибке в скорости, т.е. при пуске или торможении, когда выполняется vcловие !Uд (TE,, ключ 11 замкнут и формируются следующие сигналы

Пьь

ЛУЧ

U

Uq

U3ь 0 °

А- sign = А;

Asign(-q) = — А;

О.

Ц* °

Ч

БЧ-U gу= U y-Uf

А sign(q-М3Ч)

= Ае i рп (— q- Ф1 Ч)

= О.

"зь

3U(U)

U О, А

1 — А;

Полагаем, что I 8U у 1 (q . Сл едовательно, при этом на вход регулятора 18 скорости поступают сигналы Пд <„1ф О

Следовательно, при этом на входе регулятора 18 скорости только сигнал

U „ г О и регулятор 18 скорости формирует на выходе сигнал U = y (ды), определяемый заложенным в него законом управления. Этот сигнал поступает на вход регулятора 3 тока и реализуется работа грубого канала, то есть управление по ошибке скорости электропривода при ограничении в пусковых режимах тока электродвигателя 1, Заложенный в регуляторе 18 скорости алгоритм управления позволяет осуществлять не только быстрый разгон электропривода, но и стабилизацию текущего значения скорости на уровне задания, облегчая тем самым захват управления точным каналом.

При достижении в процессе разгона или торможения окрестности заданной скорости, т.е. при выполнении условий IU,„ 6Е, ключ 11 размыкает ся, и на выходе запоминающего устройства 12 фиксируется значение сигнала П эь = U* соответствующее сигналу

U в момент размыкания ключа 11, Например, при разгоне формируются следующие сигналы:

5 139438б и д U > 0 и регулятор скорости формирует на выходе сигнал

Uz = Asign(-q-дцЧ) = +A;

"з = Bsign(U „+U <) U = +(WU<, дмР), 05B — q (У (05B, q (05В

Если в пределах периода фазы ошибка 45 по скорости не ликвидировалась, то происходит скачок сигнала U q и он становится равным

U » 0 5В.

В этом случае формируются следующие сигналы

Ц* ° д ч = "ч з Г" ч

При этом

-В 4U Ч (-В+Ч, 4UyI 7 q» и = Asipn(q-дУЧ) = +А; т. е. электропривод переходит на реализацию работы точного канала, заключающегося в ликвидации ошибки дУЧ, а следовательно, и стабилизации фа- 10 зового сдвига между импульсами задающего сигнала и импульсами, поступающими с импульсного датчика 5 скорости. В данном электроприводе в любой момент времени включения точного 15 канала при д ы > 0 будет д и :О, следовательно, неоднозначности в формируемом сигнале управления здесь не происходит и управление всегда вырабатывается таким, чтобы ликвидйрова- 20 лась ошибка по скорости, т.е. ложных включений, приводящих к возрастанию ошибки дю, как это:имеет место у известнык систем, не происходит. Отметим также, что при работе точного 25 канала нет необходимости в отключении от входа регулятора скорости сигнала U4, пропорционального ошибке по скорости 8(d так как этот сигнал пропорционален производной от сигнала30

ДУ Ч и может быть использован в формируемом в регуляторе скорости алгоритме как стабилизирующий сигнал.

Граница опасной зоны, т.е. зоны на .концах периода фазы,в пределах которой ошибка по скорости не успевает ликвидироваться, определяет устанавливаемое значение сигнала q поступающего с выкода задатчика 1б на вхо ды двухпозиционных релейнык элемен- 40 тов 14 и 15. Пусть du)>0 и момент включения точного канала токов, что

Следовательно, в данном случае на вход регулятора 18 скорости поступают сигналы U 4 0,4U< Ug = В. При этом

0 U +дц„

U = д(дБ, + U, ä ).

Таким образом, в электроприводе исключается за счет фиксации фазового рассогласования импульсов датчика

5 и задающих импульсов на уровне значения,, соответствующего моменту перехода на точный канал, выдача ложнык команд на разгон и торможение, расширяется в зоне работы точного канала линейный участок характеристики фазового дискриминатора и обеспечивается возможность формирования сложных алгоритмов регулирования скорос ти при работе как точного, так и грубого каналов. Все это препятству-. ет возникновению биений и облегчает процесс втягивания в синхронизм, расширяет полосу захвата управления системой точным каналом, повышает устойчивость процесса синхронизации и работы точного канала., что позволяет использовать электропривод для высокоточной стабилизации и регулирования по различным законам скорости механизмов с упругими связями, например, манипуляторов, имитаторов и других многомассовых механических систем.

Формула из о бр ет ения

Стабилизированный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к выходу блока управления электродвигателем, входом соединенным с выходом регулятора тока, вход которого подключен к выходу дат чика тока якоря электродвигателя, импульс1394386

Составитель Т.Рожкова

Редактор С.Патрушева Техред И.Моргентал Корректор C. IeKMBp

Заказ 2235/54 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ный датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, выход которого соединен с первыми входами фазового и частотного дискриминаторов, вторые входы которых объединены и подключены к выходу последовательно соединенного с генератором эталон- . ной частоты формирователя задающих импульсов, третий вход фазового дис- 10 криминатора подключен к выходу генератора эталонной частоты, нелинейный элемент с релейной характеристикой, вход которого соединен с выходом частотного дискриминатора, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения стабилизации скорости вращения электродвигателя и повышения качества регулирования, в него введены последовательно соединенные управляемый ключ, запоминающее устройство, элемент сравнения, а также два двухпозиционных релейных элемента, трехпозиционный релейный элемент, регулятор скорости и задат- 25 чик, выход фазового дискриминатора соединен с входом управляемого ключа и вторым входом элемента сравнения, управляющий вход ключа соединен с выходом нелинейного элемента с релей-.. ной характеристикой, выход элемента сравнения соединен с инвертирующими входами первого и второго двухпозиционных релейных элементов и первому входу регулятора скорости, неинвертирующий вход первого двухпозиционного релейного элемента объединен с вторым инвертирующим входом второго двухпозиционного релейного элеМента и подключен к выходу задатчика, выход каждого двухпозиционного релейного элемента соединен соответственно с первым и вторым входом трехпозиционного релейного элемента, выходом подключенным к второму входу pery. лятора скорости, третьим входом соединенным с выходом частотного дискриминатора, выход регулятора скорости подключен к второму входу регулятора тока.