Электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам автоматического управления электродвигателями -постоянного тока независимого возбуждения, обеспечивающим оптимальное по быстродействию управление в переходных процессах путем изменения потока возбуждения, и можат быть применено в системах управления общепромышленных электроприводов . Цель изобретения - повьшение точности. Электропривод содержит электродвигатель 1, вход которого подключен к выходу усилителя 7 мощности . Первый коммутатор 12 осуществляет переключение структуры оптимального по быстродействию управления . При этом на вход усилителя 7 мощности через второй коммутатор 17 проходит сигнал Up от нелинейного элемента 6 с релейной характеристикой или сигнал Ufl от функционального преобразователя ТЗ в зависимости от значения сигнала i логического блока 11. Переключение управления электродвигателем с оптимального по быстродействию на стабилизацию конеч ных координат производится вторым коммутатором 17 по выходному сигналу компаратора 16, который оценивает отклонение текущих координат электро двигателя от конечных, что позволяет повысить точность. 1 ил. - Ф ,, ШШ Oi 00 О5 М

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

С ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

gg 4 Н 02 Р 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО И306РЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1394385 (21) 4286125/24-07 (22) 20.07.87 (46) 15.02.89. Бюл. (71) Кировский политехнический институт (72) В.С.Хорошавин, В.С.Грудинин, Н.И.Присмотров, В.И.Шалагинов и 0;А.Бабинцева (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1394385, кл. Н 02 Р 5/06, 1987. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматического упраьления электродвигателями-постоянного тоха независимого возбуждения, обеспечивающим оптимальное по быстродействию управление в переходных процессах путем изменения потока возбуждения, и может быть применено в системах управления общепромышленных электроприводов. Цель изобретения — повышение точности. Электропривод содержит электродвигатель 1, вход которого подключен к выходу усилителя 7 мощности. Первый коммутатор 12 осуществляет переключение структуры оптимального по быстродействию управления. При этом на вход усилителя 7 мощности через второй коммутатор 17 проходит сигнал Цр от нелинейного элемента 6 с релейной характеристикой или сигнал Пас от функционального преобразователя 13 в зависимости от значения сигнала i логического блока 11. Переключение управления электродвигателем с оптимального по быстродействию на стабилизацию конеч" ных координат производится вторым коммутатором 17 по выходному сигналу компаратора 16, который оценивает отклонение текущих координат электродвигателя от конечных, что позволяет повысить точность. 1 ил.

1458960

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматического управления электродвигателями постоянного тока незави5 симого возбуждения, обеспечивающим оптимальное по быстродействию управление в переходных процессах путем изменения потока возбуждения, и может быть применено в системах управления 10 общепромышленных электроприводов.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже представлена структурная схема электропривода постоянного тока.

Электропривод содержит электродвигатель 1, задающий блок 2, первый выход которого соединен. с первым входом первого сумматора 3, второй вход которого соединен с выходом датчика

4 скорости вращения электродвигателя

1, стационарный функциональный преобразователь 5, нелинейный элемент 6 с релейной характеристикой, усилитель 25

7 мощности, выход которого соединен с обмоткой возбуждения электродвигателя l датчик 8 тока возбуждения . электродвигателя 1, перестраиваемый функциональный преобразователь 9, блок 10 расчета параметров аппроксимации скорости, логический блок 11 и первый коммутатор 12. Первый выход задающего блока 2 соединен с входом блока 10 расчета параметров аппроксимации скорости, выходы которого со- 5 единены с первым и вторым входами перестраиваемого функционального преобразователя 9, третьим входом соединенного с выходом первого сумматора

3, а четвертым входом — с выходом датчика 8 тока возбуждения электро,". двигателя 1 и первым входом стационарного функционального преобразователя 5 второй вход которого соединен

Э

45 с выходом датчика 4 скорости вращения электродвигателя 1. Выход стационарного функционального преобразователя 5 подключен к первому входу логического блока 11, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемо- 50 го функционального преобразователя 9.

Выход логического блока 11 подключен к управляющему входу первого коммутатора 12. Устройство содержит также функциональный преобразователь 13 и 55 блок 14 механической характеристики производственного механизма, вход которого соединен с выходом датчика 4

Электропривод работает следующим образом.

Электродвигатель 1, управляемый по цепи возбуждения, с учетом коэффициента усилителя 7 мощности описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений:

=р(х,)+а„х,x + а, х; (1) ах, а х + Ы3р где х, угловая скорость вращения электродвигателя 1; ток обмотки возбужцения электродвигателя 1; напряжение на входе усилителя 7 мощности, приведенный момент сопротивления производственного механизма, р (х, ) < 0;

U р (х,)— скорости вращения электродвигателя 1, а выход подключен к первому входу функционального преобразователя 13, вторым входом подключенного к выходу датчика 8 тока возбуждения электро— двигателя 1, а выходом соединенного с первым информационным входом первого коммутатора 12, второй информационный вход которого подключен к выходу нелинейного элемента 6 с релейной характеристикой, вход которого подключен к выходу перестраиваемого функционального преобразователя 9.

Кроме того, электропривод содержит дополнительный функциональный преобразователь 15, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами задающего блока 2, четвертый выход которого соединен с первым входом компаратора

16, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 3. Выход компаратора 16 соединен с управляющим входом второго коммутатора 17, первый информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора 18, первым входом соединенного с выходом функционального преобразователя 13, а вторым входом — с выходом дополнительного функционального преобразователя 15. Выход первого коммутатора 12 соединен с вторым информационным входом второго коммутатора

17, выход которого соединен с входом усилителя 7 мощности.

1458960

3 .ц . — — - — — — — — - - — (2) а, а хд + 2а„хд (х ) - а па ос a« ° Ь

10 ния.

b, а„ а,, а, -постоянные коэффициенты, причем а«аО à, vО; адд а 0; Ь ) О.

Конечные состояния х(Т) в зависимости от граничных условий лежат на линиях переключения, которые описываются приближенным уравнением

Х, = Х т + С,Х + Сдх (3)

15 где с,, с z — коэффициенты аппроксимации фазовых траекторий, проходящих через конечные точки при управлении U = +U, Значения коэффициентов с, и с зависят от значения конечной скорости вращения х, Отклонения движения системы от рассматриваемых участков оптимальной 25 траектории оцениваются функциями: а,д

1, =-х, +- — — —;

2а«х,„ (4)

1 = (х, х . -) с х с х

Сигналы 1, и 1, получают с помо- 30 щью перестраиваемого и стационарного функциональных преобразователей 9 и 5 как результат обработки выходных сигналов датчиков 4 и 8 и сумматора 3. Перестраиваемый функциональный преобразователь 9 настраивается автоматически в соответствии с текущими значениями параметров с, и с, вырабатываемых блоком 10 расчета параметров аппроксимации скорости. Блок 10 40 также является функциональным преобразователем, который выдает параметры с, и с приближенной кривой, проходящей через конечную точку х, Особое оптимальное управление U вы- 45 рабатывается функциональным преобразователем t3 в зависимости от сигналов датчика 8 тока возбуждения электродвигателя 1 и блока 14 механической характеристики производственного 50 механизма, который также является функциональным пре;. бразователем, on ределяющим значени.-. p (х,) по сигналам от датчика 4 скорости вращения электродвигателя 1. 55

Для реализации требуемых оптимальных по быстродействию последовательностей управляющих воздействий U зависящих от граничных условий х(0), Особое оптимальное управление реализуется в соответствии с зависимостью х(Т) и текущих значений координат х ( и хд, формируется переменная структура управления по отклонению вида 0, если i = 0„ (5) (U åñëè i =1, г де 0 = U,sign 1, — релейное управле« ние, реализуемое нелинейным элементом 6>

U — особое оптимальное управление (2), формируемое функциональным преобразователем 13; выходной сигнал логического блока 11, поступающий на управляющий вход первого коммутатора 12.

Значения сигнала i следовательно, структура управления (5) зависит от координат электродвигателя 1 относительно особой траектории и траектории, проходящей через конечную координату х(Т). В случае расположения граничных условий выше точки экстремума х логический блок 11 вырабатывает следующий алгоритм: если (1, и О) Л(1 cО)

О в остальных случаях, где Л вЂ” оператор логического умножеПервый коммутатор 12 осуществляет переключение структуры оптимального по быстродействию управления U при этом на вход усилителя 7 мощности в режиме оптимального по быстродействию перехода через второй коммутатор 17 проходи- сигнал U от нелинейного

P элемента 6 с релейной характеристикой или сигнал 0 от функционального преобразователя 13 в зависимости от значения сигнала i логического блока 11.

Управляющая последовательность вида (5) обеспечивает за минимальное

5 1458960 6 время переход из начальной точки х(0) (х,, х ) показывает, что если изв конечную точку х(Т). После того, вестно управление U, обеспечиваюкак электропривод будет переведен в щее устойчивость положения равновеконечную. точку х(Т), необходимо за- сия исходной системы, то можно постабилизировать конечные координаты строить систему стабилизации с добавх „. и х,, т.е. придать конечным ко- кой управления W(x(T) ) такой, чтобы ординатам асимптотическую устойчи- состоянием равновесия системы стабивость, получение которой не входит лизации служила конечная точка х(Т). в задачу оптимального по быстродей- 10 Система стабилизации для исходной ствию управления. системы (1) при особом управлении

Синтез системы стабилизации конеч" (2) с добавкой управления W(x(T)) ных координат электропривода x(T) примет вид р(х ) + ан х x + а,2х2

2 а2й х2 ос 2z 2

+ b(U + W(x(T)) = а х + Ь(—" — —. *1 (к(Т))) а„а х + 2a«x g(x P — а, а хг где Ь „, + W(x(T)) = Uc - управление для стабилизации конечных координат электропривода.

Для системы стабилизации (6) необходимо найти добавку управления

И(х(Т)), чтобы особой точкой системы (6) являлась конечная точка х(Т), т.е. выполнялось условие

U еслибы =0;

U =

dx„ dx

de

-"-(х(Т)) = О; — -(х(Т)) = О, (7)

ДС тогда W(x(T) ) = — — — х Т вЂ” 2 — -" х а« ан

b < acerb

xх,р(х, ).

Ллгоритм стабилизации конечных ко-. ординат эле.;.тропривода с использованием особого оптимального управления реализуется в электроприводе с помощью дополнительно введенных блоков.

Управление стабилизации конечных координат Ц, равное сумме особого оптимального управления 0, (2), обеспечивающего оптимальное быстродействие, и добавки управления W(x(T)) (7), зависящей от конечных координат, вырабатывается вторым сумматором 18, на входы которого подаются выходной сигпал функционального преобразователя 13, соответствующий Б ; и выходной сигнал дополнительного функционального преобразователя 15, равный W(x(Т)).

Переключение управления U электродвигателя 1 с оптимального по быстродействию управления V (5), являющегося выходным сигналом первого ком20 мутатора 12, на управление стабилизации конечных координат U,, снимаемое с выхода второго сумматора 18, производится вторым коммутатором 17 по

25 условию

U еслибы = 1.

Управляющий сигнал h для переклю"

30 чения второго коммутатора 17 получается на компараторе 16, который оценивает отклонение модуля Разности (х< — х, / текущего значения скорости х< и конечной скорости х, от заданной величины зоны стабилизации Е, внутри которой включается управление стабилизации конечных координат U а вне зоны включено оптимальное по быстродействию управление Ug. Сигнал

40 Ь Равен:

О, если /х< — х„/)Е

1, если (х, - х /а

Разность (х, — х, ) снимается с первого сумматора 3, а сигнал зоны

4б стабилизации определяется задающим блоком 2„ с которого выдаются также

4 конечная координата х „ и момент сопротивления рс(х, ) для формирования добавки управления W(x(T)) в соответствии с уравнением (7) на дополнис тельном функциональном преобразователе 15.

Введение сигнала зоны стабилизации

SS f необходимо для того, чтобы производить стабилизацию конечных координат электродвигателя f не только при равенстве текущей координаты х конечной х,, т.е. при условии (х, — x„ ) =

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока пс авт. св. К 1394385, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй сумматор, второй коммутатор, компаратор, реализующий закон управления

1, если (х, — х„(» =

О, если(х, -х, )тЕ, дополнительный функциональный преобразователь, реализующий зависимость

Составитель Т.Рожкова

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко.Редактор А.Лежннна

Заказ 377/57 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4, 7 14589

= О, но и в некоторой окрестности конечной координаты х, - x t E что позволяет выполнять такие показатели переходного процесса, как время регулирования и перерегулирование.

Применение изобретения позволяет совместить высокое быстродействие в переходных режимах работы электропри.вода и стабилизацию заданных координат электродвигателя в установившихся режимах и повысить точность регулирования координат электродвигателя и

КПД электропривода путем снижения отклонений координат и управления элек- 15 тродвигателя от заданных значений.

M(x(T) ) = --"-х — 2 — - — х м (х ), Ь а Ь

1 первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и тре35 тьим выходами задающего блока, чет3

60 8 вертый выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход компаратора соединен с управляющим входом второго коммутатора, первый информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, второй вход второго сумматора соединен с выходом дополнительного функционального преобразователя, выход первого коммутатора соединен с вторым информационным входом второго коммутатора, вуход которого соединен с входом усилителя мощности, при этом х, — угловая скорость вращения электродвигателя, а и °

Ь вЂ” постоянные коэффициентьц

x(T)

= (х,,х ) -конечные координаты электродвигателя р(х,) †механическ характеристика производственного механизма, И(х(Т)) — выходной сигнал дополнительного функционального преобразователя;

h — - выходной сигнал компаратора;

Я вЂ” зона стабилизации конечных координат электродвигателя.