Система управления положением

 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для управления положением нажимных винтов прокатных станов. Цель изобретения - повышение быстродействия и уменьшение колебательности системы. Поставленная цель достигается за счет того, что входной сигнал системы сравнивается с выходным сигналом второго интегратора и из полученной разности извлекается квадратный корень. Результат сравнивается в компараторе с выходным сигналом первого интегратора и полученный результат поступает на вход первого интегратора и с его выхода-на вход второго интегратора. Выходной сигнал второго интегратора поступает на вход регулятора положения, в котором сравнивается с выходным сигналом датчика положения и суммируется с выходными сигналами компаратора и первого интегратора. Выходной сигнал регулятора положения сравнивается в регуляторе скорости с выходным сигналом датчика скорости и суммируется с сигналом выхода компаратора. Выходной сигнал регулятора скорости усиливается, ограничивается и в датчике тока сравнивается с выходным сигналом датчика тока, выходной сигнал регулятора тока усиливается по мощности и поступает на вход двигателя. Выходные сигналы регулятора скорости и усилителя-ограничителя сравниваются и поступают на вход порогового устройства, выходной сигнал которого подается на управляющие входы ключей, которые отключают вход первого интегратора от выхода компаратора и вход второго интегратора-от выхода первого интегратора. В качестве регуляторов применяются ПИ-регулирующие блоки. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ станов.

ГОСУДАРСТНЕННЬ(Й НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4327001/24-24 (22) 27.07.87 (46) 07.10.89. Вюл. Р 37 (71) Донецкий политехнический институт (72) О.И. Толочко, П.Х. Коцегуб, Ю.В. Губарь и В.А. Столба (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(- 924662, кл. G 05 В 11/01, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 840789, кл. G 05 В 5/01, 1979.

Известия вузов Электромеханика", t982, Р 3, с. 331-337. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ (57) Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для управления положением нажимных винтов прокатных станов. Цель изобретения — повышение быстродействия и уменьшение колебательности системы. Поставленная цель достигается за счет того, что входной сигнал системы сравнивается с выходным сигналом второго интегратора и из полученной разности извлекается квадратный корень. Результат сравнивается в компараторе с выходным сигналом первого интегратора и полученный результат поступает на

Изобретение относится к области металпургии и мапп ностроению и может быть использовано для управления положением нажимных винтов прокатных (ц 4 G 05 В 11/01, G 05 D 3/12 вход первого интегратора и с его выхода — на вход второго интегратора. Выходной сигнал второго интегратора поступает на вход регулятора положения, в котором сравнивается с выходным сигналом датчика положения и суммируется с выходными сигналами компаратора и первого интегратора, Выходной сигнал регулятора положения сравнивается в регуляторе скорости с выходным сигналом датчика скорости и суммируется сигналом с выхода компаратора. Выходкой сигнал регулятора скорости усиливается, ограничивается и в датчике тока сравнивается с выходным сигналом датчика тока, выходной сигнал регулятора тока усиливается . по мощности и поступает ыа вход двигателя. Выходные сигналы регулятора скорости и усилителя-ограничителя сравниваются и поступают на вход порогового устройства, выходной сигнал которого подается на управляющие входы ключей, которые отключают вход первого интегратора от выхода компаратора и вход второго интегратора — от вьбсода первого-интегратора. В качестве регуляторов применяются ПИ-регулирующие блоки. 5 ил.

Целью изобретения является повышение быстродействия и уменьшение колебательности системы.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на фиг. 2 и 3 — диаграммы

1513415 изменения сигналов задающего устройства при работе системы по соответственно треугольной и трапецеидальной тахограммам; на фиг. 4 и 5 графики переходных процессов в системе при отработке заданного перемещения при отсутствии токоограничения и его наличии соответственно.

Система содержит задающее устройство 1, источник 2 входного сигнала, нелинейный блок 3, компаратор 4, первый ключ 5, первый интегратор 6, второй ключ 7, второй интегратор 8, контур 9 регулирования положения, регулятор 10 положения, регулятор скорости, усилитель-ограничитель 12. регулятор 13 тока, усилитель 14 мощ ности, исполнительный двигатель 15, датчики тока 16, скорости 17 и по- 20 ложения 18, блок 19 сравнения, блок

20 выделения модуля, компаратор 21 источник 22 опорного сигнала, пороговое устройство 23.

На фиг. 2-5 показаны х, (t) — вы- 25

xGpHGH сигBBJI 1-гG блока; К „ - коэффициент передачи датчика 18 положения; ц „, С » — начальное и конечное положения вала двигателя 15; х о - амплитуда выходного сигнала компара- 30 тора 4; х — максимальная амплитуда выходного сигнала интегратора 6;

u(t) — скорость вращения вала двигателя 15," I(t) — ток двигателя 15;

Е(э — заданное перемещение; Ь(у (1) текущее положение вала двигателя 15;

I. ù„ — максимальное значение тока двигателя 15.

В качестве нелинейного блока могут быть использованы релейные бло- 40 ки 1, 2),и блок извлечения квадратного корня j3j.

Система работает следующим образом, 1

Для того, чтобы переместить вал двигателя 15 из некоторого начального заданного положения(„в конечное (f» необходимо выходной сигнал источника

2 входного сигнала изменить скачком на величину х = (Cp»-(p„) К „, где

К вЂ” коэффициент передачи датчика 18

g,n положения. Блок 3 осуществляет функцию извлечения квадратного корня из разности выходных сигналов источника 2 входного сигнала и второго интег ато а 8 формирует сигнал х = К (х — ха и ограничивает

Й 8

L выходной сигнал первого интегратора

6 на уровне х06= х, . Компаратор 4 формирует сигнал х = х sigII(x — х ), ое который при замкнутых ключах 5 и 7 преобразуется первым интегратором е

6 в воздействие хо = K Jx (t) dt, о имеющее форму треугольника (фиг . 2) или трапеции (фиг. 3) в зависимости от того, достигают или нет сигналы

1 х и хб уровня ограничения х о = а вторым интегратором 8 — в сигнал

x8 -= K8fx (t) dt, изменяющийся от уровня Ха (О) = К р (р до уровня Х8 дрЦК на участках где хб(") xî по йараболическому закону, а на астках где (хб(t)I хо6 линей но (фиг. 2). Сигйал х () является основным управляющим воздействием для контура 9 регулирования положением, а сигналы хб(t) и x<(t), пропорциональные первой и второй производным от этого воздействия, используются для создания параллельных корректирующих связей по каналу задания, позволяющих повысить быстродействие системы в пускотормозных режимах.

Регулятор 10 положения преобразует управляющие воздействия х8 хб х и сигнал отрицательной обратной связи по положению х,я = Кдр р в сигнал задания на скорость х,, Регулятор 11 скорости преобразует сигнал х,, корректирующее управляющее воздействие х и сигнал отрицательной обратной связи по скорости 63 двигателя 15 х = К и во входной сигме нал х и для усилителя-ограничителя 12.

Усилитель-ограничитель 12 вырабатывает сигнал

Х„, ЕСЛИ Х „! (Хо,а 3

) °

x, = x,,earn

Хо1а* eGJIH X «(I где хо, = К4 I««- уровень ограничения сигнала задания на ток Х;

К вЂ” коэффициент усидт ления датчика 16 тока

I„ — максимально допустимый ток якорМ " двигателя 15.

Блок 19 сравнения формирует на своем выходе разность сигналов х,ц и x

15134 (2) S где х — опорный сигнал, вырабатываемый источником 22 опорного сигнала, представляющим собой устройство типа источниКа опорного 10 напряжения. Источник опорного сигнала 22 необходим для того, чтобы при х = 0 компаратор 21 вырабатывал сигнал х,, = -х <, соответствующий замкнутому состоянию управляе- 15 мык ключей 5 и 7, Регуляторы положения 10 и скорости 11 обычно выполняются пропорциональными или пропорционально интегральными в зависимости от требова- 20 ний, предъявляемых к системе. Если они имеют пропорциональные характеристики, то их выходные и входные сигналы связаны между собой уравнениями 25 х„= х„. (5)

Поэтому выходные сигналы б..ока t9 сравнения х„ = х « — х, и блока 20 выделения модуля х = х (равны

30 нулю, а второй компаратор 21 под действием небольшого по величине опорного сигнала х находится в состоянии, при котором управляющие ключи 5 и 7 замкнуты (х. = хс г

35 " s ign(х ) х о<х ) ° eHeTeMe Отра батывает заданное перемещением(=

=,.— „(фиг. 4).

При возрастании статического момента М на валу двигателя 15 до

40 такой величины, чтО условие (4) становится несправедливым, ускорение двигателя 15 уменьшается (P < E к ), результирующие входные сигналы регуляторов положения 10 и скорости 11

45 увеличивается, что приводит к насыщению усилителя-ограничителя 12 и переходу системы в режим токоограничения. Этот режим может возникнуть и в начале процесса изменения задающего

50 воздействия, когда двигатель 15 даже при максимально допустимом токе

ЯКОРЯ I акс Не вРаЩ из-sa ТОРО, чтО М ) С Е „„. Вследмакс ствие насыщения усилителя-ограничителя 12 равенство (5) нарушается (уравнение (1)) и на выходах блока

19 сравнения и блока 20 выделения модуля появляются сигналы. При х у х состояние компаратора 21 изменяется, второй компаратор 21 преобразует ее в сигнал управления х,< ключами

5и7

x i = xp sign(x м х ), к <с = (хд +К<хь+К х+ х<а) Кр«е

x« = (х<о +К к х<т ) Крс э где К д и К вЂ” коэффициенты усиления регуляторов положения и скорости соответственно;

К<, К, К > — коэффициенты передачи по сигналам параллельных корректирующих связей.

Если регулятор 11 скорости имеет пропорционально интегральную характеристику, то его выходной сигнал следует ограничить, чтобы предотвратить чрЕзмерное нарастание интегральной составляющей его выходного напряжения в режиме токоограничения.

Величину сигнала хои необходимо выбирать из условия чадежного изменения состояния компаратора 21 в этом режиме х<„< (3) Пропорционально интегральный регулятор 13 тока преобразует разность сигналов задания на ток х„ и обратной связи по току х, = КА I в

Дп сигнал управления х усилителем 14 мощности„вырабатывающим сигнал управления х,4 двигателем 15. Под действием этого сигнала в якорной цепи двигателя 15 протекает ток I, 15 6 создающий в возбужденном двигателе

15 электромагнитный момент М = С I, в результате чего двигатель 15 вращается со скоростью

Ь

CI(e) -М

53(t) = J — — — — dt

t о где I — момент инерции двигателя 15;

М вЂ” момент статического сопроC тивления на валу двигателя

15;

С - коэффициент пропорциональности между током I и моментом М.

Пока выполняется условие (C макс I Eрк), (4) где Я вЂ” желаемое ускорение двигателя 15, определяемое настройкой блоков задающего устройства 1, усилитель-ограничитель 12 работает в линейной зоне, т.е.

1513415 что приводит к размыканию управляемых ключей 5 и 7 и прекращению роста,. управляющих сигначов х. и х на выходах интеграторов 6 и 8 задающего устройства 1. Благодаря этому после выхода системы из режима токоограничения отработка заданного перемещения осуществляется без колебаний вокруг установившегося положения, (фиг. 5).

Указанные отличительные особенности позволяют повысить быстродействие и уменьшить колебательность предлагаемой системы, т,е. позволяют отрабатывать любые входные сигналы без перерегулирования и дотягивания.

Повышается надежность установок, в которых применяется система„ так как колебания системы вокруг установившегося положения могут Привести к аварии. Например, при управлении, приводом нажимных винтов обжимных прокатных станов задание на перемещение верхнего валка вниз подают в то время, когда прокатываемый металл еще находится в клети, что приводит к возникновению режима упора.

Это делают для улучшения структуры металла хвостовой части слитка.. Если в системе управления не предусмотреть меры по устранению колеба ний привода вокруг установившегося значения при выходе из.режима упора. то после выброса слитка из клети может произойти тяжелая авария: посадка валка на валок.

Формула изобретения

Система управления положением, содержащая последовательно соединен5

10 ные источник входного сигнала, на.линейный блок и компаратор, подключенный выходом к первым входам регулятора скорости и регулятора положения,, соединенного вторым входом с выходом первого интегратора и с вторым входом компаратора, третьим входомс выходом второго интегратора и с вторым входом нелинейного блока, четвертым входом - с выходом датчика положений, а выходом — с вторым входом регулятора скорости, подключенного третьим входом к выходу датчика скорости, и последовательно соединенные регулятор тока, усилитель мощности и исполнительный двигатель„ вал которого кинематически связан с валами датчиков положения и скорости, а электрический выход которого соединен с входом датчика тока, подключенного выходом к первому входу регулятора тока, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повы.>5 шения быстродействия и уменьшения колебательности системы, B нее дополнительно введены блок сравнения, пороговое устройство, два ключа и усилитель-ограничитель, соединенныи входом с выходом регулятора скорости и первым входом блока сравнения, а выходом — с вторыми входами регулятора тока и блока сравнения, подключенного выходом через пороговое устройство к управляющим входам обоих

35- ключей, информационный вход первого ключа соединен с выходом компаратора. а выход — с входом первого интеггатора, подключенного выходом к информационному входу второго ключа соеди40 пенного выходом с входом второго ин1 тегратора.

1513415

1513415

Составитель Г. Нефедова

Техред Л.Олийнык Корректор С. Черни

Редактор И. Шулла

Тираж 788

Заказ 6076/46

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101