Электропривод с оптимальным управлением

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока. Цель изобретения - повышение КПД. Уо содержит первый интегратор 10, блок 12 задания оптимальных уставок. Выход второго интегратора 26 соединен с входом первого интегратора 10, а первый вход блока 1 управления соединен с входом блока 12 задания оптимальных установок. В данном устройстве обеспечивается формирование оптимальной тахограммы изменения скорости в зависимости от заданного угла поворота. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ социАлист2несних

РЕСПУБЛИН (29) (222 (51)5 К 02 Р 5 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

fto из06Ретениям и отнРытиям

ПРИ ГКНТ CCCP

1 (21) 4325189/24-07 (22) 10.11.87

1 (46) 07.01.90. баюл. Ф 1 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Q.Â.Ãóäçü, В.Г.Дубовик, А.В,Чермалых и В.И.Чермалых

{53) 621. 316. 718. 5 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1022275, кл. Н 02 P 5/06, 1932.

Авторское свидетельство СССР

У 1 339854, кл . И 02 Р 5/06, 1985 . (54) ЭЛЕКТРОПР11ВОД С ОПТИИАЛЫПП2

УПРАВЛЕНИЕИ

2 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока. Цель изобретения повышение КПД. Устройство содержит первый интегратор 10 блок 12 задания оптимальных уставок. Выход второго интегратора 26 соединен с входом первого интегратора 10, а первый вход блока 1 управления соединен с входом блока 12 задания оптимальных уставок. В данном устройстве обеспечивается формирование оптимальной тахограммы изменения скорости в зависимости от заданного угла поворота.

2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1534»9

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в флектроприводе уст ановок цикличе ско го действия.

Цель изобретения " повьш ение 1<ПД.

На фиг. 1 представлена структурная схема электропривода с оптимальным управлением; на фиг. 2 — структурная схема блока задания оптимальных уста- 10

;.вок; на фиг. 3 — - структурная схема блока управления; на фиг. 4 — диаг" раммы скорости, ускорения, рывка.

Электропривод с оптимальным управлением содержит электродвигатель 1 постоянного тока, подключенный к блоку 2 регулирования напряжения, и последовательно соединенные .первый сум-! матор 3, регулятор 4 частоты враще,ния, второй сумматор 5 и регулятор 6 20 .тока, выход которого поцключен к вхо. ду блока 2 регулирования напряжения, 0 ,"датчик 7 частоты вращения и датчик 8 тока якоря, выходы которых подключены к входам соответственно первого 3 и второго 5 сумматоров, первый пропор циональный усилитель 9, первый интег ратор 10, выход которого соединен с входом. первого сумматора 3, а вход первого интегратора 10 соединен с вхо-30 дом первого пропорционального усилителя 9, блок 11 задания угла поворота, блок 12 задания оптимальных уставок, блок 13 управления, второй вход

35 которого соединен с выходом первого интегратора 10, а первый вход 15 блока 13 управления соед,лен с входом блока 12 задания оптимальных уставок и выходом блока 11 задания угла поворота, 40

Кроме того, электропривод с оптимальным управлением содержит ключ 16, третий сумматор 17, первый релейный элемент 18, четвертый сумматор 19, первый из двух входов которого соединен с входом первого интегратора 10, а второй вход соединен с выходом первого релейного элемента 18, два выхода которого соединен с выходом третьего сумматора 17 и с первым выходом 20 блока 12 задания оптимальных уставок, первый и второй вход третьего сумматора 17 соединены соответственно с выходом первого интегратора

10 и выходом ключа 16, умножитель 21, первый диод 22, второй диод 23, второй пропорциональный усилитель 24, вход которого соединен с выходом первого интегратора 10, выход соединен с анодом первого 22 и катодом второго 23 диодов, выходы которых соединены соответственно с первым входом умножителя 21 и третьим входом третьего сумматора 17, четвертый вход третьего сумматора 17 соединен с выходом умножителя 21, а второй репейный элемент 25, второй интегратор 26, выход которого соединен с входом первого интегратора 10, а вход второго интегратора 26 соединен с выходом второго релейного элемента 25, два выхода которого соединены соответственно с выходом четвертого сумматора

19 и вторым выходом 27 блока 12 задания оптимальных уставок, третий 28 и четвертый 29 выходы которого соединены соответственно с вторым входом умножителя 21 и первым входом ключа

l6, второй вход 30 которого соединен с выходом блока 13, На вход 31 блока

11 поступает сигнал задания, а на второй вход 32 блока 12 поступает сигнал, пропорциональный величине рынка.

Блок задания оптимальных уставок (фиг. 2) содержит первый пропорциональный усилитель ЗЗ, второй пропорциональный усилитель 34, третий пропорциональный усилитель 35, первый блок 36 деления, второй блок 37 деления, а также последовательно соединенные первый блок 38 извлечения квадратного корня, первый сумматор

39, четвертый пропорциональный усилитель 40, пятый пропорциональный усилитель 41, второй блок 42 извлечения квадратного корня, второй сумматор 43, первый квадратор 44, шестой пропорциональный усилитель 45, третий блок

46 извлечения квадратного корня, второй квадратор 47, первый блок 48 умножения, третий блок 49 деления, вто" рой блок 50 умножения, третий квадратор 51, седьмой пропорциональный усилитель 52, третий сумматор 53, второй вход которого соединен с выходом блока 37 .деления, первый вход которого через пропорциональный усилитель

35 соединен с выходом квадратора 51, а второй вход соединен с входом,блока Зб деления и выходом блока 49 деления, второй вход которого соединен с выходом пропорционального усилителя 34, вход которого соединен с выходом квадратора 44. Вход квадратора

47 соединен с вторыми входами блоков

48 и 50 умножения, выход блока 38

1534719 извлечения квадраторного корня подключен к второму входу сумматора 43, второй вход сумматора 39 соединен с первым входом блока 12 задания опти5 мальных уставок, подключенного вторым входом к входу пропорционального усилителя 33 и входу пропорционального усилителя 40, первым выходом 20— к выходу сумматора 53, четвертым вы- 1р ходом 29 — к выходу второго блока 50 умножения, вторым выходом 27 — к первому входу блока 36 деления, второй. вход которого соединен с выходом пропорционального усилителя 33, а вы- !5 ход — с третьим выходом 28 блока 12 задания оптимальных уставок.

Блок управления (фиг. 3) содержит первый формирователь 54 логических уровней, первый формирователь 55 им-. 2p пульса, а также последовательно соединенные второй формирователь 56 логических уровней, второй формирователь 57 импульса, RS-триггер 58, элемент И 59, выход которого соединен с 25 выходом 30 блока 13 управления, соединенного первым входом 15 с входом формирователя 56 логических уровней, вторым входом 14 через формирователь

54 логических уровней с вторым вхо- 30 дом элемента И 59 и входом формирователя 55 импульса, выход которого соединен с вторым входом RS-триггера 58, Электропривод работает следукицим образом.

Для обеспечения оптимального управления электроприводом по минимуму потерь электрической энергии при ограничении величины рывка Р, в режиме пуска, остановки до заданного значения путем задания необходимого угла о/пп поворота вала электродвигателя определяется оптимальное время Топ„, цикла (фиг. 4).

Топе Топп1+ 2 t os где tä — время работы электропривода во время пуска или остановки при величине рывка

Т „ — оптимальное время цикла без ограничения величины рывка при пуске и остановке;

1 батые

Т 2t

one М э

С где t — время работы электропривода ф

I. в период времени Тороп, Ис — момент статической нагрузки электропривода;

I — - приведенный момент инерции электропривода;

М - угол поворота вала электроl двигателя за время Топ,л, Угол М пропорционален площади фигуры, ограниченной кривой аЬс (фиг.4) .

Входной сигнал Ug„п устройства подается от блока 11 задания угла поворота на вход блока 12 задания оптимальных уставок и пропорциональный углу o(щ поворота вала электродвигателя.

Обработка заданного угла о1 „, поворота вала электродвигателя произ" водится с учетом значения величины рывка 11,, а такие значений момента статической И< нагрузки и приведенного момента I инерции электропривода.

Напряжение Бпп, пропорциональное значениям этих величин, подается на второй вход 32 блока 12 задания оптимальных уставок c °

11я в 5 anlа М4 + Hit где М вЂ” угол поворота вала электродвигателя 1, пропорциональный площади, ограниченной линией oacd (фиг.4).

С уменьшением задания угла поворота Фп, U1 УменьшаютсЯ значениЯ afq u о(до определенного такого значения при котором o(a О, à а<1 О. При этом йп = о4 „ где g — максимальное значение заданного угла поворота Мя, при котором ао.= О, угол 0(пропорционален сумме площадей, ограниченных линиями oem u mcd на оси времени (фиг. 4).

Для формирования сигнала Уют на выходе блока 12 задания оптимальных ,уставок при различных значениях сигнала 11 „,подается напряжение с выхода блока 1!. Формирование выходных напт ° ряжений с блока 12 задания оптимальных уставок производится- с использованием блоков, реализующих приведенные выражения, а именно:

1 6ХЫ и 3 о и йФ « °

2 Nc (2 Сп, Еуу, * fgt< ° (J - -(- + — )

Ф 2 < °

1534719

На второй вход блока 12 задания оптимальных уставок подается напряжение, пропорциональное значениям величин И, 0,, Т данного злектропривода: э м

U р,Т

Значения величин, входящие s при еденное вь1ражение, являются постоян- 10 дым для данного электропривода, Напряжение U„ Бс1„„ подается на сумматор 39 (фиг. 2) блока 12 sagaсия оптимальных уставок. Иа входы пропорциональных усилителей 40 и 41 15 1одается напряжение Uqg. Пропорциональные усилители 40 и 41 имеют ха",рактеристики Isa UbqI qa, U4i U11g,I 4<,,К 1 К 3»

40 24 4< 8 P(20

Сумматор 39 имеет характеристику

11Ь|- U< + U4o °

Сигнал сумматора 39 подается через блок 38 извлечения квадратного

1 1 25 корня с характеристикой U>p (Q + 2 U> на сумматбр 43 — с характеристикой

U Уь - U4, на который подается

43 напряжение с выхода блока 42 извлечения квадратного корня, на вь1ходе 30 квадратора 44, имеющего характеристику 1144 (114з), получается напряжение,, пропорциональное углу поворота

<" е Н44Зто напряжение через пропорциональный усилитель 45 с характеристи3 Т кой U = U44К4в, Ка =,— — поступает

4 4 в ° 2 11с на блок 46 извлечения квадратного корня с характеристикой 04 = - Ъ, на 40 выходе которого формируется напряжение, пропорциональное t,, 1(роме того, напряжение U44 подается через пропорциональный усилитель 34 с характерис3 45 тихой U = V „1 а, 1 — на второй вход блока 49 деления с характеристикой U = - -, на первый вход котоU 4

1148 рого подается напряжение от блока 46 через квадратор 47 с характеристикой

U = (U ) и через блок 48 умножения

47 46 с характеристикой U4> = U4< U« „

На вьгходе блока 49 деления формируется сигнал пропорциональный зна 55 чению Рывка U4а = Pz котоРый поДается на второй выход 27 блока J2 зада- ния оптимальных уставок и на первый вход блока ЗЬ деления с характеристикой 11 = U /IJ4, на второй вход которого подается сигнал пропорционального усилителя 33 с характеристикой

Iâ рЪ

U = 1; К вЂ -- . Выходной сигй м зз эЗ Иэ с нал блока Зб деления, пропорциональный величине (/p, подается на третий выход 28 блока 12 задания оптимальных уставок. Напряжение U подается также на блок 50 умножения с характеристикой Ug() V4() U4T на Выходе которого формируется напряжение, пропорциональное величине ускорения д в преобразователе (U< Б ).

Это напряжение также через квадратор

51 с характеристикой U, = (U ) подается на пропорциональные усилители

35 и 52 с характеристиками Б 11э1 Е, 1, 1 5 51 52 ъ5 2 5 2Р жение с выхода пропорционального уси" лителя 35 подается на первый вход блока 3? деления с характеристикой U /V4, на второй вход которого

З1 подается а1-ряжение U4>

С выхода блока 37 деления напряжение поступает на сумматор 53 с характеристикой Ugy = UgT Ugq e

Выходное напряжение сумматора 53 пропорционально значению угловой скорости И„„ которое подается на первый выход 20 блока 12 задания оптимальных уставок.

Прн работе злектропривода при различных значениях заданного угла поворота с,„ изменяются и значения рывка

Так как глубина обратной связи с выхода интегратора 26, при наличии там отрицательного напряжения, подаваемого через пропорциональный усилитель 24 и вентиль 23 на третий вход сум1латора 17, определяется коэффициентом передачи усилителя 24, имеющего характеристику U<4 = U < 1 <4 где 1 = — — — -"-, то при положитель11(,„К, с, 2UtI ном напряжении на выходе интегратора

26 коэффициент обратной связи определяется характеристикой усилителя 24 и отно1пением pi/pg. Напряжение, пропорциональное этому сигналу, подается на первый вход блока 21 умножения, на второй вход которого подается напряжение через вентиль 22 с характеристикой Т1еа ПРи Ua4 о 0 0 при U$46 +Ое

1534719

1 1 при lUis I ) О

54 10 при Uis О за

1 при l Ui4 l О (О при Ui4 «(О.

Формирователь 55 выдает импульс по фронту изменения напряжения на

его входе с нуля в единицу, а формирователь 57, наоборот, по фронту изменения напряжения с единицы в нуль на его входе.

Элемент И 59 имеет характеристику 40

59 б4 М

Выходное напряжение сумматора 17 с характеристикой Uii -U 6 -U« -Uq; -Ui|S подается на первый репейный элемент

18 с характеристикой 45

U при Uq 0 О

U О при U

<8.

-U при U

ФЪъ где Пр - напРяжение, нропорциональ- 50 ное значению максимального ускорения, и формируется на четвертом выходе блока 12 задания оптимальных уставок.

Выходное напряжение сумматора 19 с . характеристикой 9 11,е 11 6 подается на второй репейный элемент

25 с характеристикой

Вентиль 23 имеет характеристику

1 024 при Ug4(0 0 при U24 О. отк ючение электропривода в конце 5 цикла - точка d (фиг. 4) производиФ ся ключом 16, имеющим характеристику

1129 при Uóî

О при Us,i О.

Ключ 16, размыкаясь, разрывает связь блока задания оптимальных уставок с сумматором 17, и сигнал задания скорости становится равным нулю.

Управление ключом 16 производится 15 блоком 13 управления, который имеет характеристику

Ъ" О П 0 при 1 Л1

1 при jUО при

При снятии входного сигнала U, 0, на выходе блока 13 управления напря" жения становится равным нулю (Use О).

Входные сигналы 11<4, Us> блока 13 управления (фиг. 3) преобразуются в 25 логические уровни формирователя 54 н 56 со следующими характеристиками:

Пр, при П19 О

0 при U<9 О

-Up при U,9 (О, где Up,, Up — напряжения, пропорциональные значениям рывков 1 и, 1 . Текущие значения ускорения С. изменяются по линии oegh (фиг,4) и формируются на выходе интегратора 26, а текущие значения скорости о1 изменяются по линии oabcd и формируются на выходе интегратора 10.

Напряжение U через сумматор 3 ю подается на регулятор 4 частоты вращения и после него на сумматор 5.

Напряжение .U> пропорционального усилителя 9 соответствует заданному ускорению электропривода. !

При подаче на вход 15 от блока ll задания угла поворота напряжения, пропорционального заданному углу поворота вала электродвигателя 1, это напряжение, пропорциональное площади фигуры, ограниченной кривой oabcd (фиг. 4) ° подается на блок 12 и на блок 13 управления (клемма 15) и далее на формирователь 54 логический уровней, где устанавливается уровень логической единицы. Этот уровень устанавливается также на втором входе элемента И 59. При подаче напряжения с формирователя 54 на вход формирователя 55 на его выходе формируется импульс, который подается íà S-вход

RS-триггера 58, который устанавливается по выходу в единичное состояние.

Поэтому на выходе соединенного с ним элемента И 59 устанавливается уровень логической единицы Uss l. При этом ключ 16 замыкается. Напряжение блока 12, пропорциональное И, с выхода ключа 16 подается через сумматор 17 на первый вход, а с четвертого выхода блока 12 на второй вход релейного элемента 13, на выходе которого устанавливается напряжение +U .

Это напряжение через сумматор 19 подается на репейный элемент 25, на выходе которого устанавливается напряжение Up . При этом на выходе интегратора 26 напряжение возрастает по линии ое .(фиг. 4), а на соединенном с ним интеграторе 10 — по линии оа.

Напряжение о =(с выхода второго интегратора 26 подается через сумматор 3, регулятор 4 частоты вращения, сумматор 5, регулятор 6 тока, блок 2

1534719

12 регулирования напряжения, датчик 8 тока на электродвигатель 1. При вращении якоря электродвигателя 1 сигнал датчика 7 астоты вращения подается через сумматор 3 на регулятор 4 час"

Фоты вращения. Сигнал датчика 8 тока одается на сумматор 5, Иапряжение интегратора 26 подается через усилитель 24, вентиль 22, блок 21 умноже- 10 ия на вход сумматора 17.

При работе электропривода, когда напряжение У на выходе у сумматора

7 станет меньше нуля за счет увелиения напряжения U(p и Upped соединен- 15

N с ним нелинейный элемент 18 на воем выходе изменит полярность сигала на -UE (время tp, фиг. 4). Это напряжение йодается на сумматор 19, на его выходе напряжение становится меньше нуля, и первый релейный элемент 25 иа своем выходе изменяет напряжение на -UI> . После этого напряже )

gee U> на выходе интегратора 26 уменьшается по линии efg, а на сое- 25 чиненном с ним интеграторе 10 изме1 ляется по линии аЬс (фиг, 4). Раз гон электродвигателя 1 происходит по инни аЬ, а замедление по линии Ьс.

Кроме того, напряжение Б аинрег атора 26 через усилитель 24 и вениль 23 подается на третий вход суматора 17 после точки f (фнг, 4). огда напряжение на выходе сумматора 17 станет положительным за счет вход- „

oro сигнала U 3,, релейный элемент 18 изменит выходное н;...ряжение на

Это напряжение воздействует че,рез сумматор 19 на релейный элемент

25, который на своем выходе устанавливает напряжение Up,, и на выходе интегратора 26 (точка g) напряжение начинает уменьшаться, уменьшается также напряжение на выходе интегра" тора 10 по линии cd. В момент яремени (точка d), когда напряжение на выходе интегратора 10 станет равным нулю, этот. уровень напряжения устанавливается на входе 14 блока 13 управления и на выходе формирователя 56 логических уровней также устанавливается логический нуль, при этом формирователь 57 импульса выдает импульс, который переключает Ы-триггер 58 с единичного в нулевое состояние, на выходе элемента И 59 уровень сигнала изменяется на противоположный и становится равным кулю. При этом ключ 16 размыкается, сигнал на его выходе становится равным нулю и электродвигатель 1 останавливается, Ф о р м у л а 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, первый пропорциональный усилитель, первый интегратор, выход которого соединен с входом первого сум" матора, а вход первого интегратора соединен с входом первого пропорционального усилителя, блок задания уг" ла поворота, блок задания оптимальных уставок, блок управления, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, а второй вход блока управления соединен с входом блока задания оптимальных уставок и выходом блока задания угла поворота, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения ЕПД, в него дополнительно введены третий сумматор, первый релейный элемент, ключ, четвертый сумматор, первый из двух входов которого соединен с входом первого интегратора, а второй вход соединен с выходом первого релейного элемента, два входа которого соединены с выхоДом третье" го сумматора и первым выходом блока задания оптимальных уставок, первый и второй входы третьего сумматора соединены соответственно с выходом первого интегратора и выходом ключа, умножитель, первый диод, второй диод, второй пропорциональный усилитель,. вход которого соединен с входом первого интегратора, а выход соединен с анодом первого и катодом второго диодов, катод и анод которых соединены соответственно с первым входом умножителя и третьим входом третьего сумматора, четвертый вход третьего сумматора соединен с выходом умножителя, второй релейный элемент, второй интегратор, выход которого соединен с входом первого интегратора, и вход второго интегратора соединен с выхо1534719

l4

35 дом второго релейного элемента, два входа которого соединены соответственно с выходом четвертого сумматора, и вторым выходом блока задания оптимальных уставок, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторым входом умножителя и первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом блока уп- 1{) р авления, 2. Электропривод по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок задания оптимальных уставок содержит первый пропорциональный усилитель, 15 второй пропорциональный усилитель, третий пропорциональный усилитель, первый блок деления, второй блок деления, а также последовательно соединенные первый блок извлечения квад- gp ратного корня, первый сумматор, четвертый пропорциональный усилитель, пятый пропорциональный усилитель, второй блок. извлечения квадратного . корня, второй сумматор, первый квад- 5 ратор,.шестой пропорциональный усилитель, третий блок извлечения квадратного корня, второй квадратор, первый блок умножения, третий блок деления, второй блок умножения, третий квадратор, седьмой пропорциональный усилитель, третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго блока деления, первый вход которого через третий пропорциональный усилитель соединен с выходом третьего квадратора, а второй вход соединен с входом первого блока деления и выходом третьего блока деления, вто.рой вход которого соединен с выходом 40 второго пропорционального усилителя, вход которого соединен с выходом первого квадратора, вход второго квадратора соединен с вторым входом первото блока умножения и вторым входом второго блока умножения, выход первого блока извлечения квадратного корня подключен к второму входу второго сумматора, второй вход первого сумматора соединен с первым входом блока задания оптимальных уставок, подключенного вторым входом к входу первого пропорционального усилителя и входу четвертого пропорционального усилителя, четвертым выходом — к выходу третьего сумматора, первым выходом — к выходу второго блока умножения, третьим выходом — к первому входу первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом первого пропорционального усилителя, а выход — с вторым выходом блока задания оптимальных уставок.

3. Электропривод по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управ" ления содержит первый формирователь логических уровней, первый формирователь импульса, а также последовательно соединенные второй формирователь логических уровней, второй формирова" тель импульса, RS-триггер, элемент И, выход которого соединен с выходом блока управления, соединенного первым входом с входом второго формирователя логических уровней, вторым входом через первый формирователь логических уровней к второму входу элемента И и входу первого формирователя импульса, выход которого соединен с вторым входом RS-триггера.

1534719

1534719

Составитель С.Колодезев

Техред М.Дидык Корректор В.Кабаций

Редактор Н.Тупица

Заказ 55 Тираж 451 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