Способ цифрового управления тиристорным электроприводом постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления частотой вращения электродвигателя постоянного тока. Целью изобретения является повышение точности управления электроприводом. Тиристорный электропривод, реализующий способ цифрового управления, содержит электродвигатель, якорная обмотка 1 которого подключена к выводам тиристорного преобразователя 3, датчики 5 и 7 тока и скорости, цифровой вычислительный блок 9, выход которого через ЦАП 10 и функциональный преобразователь 20 связан со входом системы 4 управления тиристорным преобразователем 3. В данном способе при помощи цифрового вычислительного блока 9 определяется угол регулирования на следующий такт переходного процесса на основании анализа процесса регулирования на предшествующем такте переходного процесса, что устраняет влияние запаздывания тиристорного преобразователя 3. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 H 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ

Н A BTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4470337(24-07 (22) 02.08.88 (46) 30.07.90 Бюл ° № 28 (71) Северо-Кавказский горно-металлургический институт (72) И,Я.Дурнев (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Файнштейн В.Г,, Файнштейн Э,Г., Гераймович И.Т„, Жуков Н,С, Непосредственное рег"лирование скорости тиристорного электропривода постоянного тока. — Электротехническая промышленность. Сер. "Электропривод", 1980, № 3 (83), с ° 11-14.

Патент Японии И - 2603, кл, Н 02 P 5/00, 1976. (54) СПОСОБ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЬИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к .электротехнике и может быть использовано для

ÄÄSUÄÄ 1582318 А I

2 управления частотой вращения электродвигателя постоянного тока. Целью изобретения является повьииение точности управления электроприводом, Тиристорный электропрнвод, реализующлп способ цифрового управления, содержит электродвигатель, якорная обмотка 1 которого подключена к выводам тиристорного преобразователя 3, датчики 5 и 7 тока и скорости. Цифровой вычислительный блок 9, выход каторогo через !!А!! 10 и функциональный преобразователь 20 связан с входом системы

4 управления тиристорным преобразователем 3. В данном способе при лол оцн цифрового вычислительного блока 9 определяется угол регулирования на следующий такт переходного процесса на основании анализа процесса регулирования на предшествующем такте переходного процесса, что устраняет влияние запаздывания тиристорного преобразователя 3. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

15823 18

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано. для управления частотой вращения электродвигателя постоянного тока.

Целью изобретения является повышение точности управления электро1 риводом.

На Фиг, 1 приведена схема элект6опривода; на фиг. 2 — диаграммы, 1 оясняющие реализацию предла",aeMoro способа.

Электропривод постоянного тока

1 одержит электродвигатель, якорная а бмотка 1 которого и обмотка 2 возуждения подключены к выходам тирис1 орного преобразователя 3 управляюУ

1 им входом соединенного с выходом системы 4 управления тиристорным реобразователем, аналоговый датчик тока, выход которого соединен с рходом первого аналого-цифрового пре1 образ ователя 6; аналоговый датчик 7 скорости, выход которого подключен

К входу второго аналого-цифрового греобразователя 8, цифровой вычисли тельный блок 9, первый и второй входы которого соединены с выходами со ответственно первого и второго Лналоговых преобразователей 6 и 8, цифроаналоговый преобразователь 10, вход которого -соединен с информационным выходом цифрового вычислительного блока 9, развязывающий трансформатор

11, выводы первичной обмотки которого подключены к соответствующим выводам

;сети переменного тока и силовым вхоljrам тиристорного преобразователя 3, а выводы вторичной обмотки попарно соединены с входами соответственно первого, второго и третьего компараторов 12, 13 и 14, выходы которых подключены к установочным входам со-., ответственно первого, второго и третьего триггеров 15, 16 и 17. Вхо- 45 ды сброса триггеров 15, 16 и 17 соединены с входами программируемого контроллера 18 прерываний цифрового вычислительного блока 9, устройство параллельного ввода-вывода 19 которого подключено к выходам триггеров

15, 16 и 17. Между выходом цифроаналогового преобразователя 10 и входом системы 4 управления тиристорным преобразователем включен функциональный преобразователь 20.

10

Электропривод работает следующим образ ом.

Перед началом работы подаются сигналы на входы сброса R триггеров 15, 16 и 17, которые устанавливают на их выходах сигнал "0", При появлении сигнала на выходе одного из компараторов, что будет иметь место при равенстве напряжений двух каких-то соседних фаз, на вход установки S одного из триггеров будет подан сигнал, который обеспечит появление сигнала на выходе этого триггера.

Сигналы с выходов триггеров 15, 16 и 17 поступают на входы устройства параллельного ввода-вывода 19 цифрового вычислительного блока 9 и обеспечивают синхронизацию работы этого блока с сетью, который программным путем через заданные интервалы времени опрашивает аналогоцифровые преобразователи 6 и 8 датчиков 5 и 7 тока и скорости, а затем определяет средние значения тока и скорости. В качестве цифрового вычислительного блока 9 может быть использован универсальный программируемый контроллер

"Электроника МС 2702".

На каждом интервале дискретности тиристорного преобразователя, т.е, на каждом такте переходного процесса, блоком 9 вычисляется среднее значение тока и среднее значение скорости электродвигателя путем измерения их мгновенных значений через интервал времени длительностью, определяемой требуемой точностью определения средних значений скорости и тока, с последующим вычислением средних значений.

Измерения начинаются при угле регулирования а,. (Фиг. 2), т.е, в момент

Ы; времени t. = -- отсчитанного от Р см . точки t .. Измерения заканчиваются

В момент Времени t, Продолжительность измерения равна tri Д где dt „включает время, необходймое для выполнения расчетов при определении угла регулирования c(;+, для следующего такта переходного процесса, и интервал времени, который обеспечивает изменение угла регулирования на следующем такте до открывания очередного тиристора при значении угла регулирования на предшествующем такте регулирования. После определения среднего значения скорбсти (и производится проверка выполненных условий

ы - сд = О, где ы>- заданное значение скорости. Если это условие выполняет5 15823 ся, то проверяется условие а11> О. При выполнении этого условия на следующем такте переходного процесса определяются средние значения скорости и тока, а угол регулирования не изменяется, Если условие cc т0 не выполняется, то в систему управления тиристорным преобразователем подается сигнал, обеспечивающий угол регулирования а,1 „, при котором тиристорный преобразователь закрыт, Если условие (б1 — (А1 = 0 не выпол1 няется, то проверяется условие (1>- и ;

) 0 При выполнении этого условйяэ 15 что свидетельствует о разгоне привода, проверяется условие м; 0, Если усло" вие не выполняется, то необходимо обеспечить увеличение тока якоря двигателя до значения, превышающего ста- 2О тический ток, путем постепенного уменьшения угла регулирования тиристорного преобразователя. Угол регулирования для следующего такта переходного процесса определяется по фор- 25 муле 111т где Ы = (--.— ) Л I — расчетное

dl . ятр

Ят изменение угла регулирования на следующем такте переходного про 35 цесса, 40 лХ = (->) с

dI

Ятр,(С 1 У

45 стимое значение производной (Х Я (†-)11 устанавливается исходя из о(с 50

;<ловий коммутаций двигателя и обычно не превышает 25 номинальных значений тока в секунду.

После первого такта переходного процесса коэффициент (б1(1-/ЛХ ) опЯт ределяется .путем определения л1(= т (1б1 (1 и ДI Ят Хя(1б(1 ХЯ1 °

После определения (11(1 /ЖЯ ) и подачи в систему управления тиристорным

Ь 1" т < — М () т

dt где и>; — средняя скорость на текущем такте переходного процесса; (о . — средняя скорость на пред(1-1)

55 шествующем такте переходного процесса.

Продолжительность такта переходного процесса при разгоне с будет тл несколько изменяться при изменении

Первоначальное значение расчетного коэффициента (Д / dI> ) может быть определено заранее на основании расчетов переходных процессов.

Расчетное приращение тока на такте переходного процесса (1Х Я опреЯтр деляется по формуле

18 6 преобразователем нового значения угла регулирования а вновь начинается определение средних значений тока и скорости на следующем такте переходного процесса. При определении расчетного приращения тока НХ 1- принимается продолжительность такта соответствующая постоянному углу регулирования. Такое допущение вполне обосновано, поскольку даже при максимальном значении производной тока, равном 25 номинальных значений тока в секунду, потребуется не менее 4 тактов переходного процесса для возрастания тока до номинального значения. Приращение угла регулирования (, при котором ток будет достигать номинального значения, будет порядка нескольких градусов. Следовательно, приращение угла регулирования на каждом такте будет не более 1 — 2, а одному такту при постоянном значении с(соответствует угол, равный 120

Если условия и — ы.)0 и (о.)0 вы1 1 полняются, то проверяется выполнение условия u; — а „)0, где (1„= p„ (>скорость, при которой начинается уменьшение ускорения с целью обеспечения желаемого характера переходного процесса в конце разгона двигателя. Коэффициент р < 1 может подбираться экспериментально в процессе наладки привода исходя из заданного характера переходного процесса. Уменьшение р „ то будет обеспечивать более плавное изменение скорости в конце разгона, то будет затягивать время разгона. Увеличение может приводить к заметному колебанию скорости в конце разгона, но обеспечивает более быстрое достижение заданной скорости (,1.

Если условие (о; — 11 ) 0 выполняется, то определяется фактическое значение среднего ускорения на текущем такте по формуле

1582318

afhf 8l4 (— )" "— (— ) <О

»с }

bo» т(»». » (, <„» ), ((Х)) »») В где

35 » т т)

»а Tp»ill) э т угла регулирования,(, но это изменение будет незначительным, поскольку изменение угла регулирования Ло . на каждом такте переходного процесса бу( дет величиной достаточно малой по сравнению со сдвигом по фазе между соседними фазами питающего напряжения, равным 120

Заданное приращение скорости на такте переходного процесса 4 ы т(;„) при выполнении условия ш — и» 00 бу»

I К

:, дет определяться по формуле

»

< ш " ш т»»

2 1

rfi(ii<) (, ) i т»» (,) 1)g 2 15

»

1 ш где (†-) — допустимое значение вто » я рой производной скорости, которая устанавли-. вается либо исходя из 20 допустимого значения производной тока двигателя, либо из особенностей работы рабочей машины.

После определения ды,„) прове-! ряется выполнение условия (у -и).)— .тР» »)

» » — 4 ш тр»;фО, Если условие выполняется, то определение угла регулирования à((,. „) на следующий такт переходного процесса осуществляется по формуле

30 о((,,) i 4 (r(it») I r(»Ii) ь т

4 т

Расчетнь»й коэффициент () для

4ь) т первого такта регулирования опреде- 40 ляется предварительно на основании расчета переходных продессов, На следующих шагах (тактах) регулирования расчетный коэффициент определяется экспериментально с.использованием. 45 формулы

Слагаемое bo((.„,» обеспечивает 50 заданное приращение скорости на следующем (i+1) ì такте переходного процесса. Слагаемое А т- () ) устраняет, ошибку регулирования, которая могла появиться на i-м такте регулирования, 55

Заданное значение скорости на i-м такте регулирования си, определяется как сумма значения скорости двигателя. при выполнении условия си}- (х» = О

I и всех приращений скорости лш на всех предшествующих тактах, После определения а((i ) и (Лс(/4в,) их значения запоминаются и сигнал, соответствующий углу регулирования подается в систему управления тиристорным преобразователем, затем осуществляется переход к определению скорости .и тока на следующем такте °

Если условие ((и -ar ) — 4(х.) <О

} тр (з 4.i) не выполняется, то 4 (. и Фо( т (i+»f т((+ if определяются по формулам:

Ы, 4 / = ()4(х)„(,.„,) 40» т

М(., =(„) (»»;-, },), а все остальное выполня тся так же, как и при выполнении условия.

Если условие ш — ur )О не выполняi к ется нрн выполнении условий со — ы, О

) ) и (,». ) О, то определяется фактическое ускорение т (i ш»-» (— ). = и проверяется условие е1 (О, где (†)> — заданное значение ускос1t рения, Если условие выполняется, то расчетное приращение скорости на следующем такте определяется по формуле

d> d1

Лш = (— ) ° t + тр (iii) »»ft > тп 2) g

< rn

Х вЂ”вЂ”

Затем определяется угол регулирования »»((;+,) на следую»»ий такт по формулам:

i»(T(»+ i) =, — b + (,»+ 0 (;. ) где

40 т

4 т

Определяется расчетный коэффициент (М, 4») ) как было описано вьппе, запоминаются значения (М, bed,), о((,„), шх7-;, подается в систему управления тиристорного преобразователя сигнал э

1582318

10 соответствующий углу регулирования о/<<„1 и начинается определение средних значений скорости и тока на следующем (i+1)-м такте череходного процесса.

5 с/и de

Если условие (— ) - — (— ) у (О не

dt dt выполняется, то определение расчетного приращения скорости для следующего такта переходного процесса осуществляется по формуле с<м тл

После определения ы„ проверяется выполнение условия ы, — и „ (0. Если условие выполняется, то определяется фактическое значение замедления по формуле

45 с< т) Продолжительность такта замедления t определяется по формуле

4d т р

314

" ням где Л< ту

t — время замедления, за ко55 т орое угол р егулир ования увеличивается от О, при котором скорость равна номинальному значению, 15 и далее все выполняется как и при выполнении условия.

Если условие ы - u); 0 не выполняется, что свидетельствует о замедЛении привода, то проверяется выполнение условия < = О и если оно выполняется, то скорость и „, при котоРой начинается уменьшение величины замедления, извлекают иэ памяти. Если же условие м>= 0 не выполняется, то р5 скорость ы > определяется по формуле ю >= к> /p . Значение коэффициента

p > )1 выбирается исходя иэ желаемого характера переходного процесса в конце процесса замедления. С увеличением р„ скорость и < будет уменьшаться, что обеспечит более быстрое уменьшение скорости до нуля, но при этом могут возникнуть колебания скорости в конце замедления. Уменьшение р> будет обеспечивать более плавный переходный процесс, но будет, затягивать процесс замедления . с/< d м тp << (< > (dté Я и проверяется выполнение условия (<о ы ) аи р<<,1 < 0

Если условие выполняется, то угол регулирования а <;,0 для следующего такта переходного процесса определяется по формуле

<< <1+11 1 <т < <+t) + е<т < t q) у /т до/T<„,1 = () (

Затем вновь начинается определение скорости и тока на следующем (i+1)-м такте переходного процесса, Если условие (м,.-ы )- д и),р<,1 <0 не выполняется, то приращение угла регулирования Л<„<,,„1 определяется по формуле

Ыт

Мт,<„„(, ) тр <1 11 и далее все выполняется как и при выполнении условия, Если условие <о<- ш,.1<0 при замедлении не выполняется, то определяется фактическое значение замедления т Ж i-1 и проверяется выполнение условия

du der (— ) — (— ) (О

dt dt >) du) где (†) — заданное значение замедdt 33 ления, Если условие выполняется, то расчетное приращение скорости на следудо n „„, при котором двигатель неподвижен. Определяется приращение скорости на следующем такте переходного про- цесса по формуле

1582318 ющем такте переходного процесса определяется по формуле

F60 17

2 (. > (dt) > (dt s)g 2 и угол регулирования для следующего

1акта переходного процесса определя6тся по формуле сl(1) ((1) 1 (+м! у где да

° < тр (

4С (т

Д = (— - ) (Ю.-bi . ).

Я i 4 П Д (ю3 т у 1с(т

Определяются значения (), и,, Т и запоминаются их значения, а также запоминают значение Ы(;„„ . После того подается сигнал управления, Соответствующий углу регулирования (;,,, в систему управления тиристор1 ым преобразователем. Затем вновь на1(инается определение скорости и тока йа новом такте переходного процесса.

ot du)

Если условие (— ) — (— ) 0 не

dt dt выполняется, то расчетное приращение скорости на следующем такте переходного процесса будет определяться по формуле

du тр (1 и далее все выполняется как и при выполнении условия

Ы du) (— ). — (— )»<о

dt

Определение сигнала управления U> для системы управления тиристорным преобразователем, соответствующего., вычисленному углу регулирования (;„, осуществляется с использованием зависимости 1= f(U >), известной для каждого конкретного выпрямителя, Если необходимо обеспечить пре- . дельно допустимые значения ускорения и замедления, определяемые перегрузочной способностью двигателя, то заданное значение ускорения (замедления) определяется по формуле сЬ с1м dw (†) = (†) +л(†)

dt dt

Приращение заданного значения ус41Ш корения й(†) на текущем такте пе) реходного процесса будет определяться в1.ражением ди КФ(Isp -1ч) (ю

jt Л где J — суммарный момент инерции привода;

К вЂ” конструктивная постоянная двигателя;

Ф вЂ” поток двигателя;

j:„„ — допустимое значение тока двигателя; — фактическое значение тока я двигателя.

15 d&

После определения (†) в дальнейdt шем управление тиристорным преобразователем осуществляется так же, как и в том случае„ когда заданное знаdu> чение (— ) остается постоянным.

dt Ъ

Если отклонение:скорости от заданного значения произошло вследствие изменения нагрузки на валу двигателя, то возвращение скорости к заданному значению будет осуществляться так же, как и при отработке сигналов задания скорости; Действительно, на каждом такте переходного процесса (интервале дискретности тиристорного преобразователя). происходит определение скорости двигателя и сравнение ее с заданным значением. Следовательно, не позднее чем через 0,007 будет обнаружено отклонение скорости от заданного значения при изменении нагрузки и начнется процесс возвращения ее к заданному значению. Быстродействие регулирования будет опреде40 ляться допустимыми значениями производной тока, которая однозначно связана с допустимым значением второй производной скорости.

После определения средних значений

45 тока и скорости определяется угол регулирования с((;„1 на следующий такт переходного процесса по методике, изложенной ранее, Значение с((;+, передается в цифроаналоговый преобразо10, а выходной сигнал ЦАП подается в функциональный преобразователь 20 для преобразования в сигнал управления U, соответствующий углу регулирования Ы(,.„,. и подаваемый в систему управления тиристорным преоб" разователем 4.

ОпрЕделение угла регулирования на следующий такт переходного процесса на основании аналиэа процесса реl3

1582318

14 гулирования на предшествующем такте переходного процесса устраняет влияние чистого запаздывания тиристорного преобразователя, связанногэ с его неполной управляемостью, что повышает точность регулирования. Точность регулирования существенно повышается также за счет того, что определение расчетного коэффициента (4Мт/4+) на каждом такте переходного процесса на основании анализа переходных процессов на этом такте означает, что непрерывно осуществляется идентификация объекта регулирования с учетом всех воздействий на электропривод, позволяющая с высокой точностью определять приращение угла регулирова-. ния на следующий такт регулирования.

Определение приращения скорости на следующий такт переходного процесса с учетом ограничений на вторую про2 изводную скорости (d w/ctt ) и производную тока ЫЗ„ / t, а также постепенное уменьшение ускорения при под- 25 ходе скорости к заданному значению позволяют обеспечить оптимальный характер переходного процесса в соответствии с требованиями рабочей машины.

Определение угла регулирования Зр путем его непрерывного изменения при наличии отклонения скорости от заданного значения обеспечивает устранение установившейся ошибки, т.е. сис-. тема обладает астатизмом как при отработке сигнала задания, так и при колебании нагрузки.

Существенно облегчается наладка системы регулирования скоростью, поскольку наладка сводится к записи в 4р ячейки памяти заданного значения ско,рости, заданных значений ускорений и замедления, допустимых значений второй производной скорости и производной тока, а также подбору скорости 45 м,при которой начинается уменьшение ускорения или замедления, что обеспечивает подбор заданного характера переходного процесса при проходке и заданного значения скорости.

Формула изобретения

1. Способ цифрового управления тиристорным электроприводом постоянного тока, -при котором измеряют скорость и ток двигателя на каждом такте переходного процесса и,используют измеренные сигналы для определения

4(;,1 i 4 тр где о(; — угол регулирования на текущем такте. переходного процесса;

4<т

4 р=(— -) 4Е 1 — расчетное изменение угла регулирования на следующем такте переходного процесса;

4d т)

Ят — первоначальное значение расчетного коэффициента;

dIs П т = () > t расчетное приращес1t ние тока на такте переходного процесса; допустимое значение производной тока; продолжительность такта переходного процесса, м если же скорость двигателя больше нуля, то определяют абсолютное значение отношения приращения угла регулирования к приращению скорости, вызванному приращением угла регулирования на данном такте переходного процесса, и запоминают его, определяют расчетное приращение скорости на следующий такт переходного процесса с угла регулирования тиристорного преобразователя на следующий такт пере» ходного процесса, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности управления электроприводом, измеряют мгновенные значения скорости и тока через заданный интервал времени, причем измерение мгновенных значений скорости и тока на каждом такте переходного процесса начинают с момента открывания очередного тиристора, вычисляют средние значения скорости и тока на каждом такте переходного процесса и запоминают их, если скорость двигателя равна нулю, то определяют абсолютное значение отношения приращения угла регулирования к приращению тока якоря, вызванному приращением угла регулирования на данном такте переходного процесса, и запоминают его, определяют значение угла регулирования для следующего такта переходного процесса a(;, по формуле

1582318 с М K+(I яд — Х я)

Л(-

dt. где 3

Ф яд я двигателя.

0 учетом заданных значений ускорения и замедления привода, допустимых значений второй производной скорости и допустимых значений производной тока и,определяют значение угла регулиро5 вания для следующего такта переход-! н(1го процесса по формуле !

0 ((+с1 (i ((<+ 1 +0(T (i п э

l где — угол регулирования на ! текущем такте переход-! ного процесса;

o((,„1- угол регулирования на ! следующем такте пере- 15 ходного процесса; (1 ((+Н вЂ” требуемое приращение

da угла регулирования, обеспечивающее заданное приращение скотр (1+ç) рости Л(,-р(;+,1за такт переходного процесса;

; т(и = — требуемое приращение г 1(угла регулирования, (1»

25 обеспечивающее устрах (м ° - и)т,) нение ошибки регули- > рования на текущем такте переходного процесса, ! где ы; — фактическое з начение средней скорости двигателя на текущем такте переходного процесса; . — заданное значение средней т скорости на текущем такте переходного процесса, знак минус соответствует разгону двигателя, знак плюс — замедлению привода.

2. Способ по п. 1, отличаюшийся тем, что ограничение тока двигателя заданными пределами при разгоне и замедлении обеспечивают изменением заданного значения ускорения или замедления, причем приращение заданного значения ускорения на следующий такт переходного процесса определяют по формуле суммарный момент инерции привода; конструктивная постоянная двигателя; поток двигателя; допустимое значение тока двигателя; атактическое значение тока