Электропривод постоянного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„. Щ „„1767680 А 1 (я)5 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4856104/07 (22) 01.08,90 (46) 07.10,92, Бюл, ¹ 37 (71) Ивановский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-.êîíñòðóêòîðñêîãî института по автоматизированному электроприводу (72) В,M.Êoðoëåâ (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1288881, кл. Н 02 Р 5/06, 1987. (54) ЭЛ ЕКТРОП РИВ ОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Использование: в механизмах с изменяющимся моментом инерции, Сущность: в электроприводе блок коррекции содержит фильтр 12 HvtxHtnx частот, полосовой фильтр

13, блок t4 вычисления модуля ошибки и усилитель 15 сигнала ошибки, входы которых подключены к выходу первого сумматора 5, третий и четвертый сумматоры 16, 17, три компаратора 18 — 20, логический сумматор 21 по модулю два и два управляемых аналоговых ключа 22, 23. Данная конструкция блока коррекции обеспечивает скользящий режим работы замкнутой системы с изменением структуры регулятора скорости в переходных режимах работы электропривода, 2 ил, 1767680

15

25

40

55

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в механизмах с изменяющимся моментом инерции, в частности в перематывающих механизмах текстильных машин.

Известны аналогичные устройства, содержащие электродвигатель, подключенный к преобразователю, последовательно включенные задатчик скорбсти, первый сумматор, пройорционально-интегральный (ПИ) регулятор скорости, второй сумматор и регулятор тока, выходом подключенный к входу преобразователя, датчик скорости электродвигателя, подключенный к второму входу первого сумматора, и датчик тока, .подключенный к входу регулятора тока, Недостатком известных устройств является снижение качества регулирования в переходных режимах при изменении момента инерции электропривода, Наиболее близок к предлагаемому электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к преобразователю, задатчик скорости, выход которого соединен с эталонной моделью, последовательно включенные первый сумматор, ПИ-регулятор скорости, второй сумматор и регулятор тока, выход которого подключен к входу преобразователя, датчик скорости электродвигателя, выходом подключенный к второму входу первого сумматора, датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, и блок коррекции, выход которого подключен к второму входу второго сумматора.

В этом устройстве реализован принцип подчиненного регулирования с дополнительной коррекцией ПИ-регулятора скорости, основанной на организации в замкнутой системе скользящего режима, Блок коррекции регулятора скорости вы.полнен в виде релейного элемента, соответствующие входы которого через усилитель-дифференциатор связаны с датчиком скорости и через эталонную модель— с задатчиком скорости, а выход релейного элемента подключен к второму входу второго сумматора, Выходной сигнал релейного элемента зависит только от знака суммы входных сигналов. Поэтому независимо от режима работы электропривода — переходного или установившегося — выходной сигнал релейного элемента может принимать лишь два предельных значения — положительное или отрицательное. Следовательно, при наличии низкочастотных помех или пульсаций на входах релейного элемента (например, пульсаций в выходном напряжении датчика скорости) на его выходе формируются сигналы прямоугольной формы и постоянной амплитуды, полярность и длительность которых зависит от параметров низкочастотных помех или пульсаций входного сигнала, В установившемся режиме работы электропривода это обстоятельство приводит к пульсациям тока, дополнительным потерям энергии в электродвигателе и снижению точности регулирования скорости, Недостатком известного устройства является наличие пульсаций тока, вызывающих дополнительные потери и нагрев электродвигателя и снижение точности регулирования скорости электропривода, Цель изобретения — снижение пульсаций тока и повышение точности регулирования скорости.

Поставленная цель достигается тем, что в электроприводе постоянного тока, содержащем электродвигатель, подключенный к преобразователю. задатчик скорости, выход которого соединен с эталонной моделью, последовательно включенные первый сумматор, ПИ-регулятор скорости, второй сумматор и регулятор тока, выход которого подключен к входу преобразователя, датчик скорости электродвигателя, выходом подключенный к второму входу первого сумматора, датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, и блок коррекции, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход эталонной модели соединен с входом первого сумматора и изменена конструкция блока коррекции. Он имеет фильтр нижних частот(ФНЧ), полосовой фильтр (ПФ), блок вычисления модуля ошибки (БМВ) и усилитель сигнала ошибки, входы которых подключены к выходу первого сумматора, третий и четвертый сумматоры, три компаратора, логический сумматор по модулю два (ЛС) и два управляемых аналоговых ключа; Выход ФНЧ подключен к входу первого компаратора и первому входу третьего сумматора, выход ПФ вЂ” к второму входу третьего сумматора, выход третьего сумматора — к входу второго компаратора, выходы первого и второго компараторов подключены к соответствующим входам ЛС, выход которого подключен к управляющему входу первого аналогового ключа, Выход

БВМ подключен к первому входу третьего компаратора, второй вход которого подключен к источнику постоянного напряжения, а выход третьего компаратора — к управляющему входу второго аналогового ключа, Выход усилителя сигнала ошибки через последовательно включенные контакты первого и второго аналоговых ключей подключен к второму входу второго сумматора.

1767680

W3T(P) =

1 1О

ТТЭР + 1

20

ЧЧ4(Р) Т + 1

4р (2).

W6(P) = Кб

Т6Р + 1

Т6Р (3) 30

45

55

Предлагаемая конструкция блока коррекции обеспечивает скользящий режим работы замкнутой системы с изменением структуры регулятора скорости в переходных режимах работы электропривода, когда отклонение скорости от заданного значения (ошибка регулирования) по абсолютной величине становится больше амплитуды низкочастотной помехи и пульсаций, и переход к структуре ПИ-регулятора скорости в установившемся режиме работы электропривода, когда ошибка не превышает амплитуды пульсаций или помех. Поэтому предложенное устройство обладает известными свойствами систем с переменной структурой (желаемое качество переходного процесса и малую чувствительность к изменению параметров объекта регулирования) в переходных режимах и свойством астатизма системы подчиненного регулирования с ПИрегулятором скорости в установившемся режиме, чем и достигается поставленная цель.

На фиг. 1 приведена блок-схема электропривода, на фиг, 2 — схема блока коррекции.

Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к преобразователю

2, задатчик 3 скорости, выход которого соединен с эталонной моделью 4, последовательно включенные первый сумматор 5, ПИ-регулятор 6 скорости, второй сумматор

7 и регулятор 8 тока, выход которого подключен к входу преобразователя 2, датчик

9 скорости электродвигателя 1, выходом подключенный к второму входу первого сумматора 5, датчик 10 тока, выходом подключенный к второму входу регулятора 8 тока, и блок 11 коррекции. выход которого подключен к второму входу второго сумма- 40 тора 7, Блок 11 коррекции имеет ФНЧ 12, ПФ 13, БМВ 14 и усилитель 15 сигнала ошибки, входы которых подключены к выходу первого сумматора 5, третий сумматор

16, четвертый сумматор 17, три компаратора 18 — 20, логический сумматор 21 по модулю два (ЛС) и два управляемых аналоговых ключа 22, 23, выход ФНЧ 12 подключен к входу первого компаратора 18 и первому входу третьего сумматора 16, выход ПФ 13 подключен к второму входу третьего сумматора 16, выход которого подключен к входу второго компаратора 19, Выходы первого компаратора 18 и второго компаратора 19 подключены к соответствующим входам ЛС

21, выход которого подключен к управляющему входу первого аналогового ключа 22, Выход БВМ 14 подключен к первому входу третьего компаратора 20, второй вход которого подключен к источнику 24 постоянного напряжения, а выход третьего компаратора

20 подключен к управляющему входу второго аналогового ключа 23. Выход усилителя

15 сигнала ошибки через последовательно включенные контакты аналоговых ключей

22, 23 подключен к второму входу второго сумматора 7. Передаточная функция замкнутого контура регулирования тока имеет вид: где К1о — коэффициент передачи датчика 10 тока;

Ттэ — эквивалентная постоянная времени контура тока.

Передаточная функция эталонной модели 4: где Т4 = 4Ттэ — постоянная времени.

Передаточная функция регулятора 6 скорости, настроенного на симметричный оптимум, имеет вид:

ТМ К10 СФ где К6 коэффициент уси2Ттэ Вя . Кд ления;

T6 = 4Ттэ — постоянная времени регулятора 6 скорости;

TM — электромеханическая постоянная времени электропривода;

Вя, Ce — параметры электродвигателя 1.

Передаточные функции ФНЧ 12 и ПФ 13 соответственно: 12(Р) ., W13

1 Т13Р (4)

+1 (тР+1) где т- 0,1 Т4, T13 — постоянные времени.

На выходе первого сумматора 5 формируют ошибку х регулирования скорости электропривода: х = (.) 5 = U4 — 09, (5) где U4 и Ug — соответственно выходные сигналы эталонной модели 4 и датчика 9 скорости, С учетом (4) и (5) на выходе третьего сумматора 16 формируют функцию переключения второго компаратора 19 - сигнал в виде комбинации ошибки и ее производной при одновременной фильтрации высокочастотных помех:

1767680

О15= Саг+ аз =Q<+, (6) 1 CIX

Т1з где С > 0 — постоянный коэффициент.

Выходной сигнал БВМ 14 и усилителя

15, соответственно; 5 (7) 014 = 1 х 1, 015 = К15х, где К15 — коэффициент усиления, Выходной сигнал четвертого сумматора 10

17 формируют в виде: (8) Ц17 = U14 - U24, где 024 > Л, 024 = const, Л вЂ” амплитуда 15 пульсаций сигнала ошибки в установившемся режиме работы электропривода. Коэффициент С в (6) выбирают из условия существования скользящего режима, При известном диапазоне изменения электро- 20 механической постоянной времени

Таамия...Тумакс (или момента инерции) электропривода б 015 >О Ип, о 015 <О (9) 25 бт dt

016 - -0 015- +О, (10)

Изобретение иллюстрируется принци.пиальной схемой блока 11 коррекции (фиг.

2). ФНЧ 12 выполнен в виде Т-образного

RC-фильтра (резисторы 25 и 26, конденсатор 27), а также на основе операционного 45 усилителя (ОУ) 28, резисторов 29 — 31 и конденсатора 32, причем

U21 = U18C+JU19.

C27 = R 31 C 32 = r, 50

R26 R25

R31

R29

Это сделано для реализации функций ФНЧ

12, ПФ 13 и сумматора 16 согласно (4) и (6) на одном ОУ 28, ПФ 13 выполнен на ОУ 28, резисторах 31, 33 и конденсаторах 32, 34, причем R 31.С 34 = Т 13, R 33,С 34 = т. с учетом того, что в скользящем режиме 30

015 =О. Компараторы 18, 19, 20 предназначены для определения знака входного сигнала; в зависимости от знака входного сигнала выходной сигнал компараторов принимает значение логического нуля или 35 логической единицы. Алгоритм работы логического сумматора 21 имеет вид;

Первый компаратор 18 реализован на ОУ 35, резисторах 36-38 и диоде 39, Логический инвертор 40 служит для формирования знака сигнала ошибки, соответствующего знаку функции переключения 015 в (6), Второй компаратор 19 выполнен на ОУ 41, резисторах 42 — 45 и диоде 46, Логический сумматор

21 выполнен на интегральной микросхеме

47. БВМ 14 выполнен по типовой схеме на

ОУ 48, 49, резисторах 50 — 56 и конденсаторе

57, который предназначен для фильтрации высокочастотных помех, Четвертый сумматор 17 и третий компаратор 20 выполнены на одном ОУ 58, резисторах 59 — 63 и диоде

64, Переменный резистор 65 служит для установки величины сигнала 024 согласно (8).

Усилитель 15 сигнала ошибки реализован на

ОУ 66 и резисторах 67 — 69, причем в соответR 69 ствии с (7) = К 15. Аналоговые ключи

22, 23 реализованы на интегральных микросхемах 70, 71, В качестве операционных усилителей использованы микросхемы

КР140УД708, логических элементов — микросхема К561ЛП2, аналоговых ключей— микросхема КР590КН4, Устройство работает следующим образом. В режиме работы электропривода, когда модуль ошибки регулирования !х!не превышает значения 024, с выхода компаратора 20 на управляющий вход аналогового ключа 23 подается логический сигнал, который переводит контакт этого ключа в разомкнутое состояние, В этом режиме работы свойства замкнутой системы определяются параметрами настройки ПИ-регулятора 6скорости при TM = Термин, Если отклонение модуля ошибки х! от нулевого уровня превышает значение 024, контакт ключа 23 замыкается. В этом состоянии ключа 23 на второй вход второго сумматора 7 поступает дополнительный сигнал с выхода блока 11 коррекции, причем величина этого сигнала зависит от состояния контакта аналогового ключа 22, Если контакт ключа 22 замкнут, на второй вход сумматора 7 поступаег сигнал коррекции, равный U15 = К15х, В этом состоянии ключа 22 общий коэффициент пропорционального усиления составляет К = К 6+

+ К 15, а при размыкании контакта ключа

22 — К =- К 6. Состояние контакта ключа 22 определено соотношением (6) и логическим законом (10), из которых следует, что переключение ключа 22 и соответствук>щее изменение коэффициента К происходит в зависимости от знаков функции переключения U15 и ошибки х. При выполнении условия (9) в замкнутой системе возникает скользящий режим, в результате чего U15 мало отклоняется от нуля, т.е. Ь15 =0 и

1767680

1 dx — — + х =О. Следовательно, независимо

С dc от значения TM из диапазона Тммин...Тммакс ошибка регулирования х уменьшается от начального значения xQ, стремясь к нулю в соответствии с законом:

x(t) = хое ".

При уменьшении модуля ошибки до значения I х 1= 014 < 024 происходит переключение третьего компаратора 20, размыкание контакта ключа 23 и изменение структуры системы — переход к структуре с

ПИ-регулятором скорости независимо от состояния ключа 22.

Таким образом, во-первых, в отличие от прототипа, где релейный выходной сигнал блока коррекции принимает всегда максимальные (положительное или отрицательное) значения независимо от величины отклонения ошибки регулирования от нуля, в предложенном блоке коррекции амплитуда выходного сигнала определяется конечными значениями коэффициентов усиления из условия существования скользящего режима (9), что и обеспечивает снижение пульсаций тока электродвигателя. Во-вторых, при уменьшении модуля ошибки до заданной малой величины блок коррекции обеспечивает изменение структуры замкнутой системы — переход к структуре системы подчиненного регулирования с ПИ-регулятором скорости, т.е. обеспечивает повышение точности регулирования скорости в установившемся режиме работы электропривода, Экономический эффект от использования изобретения достигается за счет снижения затрат на наладку электропривода, обусловленного малой чувствительностью к изменению момента инерции, улучшения качества продукции за счет повышения точности регулирования скорости, а также за счет экономии электроэнергии при снижении пульсаций тока электродвигателя.

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к преобразователю, задатчик скорости, выход которого соединен с эталонной моделью, последовательно ключа, причем контакт второго аналогового

50 ключа включен последовательно с контактом первого аналогового ключа.

45 включенные первый сумматор, пропорционально-интегральный регулятор скорости, второй сумматор и регулятор тока, выход которого подключен к входу преобразователя, датчик скорости, выходом подключенный к второму входу первого сумматора, датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, и блок коррекции, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, отличающийся тем, что, с целью снижения пульсаций тока электродвигателя, выход эталонной модели соединен с входом первого сумматора, а в блок коррекции введены фильтр нижних частот, полосовой фильтр и усилитель сигнала ошибки, входы которых подключены к выходу первого сумматора, третий сумматор, первый и второй компараторы, логический сумматор по модулю два и управляемый аналоговый ключ, причем выход фильтра нижних частот подключен к входу первого компаратора и первому входу третьего сумматора, выход полосового фильтра подключен к второму входу третьего сумматора, выход третьего сумматора подключен к входу второго компаратора, выходы"компараторов подключены к соответствующим входам логического сумматора по модулю два, выход которого подключен к управляющему входу аналогового ключа, причем выход усилителя сигнала ошибки подключен к второму входу второго сумматора через контакт аналогового ключа.

2. Электропривод по и. 1. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости. блок коррекции дополнительно снабжен блоком вычисления модуля ошибки, четвертым сумматором, третьим компэратором и вторым аналоговым ключом, причем вход блока вычисления модуля ошибки подключен к выходу первого сумматора, а выход — к первому входу четвертого сумматора, второй вход которого подключен к источнику постоянного напряжения, выход четвертого сумматора подключен к входу третьего компаратора, выход которого подключен к управляющему входу второго аналогового

1767680

50

Составитель В,Королев

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Н.Тупица

Редактор

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

Заказ 3558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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