Устройство оценивания параметров электродвигателя

 

Использование: может найти применение в адаптивных и самонастраивающихся системах. Сущность: устройство оценивания параметров электродвигателя содержит измерители тока, его производной и частоты вращения выходного вала, сумматор, первую и вторую группы умножителей, группу масштабирующих устройств, группу интеграторов, входы которых через масштабирующие устройства соединены с выходами второй группы умножителей. Формирователь сигнала ошибки включен между входным управляющим сигналом электродвигателя и выходным сигналом сумматора, выход которого соединен с вторыми входами второй группы умножителей, первые входы которых соединены с выходами измерителей тока, его производной и частоты вращения выходного вала электродвигателя соответственно. Выходы интеграторов соединены с вторыми входами первой группы умножителей, первые входы которых соединены с выходами вышеназванных измерителей, а выходы - с соответствующими входами сумматора, причем общее число входов сумматора равно числу оцениваемых параметров. В данном устройстве минимизируемый функционал формируют в виде квадрата разности входного управляющего напряжения и выходного сигнала математической модели электродвигателя в текущий момент времени. 2 ил.

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу, в частности к автоматизированной идентификации электропривода, и может найти применение в адаптивных и самонастраивающихся системах.

Целью изобретения является упрощение устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства оценивания параметров электродвигателя; на фиг. 2 - графики переходных процессов оценивания параметров r (фиг. 2а), L (фиг. 2в) и ω (фиг. 2с) электродвигателя с параметрами r_о = 20 м, L_о = 0,04 Гн, C_о = 0,4 Вс/рад.

Схема (фиг. 1) содержит электродвигатель 1, параметры которого подлежат оценке, датчики 2-4 соответственно тока, производной по времени от тока, частоты вращения выходного вала электродвигателя, первую 5, 6, 7 и вторую 8, 9, 10 группы умножителей, сумматор 11, формирователь 12 сигнала ошибки, масштабирующие устройства 13 - 15 и интеграторы 16 - 18. Число умножителей в каждой группе, число масштабирующих устройств и число интеграторов равно числу оцениваемых параметров и в рассматриваемом случае равно трем. Датчики 2 и 3 установлены в якорной цепи электродвигателя 1, датчик 4 установлен на выходном валу электродвигателя 1. Входное управляющее напряжение поступает одновременно на вход усилителя мощности (на чертеже не показан) электродвигателя 1 и на первый вход формирователя 12.

Выходы датчиков 2 - 4 соединены с первыми входами обеих групп умножителей 5, 6, 7 и 8, 9, 10 соответственно. Выходы умножителей 5 - 7 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами сумматора 11, выход которого соединен с вторым входом формирователя 12. Выход формирователя 12 соединен с вторыми входами умножителей 8 - 10 соответственно, выходы которых через масштабирующие устройства 13 - 15 соединены с входами интеграторов 16 - 18 соответственно. Выходы интеграторов соединены с вторыми входами умножителей 5 - 7 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Оценивают параметры двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Уравнение баланса напряжений имеет вид: U_о = r_о i + L_оi' + C_о ω, (1) где U_о - выходное управляющее напряжение; r_o - активное сопротивление обмотки якоря; L_o - индуктивность обмотки якоря; C_о - постоянная ЭДС; i, i' - ток якоря и его производная по времени; ω- частота вращения выходного вала электродвигателя.

Минимизируют функционал вида V = (U_o-U)² (2) U = r_i + L_i' + C ω (3) где r, L, C - оценки параметров r_о, L_о, C_о в текущий момент времени.

Уравнение (3) описывает математическую модель электродвигателя в текущий момент времени.

При переменных по времени величинах i, i', ω, U_о, которые являются известными коэффициентами при искомых величинах r, L, C, достижение минимума функционала (2) обеспечивается равенствами:

(4) где K_r, K_L, K_c - масштабирующие коэффициенты;
T - постоянная времени сходимости процесса минимизации функционала (2).

Искомые оценки параметров r, L, C получают в результате интегрирования уравнения (4) при произвольных начальных условиях.

В процессе функционирования электродвигателя под действием сигнала U_о датчики 2 - 4 вырабатывают сигналы i, i' и ω, пропорциональные величинам тока в якорной обмотке, его производной и частоте вращения выходного вала соответственно.

Первая группа умножителей формирует произведения i ˙r, i˙ L, ω˙c, где r, L, C - значения оценок параметров выработанные в процессе работы устройства. В начальный момент времени t_н величины r_н могут быть установлены произвольными, в том числе равными нулю. На выходе сумматора 11 формируется сигнал U в соответствии с уравнением (3). Сигнал U поступает на второй вход формирователя 12, где он сравнивается с сигналом U_о. Сигнал ошибки (невязки) ΔU = U - U_о умножается на сигналы i, i', ω на умножителях 8 - 10. Полученные произведения Δ U ˙i,Δ U˙ i' и ΔU˙ω масштабируются устройствах 13 - 15 настроенными на коэффициенты K_r, K_L и K_ω соответственно, а затем интегрируются с постоянной времени T в интеграторах 16 - 18. На выходах интеграторов 16 - 18 формируются текущие значения оценок r, L, C, которые являются выходными сигналами устройства оценивания. Одновременно они поступают на вторые входы умножителей 6 и 7.

Использование данного устройства в автоматизированном электроприводе позволяет упростить вычислительную процедуру и алгоритм автоматизации и тем самым повысить ее эффективность, например, увеличить число оцениваемых параметров электропривода без заметного увеличения объема вычислений и усложнения устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее датчики тока, его производной и частоты вращения выходного вала, предназначенные для соединения с электродвигателем, сумматор, первую и вторую группы умножителей, группу из трех масштабирующих блоков и группу из трех интеграторов, входы которых через масштабирующие блоки соединены с выходами второй группы умножителей, блок задания электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, введен формирователь сигнала ошибки, включенный между выходом блока задания электродвигателя и выходом сумматора, выход которого соединен с вторыми входами второй группы умножителей, первые входы которых соединены с выходами датчиков тока, его производной и частоты вращения соответственно, выходы интеграторов соединены с вторыми входами первой группы умножителей, первые входы которой соединены с выходами датчиков тока, его производной и частоты вращения, а выходы - с первым, вторым и третьим входами сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2