Система адаптивного управления электродвигателем



Система адаптивного управления электродвигателем
Система адаптивного управления электродвигателем
Система адаптивного управления электродвигателем

 

H02P25/02 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2605946:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники", МИРЭА (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах автоматического управления нестационарными объектами - системах адаптивного управления электроприводом. Технический результат заключается в повышении точности и запасов устойчивости по амплитуде и фазе системы управления электродвигателем при действии на него координатно-параметрических помех. Система адаптивного управления электродвигателем дополнительно содержит ассоциативную память, дифференциатор, два блока умножения, три сумматора, цифровой датчик угловой скорости, три усилителя, два блока задержки, три блока определения модуля. Выход цифрового датчика угловой скорости через последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок задержки, третий сумматор, первый блок определения модуля, ассоциативную память, первый блок умножения подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого через цифро-аналоговый преобразователь соединен с входом электродвигателя, а через последовательно соединенные второй усилитель, четвертый сумматор, второй блок определения модуля - ко второму входу ассоциативной памяти. Выход цифрового датчика угловой скорости соединен с вторыми входами первого и четвертого сумматоров, а через последовательно соединенные пятый сумматор, третий блок определения модуля, ассоциативную память и второй блок умножения - с третьим входом второго сумматора. Выход первого блока задержки соединен со вторыми входами третьего и пятого сумматоров. Выход первого сумматора подключен через третий усилитель ко второму входу первого блока умножения, а через последовательно соединенные четвертый усилитель и дифференциатор - ко второму входу второго блока умножения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области систем автоматического управления, а именно к адаптивным системам управления электродвигателем.

Известна адаптивная система управления электродвигателем, содержащая последовательно соединенные электродвигатель, цифровой датчик угловой скорости и последовательно соединенные задатчик входного сигнала, первый сумматор, первый усилитель, интегратор и второй сумматор [1].

Недостатком известного технического решения является то, что в нем не гарантируется устойчивость процесса управления электродвигателем при действии на него координатно-параметрических помех, т.к. параметры объекта управления (электродвигателя) становятся переменными.

С целью повышения точности и запасов устойчивости по амплитуде и фазе системы управления электродвигателем система адаптивного управления электродвигателем дополнительно содержит ассоциативную память, дифференциатор, два блока умножения, три сумматора, цифровой датчик угловой скорости, три усилителя, два блока задержки, три блока определения модуля, выход цифрового датчика угловой скорости через последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок задержки, третий сумматор, первый блок определения модуля, ассоциативную память, первый блок умножения подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого через цифро-аналоговый преобразователь соединен с входом электродвигателя, а через последовательно соединенные второй усилитель, четвертый сумматор, второй блок определения модуля - ко второму входу ассоциативной памяти, выход цифрового датчика угловой скорости соединен с вторыми входами первого и четвертого сумматоров, а через последовательно соединенные пятый сумматор, третий блок определения модуля, ассоциативную память и второй блок умножения - с третьим входом второго сумматора, выход первого блока задержки соединен со вторыми входами третьего и пятого сумматоров, выход первого сумматора подключен через третий усилитель ко второму входу первого блока умножения, а через последовательно соединенные четвертый усилитель и дифференциатор - ко второму входу второго блока умножения.

Система управления электродвигателем изображена на чертеже, на котором приняты следующие обозначения:

1 - ассоциативная память,

2 - третий усилитель,

3 - первый блок умножения,

4 - четвертый усилитель,

5 - дифференциатор,

6 - второй блок умножения,

7 - второй сумматор,

8 - электродвигатель,

9 - первый усилитель,

10 - интегратор,

11 - второй усилитель,

12 - цифровой датчик угловой скорости,

13 - четвертый сумматор,

14 - второй блок определения модуля,

15 - первый блок задержки,

16 - пятый сумматор,

17 - третий блок определения модуля,

18 - второй блок задержки,

19 - третий сумматор,

20 - первый блок определения модуля,

21 - первый сумматор,

22 - задатчик входного сигнала,

23 - цифро-аналоговый преобразователь,

24 - ПИД-регулятор (с подстраиваемыми параметрами),

Мн - аддитивная помеха, F(t) - мультиактивная помеха.

Функционирует система следующим образом.

С выхода задатчика входного сигнала 22 поступает на вход ПИД-регулятора 24 сигнал задания g(t) адаптивной системы управления.

Далее сигнал управления U(t) с выхода ПИД-регулятора 24 через цифро-аналоговый преобразователь 23 поступает на вход электродвигателя 8.

Через цифровой датчик угловой скорости 12 в виде отрицательной обратной связи сигнал угловой скорости ω(t) с выхода электродвигателя 8 поступает на вход первого сумматора 21 ПИД-регулятора 24.

Пропорциональная (П) составляющая ПИД-регулятора 24 формируется последовательным соединением третьего усилителя 2, первого блока умножения 3 и второго сумматора 7.

Четвертый усилитель 4, дифференциатор 5 и второй блок умножения 6 формируют дифференциальную составляющую (Д), а первый усилитель 9 и интегратор 10 - интегральную (И) составляющую ПИД-регулятора 24.

На электродвигатель 8 в процессе функционирования действует мультипликативная помеха F(t) и аддитивная помеха Мн в виде изменяющегося момента нагрузки.

Мультипликативная помеха F(t) изменяет коэффициенты дифференциального уравнения, описывающего работу электродвигателя 8, а аддитивная - непосредственно действует на выходную величину угловой скорости ω(t).

Для компенсации действия помех F(t) и Мн осуществляется подстройка параметров П и Д составляющих ПИД-регулятора посредством первого блока умножения 3 и второго блока умножения 6 соответственно.

Для этого в ассоциативной памяти 1 записана гиперповерхность в соответствии с формулой

где τ - период квантования, Тм, Тэ - электромеханическая и электрическая постоянные времени электродвигателя 8 соответственно.

Значение а[n] формируется с помощью второго усилителя 11, четвертого сумматора 13 и второго блока определения модуля 14, b[n] - с помощью первого блока задержки 15, пятого сумматора 16 и третьего блока определения модуля 17, а c[n] - с помощью первого блока задержки 15, второго блока задержки 18, третьего сумматора 19 и первого блока определения модуля 20.

Значения a[n], b[n] и c[n] являются адресом для ассоциативной памяти 1 для выбора соответствующих значений Тм [n] для расчета коэффициентов усиления дифференциального kд[n] и пропорционального kп[n] каналов в составе ПИД-регулятора 24.

где n - номер шага квантования.

На выходе ассоциативной памяти 1 получается значение Тм [n], которое используется для подачи на входы первого 3 и второго 6 блоков умножения для вычисления kп[n] и kд[n] по формулам 2.

Для обеспечения устойчивости системы управления электродвигателем 8 потребуем, чтобы ее передаточная функция имела один отрицательный полюс на комплексной плоскости корней. В этом случае желаемая передаточная функция будет иметь вид

где Тж - желаемая постоянная времени, a s - оператор Лапласа.

В этом случае переходные процессы в системе будут устойчивыми, без перерегулирования и с заданным временем регулирования tрег=5Тж.

Основной контур управления, состоящий из соединения ПИД-регулятора 24, цифро-аналогового преобразователя 23, электродвигателя 8 и цифрового датчика угловой скорости 12, будет иметь два нуля и три полюса на комплексной плоскости корней. Путем подбора коэффициентов ПИД-регулятора 24 можно компенсировать влияние двух нулей действием двух полюсов, что и приведет к тому, что передаточная функция замкнутого основного контура управления будет иметь один отрицательный полюс.

Эти соображения приводят к тому, что коэффициенты kи, kд[n] и kп[n] будут вычисляться в соответствии с уравнениями (2).

Процедура внесения в ассоциативную память 1 информации для идентификации параметров электродвигателя 8 при различных значениях возмущений F(t) и Мн при различных входных воздействиях U(t) описана в [2] и заключается в следующем.

Для предварительного заполнения ассоциативной памяти 1 выберем следующие диапазоны изменения целочисленных значений

Ищем значения гиперповерхности по формуле (1), которые являются, по сути, идентифицированным значением электромеханической постоянной времени Тм, которая характеризует инерционные свойства и входит в передаточную функцию электродвигателя 8

где k - статический коэффициент передачи электродвигателя.

Для примера, при использовании электродвигателя 8 с угловой скоростью холостого хода ωхх=100 об/с и цифрового датчика с коэффициентом передачи 212, периода квантования τ=0,001 с и диапазона изменения электромеханической постоянной времени Тм=0,001÷1 с максимальные значения адресов ассоциативной памяти равны

Изобретательский уровень предложенного технического решения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности и запасов устойчивости по амплитуде и фазе адаптивной системы управления электродвигателем при действии на него координатно-параметрических помех, изменяющихся в широких пределах.

Литература

1. П.Д. Крутько. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления. Цикл лекций: Учебное пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 2004, с. 167 (прототип).

2. Интеллектуальные системы автоматического управления / под ред. И.М. Макарова, В.М. Лохина. - М.: Физматлит, 2001, стр. 221.

Система адаптивного управления электродвигателем, содержащая последовательно соединенные электродвигатель, цифровой датчик угловой скорости и последовательно соединенные задатчик входного сигнала, первый сумматор, первый усилитель, интегратор и второй сумматор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ассоциативную память, дифференциатор, два блока умножения, три сумматора, цифровой датчик угловой скорости, три усилителя, два блока задержки, три блока определения модуля, выход цифрового датчика угловой скорости через последовательно соединенные первый блок задержки, второй блок задержки, третий сумматор, первый блок определения модуля, ассоциативную память, первый блок умножения подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого через цифро-аналоговый преобразователь соединен с входом электродвигателя, а через последовательно соединенные второй усилитель, четвертый сумматор, второй блок определения модуля - ко второму входу ассоциативной памяти, выход цифрового датчика угловой скорости соединен с вторыми входами первого и четвертого сумматоров, а через последовательно соединенные пятый сумматор, третий блок определения модуля, ассоциативную память и второй блок умножения - с третьим входом второго сумматора, выход первого блока задержки соединен со вторыми входами третьего и пятого сумматоров, выход первого сумматора подключен через третий усилитель ко второму входу первого блока умножения, а через последовательно соединенные четвертый усилитель и дифференциатор - ко второму входу второго блока умножения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности и на транспорте в системах электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей (АД).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления в электроприводе с синхронными гистерезисными двигателями. Техническим результатом является предотвращение возникновения незатухающих колебаний активной мощности во всех режимах работы синхронного гистерезисного двигателя.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к частотно-регулируемым электроприводам. Устройство управления асинхронным двигателем содержит преобразователь частоты и напряжения, управляющие входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров.

Настоящее изобретение относится к кондиционеру воздуха и способу управления кондиционером. Кондиционер содержит: схему конвертера; схему инвертера для функционирования двигателя, который приводит в действие компрессор; схему управления инвертером, которая приводит в действие схему инвертера, и термодатчик, который детектирует температуру наружного воздуха, вводимую в схему управления.
Изобретение относится к способу управления линейным электродвигателем, используемым в качестве привода погружного плунжерного насоса для добычи нефти. Технический результат заключается в обеспечении максимальной производительности насосной установки при заданной мощности электродвигателя и в повышении надежности его работы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для привода вентиляторов, насосов и т.д. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения. Электропривод колебательно-вращательного движения содержит двухфазный асинхронный двигатель, обмотка возбуждения которого подключена к источнику переменного тока, а обмотка управления к выходу инвертора напряжения, преобразователь напряжение-частота, частотный демодулятор, прецизионный регулируемый блок питания постоянного напряжения, фазовое звено и два сумматора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу и устройству управления генератором, приводимым двигателем внутреннего сгорания, установленным с возможностью работы в параллель.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к колебательным электроприводам переменного тока. Устройство для управления двухфазным асинхронным двигателем в режиме прерывистого движения содержит источник переменного тока, задающий генератор, амплитудный модулятор, фазовое звено, фазовый детектор, электронный ключ и инвертор, выход которого соединен с обмоткой управления двухфазного асинхронного двигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности и на транспорте в системах электропривода с прямым управлением моментом асинхронных двигателей (АД).

Изобретение относится к самонастраивающейся системе управления электроприводом. Самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота содержит электродвигатель, редуктор, датчики положения и скорости, сумматоры, блоки умножения, задатчики сигнала, квадраторы, дифференциатор и функциональные преобразователи: синусные и косинусные.

Изобретение относится к самонастраивающейся системе управления электроприводом. Самонастраивающийся электропривод содержит последовательно соединенные первый сумматор, корректирующее устройство, усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с датчиком скорости и через редуктор - с датчиком положения.

Изобретение относится к управлению подводными объектами с использованием судовых спускоподъемных устройств. Устройство для управления подводным объектом содержит на судне-носителе лебедку, задатчик среднего значения длины каната, задатчик скорости лебедки, управляющий блок, электропривод лебедки, токосъемник и барабан лебедки.

Изобретение относится к способу управления подводным объектом. Для перемещения подводного объекта по вертикали со стороны судна изменяют длину первой из двух частей механической связи между объектом и судном, поддерживая усилие, равное весу подводного объекта в воде, осуществляют дополнительное перемещение со стороны подводного объекта изменением длины второй части механической связи, ограниченное допустимыми значениями.

Изобретение относится к области управления сложными объектами, которые не удается представить математической моделью в виде систем линейных дифференциальных уравнений, и быстродействующими технологическими процессами и касается нефтехимической, машиностроительной и нефтеперерабатывающей промышленностей.

Изобретение относится к области самонастраивающихся систем управления электроприводами. Способ самонастройки заключается в том, что в течение определенного интервала времени подают случайно сгенерированное управляющее задание на вход электропривода или предварительно построенной его модели.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов. Техническим результатом является обеспечение инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик.

Изобретение относится к управлению производственным процессом с использованием экономической целевой функции. Технический результат - оптимизация управления процессом при наличии возмущений.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выбора оптимального по точности режима работы электрического двигателя. Технический результат - увеличение точности управления за счет применения эффективного математического метода решения обратных задач.

Изобретение относится к области систем автоматического управления электромеханическими объектами, в частности объектами с неконтролируемыми возмущениями и неизвестными переменными параметрами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в нагнетателях, компрессорах, турбодетандерах газоперекачивающих агрегатов с тяжелыми роторами горизонтального исполнения массой, например, не менее 900 кг.
Наверх