Способ автоматического регулирования координат электропривода и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электротехники, может быть использовано для управления электроприводами постоянного тока, применяемыми в опорно-поворотных устройствах, металлообрабатывающих станках, механизмах металлургического производства. Техническим результатом является повышение быстродействия и точности регулирования координат электропривода, упрощение регулирования скорости и тока. В способе автоматического регулирования координат электропривода регулирование скорости электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины осуществляют по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону, вычисляют результирующий сигнал управления, ограничивают результирующий сигнал управления, осуществляют прерывание интегрирования в законе регулирования скорости в зависимости от заданной и измеренной величины скорости, результирующего сигнала управления до его ограничения и результирующего сигнала управления после его ограничения, прерывают действие закона регулирования скорости в зависимости от измеренной величины тока, уставки токоограничения и регулируют ток по релейному закону в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения. Устройство содержит задатчик скорости электропривода (1), выход которого соединен с первым входом первого сумматора (2), первый выход которого соединен с входом пропорционального элемента регулирования (3), второй выход соединен с входом дифференциального элемента регулирования (4), а третий выход соединен с первым входом релейного переключателя (5). Второй вход релейного переключателя (5) соединен с выходом первого формирователя нуля (6). Выход релейного переключателя (5) соединен с входом интегрального элемента регулирования (7). Пропорциональный элемент регулирования (3), дифференциальный элемент регулирования (4) и интегральный элемент регулирования (7) образуют пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор скорости электропривода. Выход пропорционального элемента регулирования (3) соединен с первым входом второго сумматора (8), выход дифференциального элемента регулирования (4) соединен со вторым входом второго сумматора (8), а выход интегрального элемента регулирования (7) соединен с третьим входом второго сумматора (8). Первый выход второго сумматора (8) соединен с первым входом управляемого ограничителя (9). Второй выход второго сумматора (8) соединен с третьим входом релейного переключателя (5). Второй вход управляемого ограничителя (9) соединен с выходом второго формирователя нуля (10). Первый выход управляемого ограничителя (9) соединен с входом силового преобразователя (11). Второй выход управляемого ограничителя (9) соединен с четвертым входом релейного переключателя (5). Выход силового преобразователя (11) соединен с датчиком тока (12), который в свою очередь соединен с электрическим двигателем (13). К электрическому двигателю (13) механически подсоединены датчик скорости (14) и исполнительный механизм (15). Информационный выход датчика тока (12) соединен с входом нелинейного элемента релейного типа (16). Выход нелинейного элемента релейного типа (16) соединен с третьим входом управляемого ограничителя (9). Информационный выход датчика скорости (14) соединен со вторым входом первого сумматора (2). 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электроприводами постоянного тока, применяемыми в опорно-поворотных устройствах, металлообрабатывающих станках, механизмах металлургического производства и других системах управления движением, требующих автоматического регулирования координат.

Известен способ автоматического регулирования координат электропривода и устройство для его осуществления (Анучин А.С. Системы управления электроприводов: Учебник для вузов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2015. с. 264-270). Согласно способу задают скорость электропривода, измеряют ток и скорость электропривода, регулируют скорость электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины по пропорциональному или пропорционально-интегральному закону, вычисляют целевую величину тока и ограничивают ее, далее регулируют ток в зависимости от его целевой и измеренной величины по пропорционально-интегральному закону, вычисляют целевую величину напряжения, затем регулируют напряжение и питают напряжением электрический двигатель, причем динамику регулирования скорости электропривода устанавливают ниже динамики регулирования тока электропривода. Устройство, реализующее данный способ, представляет собой «структуру с подчиненным регулированием координат» и содержит задатчик скорости, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход первого сумматора соединен с информационным выходом датчика скорости, выход первого сумматора соединен с входом регулятора скорости, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход второго сумматора соединен с информационным выходом датчика тока, выход второго сумматора соединен с входом регулятора тока, выход которого соединен со входом силового преобразователя, выход силового преобразователя через датчик тока соединен с цепью питания электрического двигателя, а электрический двигатель механически соединен с датчиком скорости и исполнительным механизмом.

Недостатками данного технического решения являются сниженная динамика регулирования скорости и ограниченная точность регулирования скорости, что связано с последовательным регулированием скорости и тока, а также с использованием пропорционального или пропорционально-интегрального закона регулирования скорости.

Известен также способ автоматического регулирования координат электропривода и устройство для его осуществления (Терехов В.М. Системы управления электроприводов: Учебник для вузов/В.М. Терехов, О.И. Осипов; Под ред. В.М. Терехова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. с. 115-121). Согласно способу задают скорость электропривода, измеряют ток и скорость электропривода, регулируют скорость и ток электропривода по единому пропорциональному закону, вычисляют целевую величину напряжения, затем регулируют напряжение и питают напряжением электрический двигатель, при этом скорость регулируют в зависимости от ее заданной и измеренной величины, ток регулируют в зависимости от измеренной величины тока, уставки токоограничения и измеренной величины скорости, причем зависимость регулирования тока от измеренной величины тока и уставки токоограничения устанавливают по нелинейному закону «зона нечувствительности». Устройство, реализующее данный способ, представляет собой «структуру с суммирующим усилителем и обратной связью с отсечкой» и содержит задатчик скорости, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с информационным выходом датчика скорости, третий вход сумматора соединен с выходом первого усилителя, вход которого соединен с входом нелинейного элемента вида «зона нечувствительности», вход которого соединен с информационным выходом датчика тока, выход сумматора соединен с входом второго усилителя, выход которого соединен с входом силового преобразователя, силовой преобразователь через датчик тока соединен с цепью питания электрического двигателя, а электрический двигатель механически соединен с датчиком скорости и исполнительным механизмом.

Недостатками данного технического решения являются ограниченная точность регулирования скорости, ограниченная точность регулирования тока, сложность регулирования тока, что связано с использованием пропорционального закона, общего для регулирования скорости и тока, а также нелинейного закона «зона нечувствительности».

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического регулирования координат электропривода и устройство для его осуществления, (Патент RU на изобретение №2414048, опубл. 10.03.2011, МПК Н02Р 007/292, G05B 11/01). Согласно способу задают скорость электропривода, измеряют ток и скорость электропривода, регулируют скорость электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины по интегральному закону, прерывают интегрирование в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения, затем корректируют регулирование скорости электропривода по закону модального управления в зависимости от измеренной величины скорости и измеренной величины тока, а ток регулируют по тому же закону модального управления в зависимости от измеренной величины тока, уставки токоограничения и измеренной величины скорости, вычисляют целевую величину напряжения, далее регулируют напряжение и питают напряжением электрический двигатель, причем зависимости прерывания интегрирования и регулирования тока от измеренной величины тока и уставки токоограничения устанавливают по нелинейному закону «зона нечувствительности».

Устройство, реализующее данный способ содержит задатчик скорости, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход первого сумматора соединен с первым информационным выходом датчика скорости, выход первого сумматора соединен с первым входом релейного переключателя, со вторым входом которого соединен формирователь нуля, а с третьим его входом соединен первый выход нелинейного элемента вида «зона нечувствительности», вход которого соединен с первым информационным выходом датчика тока, выход релейного переключателя соединен с входом интегрального элемента регулирования, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, со вторым входом второго сумматора соединен выход первого усилителя, с входом которого соединен второй выход нелинейного элемента «зона нечувствительности», с третьим входом второго сумматора соединен выход второго усилителя, с входом которого соединен второй информационный выход датчика тока, с четвертым входом второго сумматора соединен выход третьего усилителя, с входом которого соединен второй информационный выход датчика скорости, выход второго сумматора соединен со входом четвертого усилителя, выход которого соединен со входом силового преобразователя, выход силового преобразователя через датчик тока соединен с цепью питания электрического двигателя, а электрический двигатель механически соединен с датчиком скорости и исполнительным механизмом.

Недостатками настоящего технического решения являются ограниченная точность регулирования тока, сниженная динамика регулирования скорости, сложность регулирования тока и скорости. Ограниченная точность регулирования тока связана с использованием модального закона регулирования тока. Сниженная динамика регулирования скорости связана с двухэтапным ее регулированием и использованием интегрального закона регулирования. Сложность регулирования связана с использованием модального закона, который, кроме того, является общим для регулирования скорости и тока.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия и точности регулирования координат электропривода, а также упрощение регулирования скорости и тока.

Технический результат заключается в улучшении динамики и повышении точности регулирования координат, а также в упрощении устройства, реализующего заявленный способ автоматического регулирования координат электропривода.

Это достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования координат электропривода, включающем измерение тока и скорости электропривода, регулирование скорости электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины, прерывание интегрирования, вычисление целевой величины напряжения, регулирование напряжения и питание напряжением электрического двигателя, при этом регулирование скорости электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины осуществляют по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону, затем вычисляют результирующий сигнал управления, далее ограничивают результирующий сигнал управления, затем осуществляют прерывание интегрирования в законе регулирования скорости в зависимости от заданной и измеренной величины скорости, результирующего сигнала управления до его ограничения и результирующего сигнала управления после его ограничения, далее прерывают действие закона регулирования скорости в зависимости от измеренной величины тока, уставки токоограничения и регулируют ток по релейному закону в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения.

Это достигается также тем, что известное устройство, реализующее способ автоматического регулирования координат электропривода, содержащее задатчик скорости электропривода, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, релейный переключатель, выход которого соединен со входом интегрального элемента регулирования, первый формирователь нуля, второй сумматор, силовой преобразователь, выход которого соединен с датчиком тока, который, в свою очередь, соединен с электрическим двигателем, к электрическому двигателю механически подсоединены датчик скорости и исполнительный механизм, при этом информационный выход датчика тока соединен с входом нелинейного элемента, информационный выход датчика скорости соединен со вторым входом первого сумматора, снабжено пропорциональным элементом регулирования, дифференциальным элементом регулирования, управляемым ограничителем и вторым формирователем нуля, при этом нелинейный элемент выполнен релейного типа, первый выход первого сумматора соединен с входом пропорционального элемента регулирования, второй выход первого сумматора соединен с входом дифференциального элемента регулирования, а третий выход первого сумматора соединен с первым входом релейного переключателя, второй вход релейного переключателя соединен с выходом первого формирователя нуля, выход пропорционального элемента регулирования соединен с первым входом второго сумматора, выход дифференциального элемента регулирования соединен со вторым входом второго сумматора, а выход интегрального элемента регулирования соединен с третьим входом второго сумматора, первый выход второго сумматора соединен с первым входом управляемого ограничителя, второй выход второго сумматора соединен с третьим входом релейного переключателя, второй вход управляемого ограничителя соединен с выходом второго формирователя нуля, первый выход управляемого ограничителя соединен с входом силового преобразователя, второй выход управляемого ограничителя соединен с четвертым входом релейного переключателя, выход нелинейного элемента соединен с третьим входом управляемого ограничителя.

Сущность предлагаемых технических решений поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего заявленный способ автоматического регулирования координат электропривода; на фиг. 2 представлена характеристика «вход-выход» нелинейного элемента релейного типа для управления управляемым ограничителем; на фиг. 3 показана характеристика «вход-выход» управляемого ограничителя; на фиг. 4 показана статическая электромеханическая характеристика электропривода при осуществлении предложенных технических решений; на фиг. 5 показана статическая электромеханическая характеристика электропривода согласно способу и реализующему его устройству по прототипу; на фиг. 6 показаны диаграммы изменения координат электроприводов при отработке скачка задающего воздействия без достижения током уставки токоограничения при осуществлении предложенного способа автоматического регулирования координат электропривода и при осуществлении способа по прототипу; на фиг. 7 показаны диаграммы изменения координат электропривода при отработке скачка задающего воздействия и скачкообразного приложения нагрузки при достижении током уставки токоограничения согласно предложенному способу и согласно способу по прототипу.

На графических изображениях приняты следующие обозначения: I - ток электропривода; ω - скорость электропривода; Мн - момент нагрузки; ωз - заданная скорость электропривода; Iто - уставка токоограничения; Uнэ - выходной сигнал нелинейного элемента; Umin и Umax - уровни ограничения выходного сигнала управляемого ограничителя; UΣ1 - рассогласование по скорости; Uн1 - сигнал на выходе первого формирователя нуля; Uн2 - сигнал на выходе второго формирователя нуля; UΣ2 - результирующий сигнал управления до ограничения; Uyo - результирующий сигнал управления после ограничения; Uрп - сигнал на выходе релейного переключателя; Uп - напряжение питания электрического двигателя; Iн - ток нагрузки.

Устройство, реализующее способ автоматического регулирования координат электропривода, содержит задатчик скорости электропривода (ЗС) 1, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 2. Первый выход первого сумматора 2 соединен с входом пропорционального элемента регулирования (П) 3, второй выход первого сумматора 2 соединен с входом дифференциального элемента регулирования (Д) 4, а третий выход первого сумматора 2 соединен с первым входом релейного переключателя (РП) 5. Второй вход релейного переключателя 5 соединен с выходом первого формирователя нуля (H1) 6. Выход релейного переключателя 5 соединен с входом интегрального элемента регулирования (И) 7. При этом пропорциональный элемент регулирования 3, дифференциальный элемент регулирования 4 и интегральный элемент регулирования 7 образуют пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор скорости электропривода. Выход пропорционального элемента регулирования 3 соединен с первым входом второго сумматора 8, выход дифференциального элемента регулирования 4 соединен со вторым входом второго сумматора 8, а выход интегрального элемента регулирования 7 соединен с третьим входом второго сумматора 8. Первый выход второго сумматора 8 соединен с первым входом управляемого ограничителя (УО) 9. Второй выход второго сумматора 8 соединен с третьим входом релейного переключателя 5. Второй вход управляемого ограничителя 9 соединен с выходом второго формирователя нуля (Н2) 10. Первый выход управляемого ограничителя 9 соединен с входом силового преобразователя (СП) 11. Второй выход управляемого ограничителя 9 соединен с четвертым входом релейного переключателя 5. Выход силового преобразователя 11 соединен с датчиком тока (ДТ) 12, который в свою очередь соединен с электрическим двигателем (ЭД) 13. К электрическому двигателю 13 механически подсоединены датчик скорости (ДС) 14 и исполнительный механизм (М) 15. Информационный выход датчика тока 12 соединен с входом нелинейного элемента релейного типа (НЭ) 16. Выход нелинейного элемента релейного типа 16 соединен с третьим входом управляемого ограничителя 9. Информационный выход датчика скорости 14 соединен со вторым входом первого сумматора 2.

Электрический двигатель 13 выполнен с независимым возбуждением. Силовой преобразователь 11 выполнен на основе полупроводниковой техники. В качестве датчика тока 12 и датчика скорости 14 могут быть использованы соответствующие измерительные устройства любого типа. Все элементы регулирования 3, 4, 7, первый 2 и второй 8 сумматоры, релейный переключатель 5, управляемый ограничитель 9, нелинейный элемент 16, задатчик скорости 1, первый 6 и второй 10 формирователи нуля могут быть реализованы на базе аналоговой техники или на базе программно-аппаратных средств цифровой вычислительной техники. Исполнительный механизм 15 может иметь любую конструкцию.

Реализация предложенным устройством регулирования предлагаемого способа автоматического регулирования координат электропривода осуществляется следующим образом.

Задатчик скорости 1 формирует закон изменения заданной скорости ωз. Датчик тока 12 измеряет действительную величину тока I электропривода. Датчик скорости 14 измеряет действительную величину скорости электропривода ω. Сигнал на выходе первого формирователя нуля 6 имеет нулевой уровень. Сигнал на выходе второго формирователя нуля 10 имеет нулевой уровень.

Первый сумматор 2 вычисляет рассогласование по скорости UΣ1, а именно, разность заданной скорости ωз и измеренной величины скорости электропривода ω. Сигналы на первом, втором и третьем выходах первого сумматора 2 равны между собой. Величины коэффициентов пропорционального 3, дифференциального 4 и интегрального 7 элементов регулирования настраивают таким образом, чтобы скомпенсировать электромагнитную инерцию и электромеханическую инерцию электропривода. Таким образом, реализуется пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования скорости электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины. Второй сумматор 8 вычисляет сумму сигналов на выходах пропорционального 3, дифференциального 4 и интегрального 7 элементов регулирования. Таким образом, вычисляется результирующий сигнал управления UΣ2. Первый и второй выходы второго сумматора 8 идентичны.

Нелинейный элемент 16 с релейной характеристикой «вход-выход» (фиг. 2) изменяет свое состояние в зависимости от уставки токоограничения Iто и измеренной величины тока I электропривода, и управляет управляемым ограничителем 9. Если ток I электропривода по абсолютной величине не превышает уставку токоограничения Iто, то сигнал Uнэ на выходе нелинейного элемента 16 равен 0 (фиг. 2). Если ток I электропривода по абсолютной величине превышает уставку токоограничения Iто, то сигнал Uнэ на выходе нелинейного элемента 16 равен 1 (фиг. 2). Выходной сигнал Uнэ нелинейного элемента 16 подается на третий вход управляемого ограничителя 9.

Силовой преобразователь 11 регулирует напряжение Uп в зависимости от значения Uyo, поданного на его вход с выхода управляемого ограничителя 9 и питает напряжением электрический двигатель 13. Электрический двигатель 13 осуществляет управляемое электромеханическое преобразование энергии и приводит в движение механизм 15, к которому приложен момент нагрузки Мн.

Управляемый ограничитель ограничивает результирующий сигнал управления и вычисляет целевую величину напряжения питания электрического двигателя. Характеристика «вход-выход» управляемого ограничителя 9 (фиг. 3) устанавливает связь между сигналами на его входах и выходах. Выходной сигнал Uyo управляемого ограничителя 9, являющийся результирующим сигналом управления после ограничения, равен целевой величине напряжения питания. Сигналы на первом и втором выходах управляемого ограничителя 9 равны между собой.

Если сигнал Uнэ на выходе нелинейного элемента 16 равен 0, то сигнал с первого входа управляемого ограничителя 9 передается на его выходы. В этом случае характеристика «вход-выход» управляемого ограничителя 9 имеет вид 1 на фиг. 3 и его выходной сигнал Uyo пропорционален сигналу UΣ2. Указанная характеристика имеет уровни ограничения Umin и Umax, причем Umin=-Umax. При этом силовой преобразователь 11 формирует напряжение Uп в соответствии с пропорционально-интегрально-дифференциальным законом регулирования скорости. Тем самым формируется жесткий участок 1 электромеханической характеристики электропривода при астатической стабилизации скорости (фиг. 4).

Если сигнал Uнэ на выходе нелинейного элемента 16 равен 1, то сигнал Uн2, равный 0, со второго входа управляемого ограничителя 9 подается на его выходы. В этом случае характеристика «вход-выход» управляемого ограничителя 9 имеет вид 2 на фиг. 3, а выходной сигнал Uyo равен 0 и не зависит от сигнала UΣ2 на его первом входе. Таким образом, осуществляется прерывание действия пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования скорости в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения. Следовательно, при этом силовой преобразователь 11 формирует нулевое напряжение Uп=0, а ток электропривода I по абсолютной величине спадает ниже уровня токоограничения Iто, что приводит к переключению нелинейного элемента и его выходной сигнал Uнэ становится равным 0. Таким образом, осуществляется регулирование тока по релейному закону в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения.

Интегрирующий элемент регулирования 7 интегрирует значение сигнала Uрп, поданного на его вход с выхода релейного переключателя 5. Сигнал Uрп формируется в зависимости от сигналов на первом, третьем и четвертом входах релейного переключателя.

Если одновременно выполняются условия

то сигнал Uн1, равный 0, со второго входа релейного переключателя 5 подается на выход релейного переключателя 5. Следовательно, Uрп=Uн1=0. При этом прерывается интегрирование интегрирующим элементом регулирования 7. При всех остальных сочетаниях сигналов UΣ1, UΣ2, Uyo, которые не удовлетворяют условиям (1) и (2), сигнал с первого входа релейного переключателя 5 подается на выход релейного переключателя 5. Следовательно, Uрп=UΣ1. При этом интегрирующий элемент регулирования 7 осуществляет интегрирование по закону регулирования скорости электропривода. Условия (1) и (2) для прерывания интегрирования выполняются при прерывании управляемым ограничителем 9 действия пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования скорости, а также при выходе выходного сигнала Uyo управляемого ограничителя 9 из диапазона от Umin до Umax по характеристике 1 на фиг. 3. Таким образом, осуществляется прерывание интегрирования в законе регулирования скорости в зависимости от заданной и измеренной величины скорости, результирующего сигнала управления до его ограничения и результирующего сигнала управления после его ограничения.

Управление релейным переключателем 5 и, следовательно, прерывание интегрирования позволяет избежать накопления ошибки регулирования скорости интегрирующим элементом регулирования 7 при токоограничении.

Управление управляемым ограничителем 9 и прерывание действия пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования скорости электропривода позволяет реализовать релейный закон регулирования тока в зависимости от его измеренной величины и уставки токоограничения и тем самым поддерживать ток на уровне уставки Iто, получив участок 2 с нулевой жесткостью (фиг. 4).

Упрощение формирования скорости в заявленном техническом решении по сравнению с изобретением, выбранным в качестве прототипа, заключается в том, что пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования скорости проще по реализации и настройке, чем модальный закон регулирования скорости. Упрощение формирования тока в предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом, заключается в том, что релейный закон регулирования тока проще по реализации и настройке, чем модальный закон регулирования тока.

Прерывание действия закона регулирования скорости в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения в предлагаемом способе автоматического регулирования координат электропривода и реализующем его устройстве по сравнению с изобретением по прототипу позволяет обеспечить строгое равенство тока I электропривода и уставки Iто при токоограничении, что иллюстрируют статические электромеханические характеристики, показанные на фиг. 4 и фиг. 5. Участок 1 астатической стабилизации скорости электропривода на фиг. 4 и аналогичный участок 1 на фиг. 5 совпадают с заданным уровнем заданной скорости ωз, если ток I не достигает уставки токоограничения Iто. Если то I достигает уставку токоограничения Iто, то участок 2 на фиг. 4 совпадает с уставкой Iто, в то время как участок 2 на фиг. 5 отклоняется от уставки Iто.

Прерывание действия закона регулирования скорости в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения в предложенном техническом решении позволяет использовать пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования скорости. Этот закон позволяет полностью скомпенсировать электромагнитную инерцию и электромеханическую инерцию электрического двигателя и не привносит дополнительную инерционность, что повышает быстродействие автоматического регулирования координат.

Повышение быстродействия автоматического регулирования координат электропривода иллюстрируют графики изменения скорости ω и тока I электропривода при отработке скачка задающего воздействия ωp, показанные на фиг. 6. График 1 на фиг. 6 показывает изменение во времени заданной скорости ωз. График 2 на фиг. 6 показывает изменение скорости ω электропривода, а график 3 на фиг. 6 показывает изменение тока I электропривода при предложенном способе автоматического регулирования координат электропривода. График 4 на фиг. 6 показывает изменение электропривода при предложенном способе автоматического регулирования координат электропривода. График 4 на фиг. 6 показывает изменение скорости ω электропривода, а график 5 на фиг. 6 показывает изменение тока I электропривода при способе автоматического регулирования координат электропривода по прототипу. В обоих случаях установлена одинаковая величина среднегеометрического корня характеристических полиномов систем, реализующих указанные способы автоматического регулирования координат электропривода. При этом токи электроприводов не достигают уставки токооганичения Iто (график 6). График 2 скорости ω по сравнению с графиком 4 скорости ω имеет меньшее транспортное запаздывание и больший темп нарастания до уровня заданной скорости ωз (график 1), что свидетельствует об улучшении динамики, а именно, повышении быстродействия автоматического регулирования координат электропривода.

Повышение точности автоматического регулирования координат электропривода иллюстрируют графики изменения скорости ω и тока I электропривода при отработке скачка задающего воздействия ωз и скачкообразного приложения нагрузки Мн, показанные на фиг. 7. График 1 на фиг. 7 показывает изменение во времени заданной скорости ωз. График 2 на фиг. 7 показывает изменение скорости ω электропривода, а график 3 на фиг. 7 показывает изменение тока I электропривода при предложенном способе автоматического регулирования координат электропривода. График 4 на фиг. 7 показывает изменение скорости ω электропривода, а график 5 на фиг. 7 показывает изменение тока I электропривода при способе автоматического регулирования координат электропривода по прототипу. График 6 показывает величину уставки токоограничения Iто. График 7 показывает изменение тока нагрузки Iн, который обусловлен моментом Мн, приложенным к электроприводу. В обоих случаях установлена одинаковая величина уставки токоограничения Iто и величина среднегеометрического корня характеристических полиномов систем, реализующих указанные способы автоматического регулирования координат электропривода.

После приложения нагрузки Iн (график 7), превышающей уставку токоограничения Iто (график 6), график 3 совпадает с графиком 6, то есть ток электропривода I равен уставке токоограничения Iто. Скорость электропривода ω (график 2) при этом изменяется под действием разности тока электропривода и нагрузки.

После приложения нагрузки Iн, превышающей уставку токоограничения Iто, график 5 стремится к графику 7 и превышает график 6, то есть ток электропривода I не равен уставке Iто и превышает ее. Скорость электропривода ω (график 4) при этом изменяется под действием разности тока электропривода I и тока нагрузки Iн до равновесного значения в соответствии с электромеханической характеристикой (фиг. 5). Перечисленные выше обстоятельства свидетельствует о повышении точности автоматического регулирования координат электропривода.

Использование изобретения позволяет упростить регулирование скорости и тока, а также повысить быстродействие и точность систем автоматического регулирования координат электроприводов, в том числе опорно-поворотных устройств различного назначения, металлообрабатывающих станков, механизмов металлургического производства и других механизмов, требующих автоматического регулирования координат.

1. Способ автоматического регулирования координат электропривода, включающий измерение тока и скорости электропривода, регулирование скорости электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины, прерывание интегрирования, вычисление целевой величины напряжения, регулирование напряжения и питание напряжением электрического двигателя, отличающийся тем, что регулирование скорости электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины осуществляют по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону, затем вычисляют результирующий сигнал управления, далее ограничивают результирующий сигнал управления, затем осуществляют прерывание интегрирования в законе регулирования скорости в зависимости от заданной и измеренной величины скорости, результирующего сигнала управления до его ограничения и результирующего сигнала управления после его ограничения, далее прерывают действие закона регулирования скорости в зависимости от измеренной величины тока, уставки токоограничения и регулируют ток по релейному закону в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения.

2. Устройство, реализующее способ автоматического регулирования координат электропривода, содержащее задатчик скорости электропривода, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, релейный переключатель, выход которого соединен со входом интегрального элемента регулирования, первый формирователь нуля, второй сумматор, силовой преобразователь, выход которого соединен с датчиком тока, который, в свою очередь, соединен с электрическим двигателем, к электрическому двигателю механически подсоединены датчик скорости и исполнительный механизм, при этом информационный выход датчика тока соединен с входом нелинейного элемента, информационный выход датчика скорости соединен со вторым входом первого сумматора, отличающееся тем, что оно снабжено пропорциональным элементом регулирования, дифференциальным элементом регулирования, управляемым ограничителем и вторым формирователем нуля, при этом нелинейный элемент выполнен релейного типа, первый выход первого сумматора соединен с входом пропорционального элемента регулирования, второй выход первого сумматора соединен с входом дифференциального элемента регулирования, а третий выход первого сумматора соединен с первым входом релейного переключателя, второй вход релейного переключателя соединен с выходом первого формирователя нуля, выход пропорционального элемента регулирования соединен с первым входом второго сумматора, выход дифференциального элемента регулирования соединен со вторым входом второго сумматора, а выход интегрального элемента регулирования соединен с третьим входом второго сумматора, первый выход второго сумматора соединен с первым входом управляемого ограничителя, второй выход второго сумматора соединен с третьим входом релейного переключателя, второй вход управляемого ограничителя соединен с выходом второго формирователя нуля, первый выход управляемого ограничителя соединен с входом силового преобразователя, второй выход управляемого ограничителя соединен с четвертым входом релейного переключателя, выход нелинейного элемента соединен с третьим входом управляемого ограничителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Технический результат - повышение надежности устройства контроля напряжения в якорной цепи двигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи и в обзорно-поисковых и сканирующих системах.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, приборах специального назначения.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качестве способа управления выпрямительно-инверторным преобразователем на электроподвижном составе, получающим питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе управления электроприводами. Техническим результатом является повышение быстродействия и уменьшение динамической погрешности при регулировании скорости рабочего органа в электромеханической системе с упругими связями.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники. Силовая схема выполнена по реверсивной трехпульсной противопараллельной схеме выпрямления с уравнительными дросселями, с естественной коммутацией тиристоров и шунтирующими устройствами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторных электродвигателях и в электрическом транспортном средстве. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих системах автоматического управления и регулирования для формирования управляющих сигналов в системе с вентильным двигателем.

Представлена система регулирования уровня жидкости в технологической установке. Система регулирования уровня жидкости содержит: подвижный узел, содержащий стержень, при этом стержень подвижного узла включает в себя ближний конец и дальний конец; поплавок, прикрепленный к дальнему концу стержня; приводной механизм, функционально связанный с подвижным узлом; процессор, связанный с приводным механизмом и выполненный с возможностью перемещения поплавка с помощью подвижного узла; датчик, содержащий вход и выход, причем вход датчика функционально связан с подвижным узлом для приема входного сигнала, представляющего характеристику поплавка или рабочей среды, а выход датчика функционально связан с процессором для создания выходного сигнала, связанного с входным сигналом; запоминающее устройство, связанное с процессором; приводящий в действие модуль, сохраненный в запоминающем устройстве, который, будучи выполняемым в процессоре, приводит в действие приводной механизм; устройство вывода данных, соединенное с процессором, и демонстрирующий модуль, сохраненный в запоминающем устройстве, который, будучи выполняемым в процессоре, демонстрирует выходной сигнал датчика на устройстве вывода данных.

Изобретение относится к разделу управления и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к разделу управления и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов, управления аэродинамическими рулями и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к позиционным электроприводам постоянного тока, и может быть использовано для автоматизации металлорежущих станков, электромеханических роботов, управления аэродинамическими рулями и в других механизмах систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Изобретение относится к автоматике. Способ расширения диапазона регулирования автоматических систем регулирования без потери устойчивости включает настройку регулятора, реализующего пропорциональную и интегральную составляющие закона регулирования, при которой сигнал управляющего воздействия зависит от величины ошибки регулирования и значений коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих.

Система адаптивного управления электрогидравлическим следящим приводом с контролем содержит сдвоенный золотник, сдвоенный исполнительный гидродвигатель, датчик обратной связи, линейный электродвигатель (ЛЭД) с обмоткой управления, модуль электрогидравлического усилителя, двухсистемную рулевую машинку, четыре канала адаптивного управления (КАУ), четыре контроллера межмашинного обмена (КМО), четыре приемопередачика.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение - способ автоматической компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе и устройство для его осуществления относятся к электроавтоматике и могут найти применение при создании автоматизированных электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к способу работы устройства (1) автоматизации, предпочтительно секции (1а) автоматизации, с манипулятором (2а, b) и модулем (3а, b) ввода-вывода для автоматизированного производства, а также с вычислительным устройством (5). На вычислительном устройстве (5) исполняется компьютерная программа (6) ПЛК для предоставления программируемого логического контроллера для модуля (3а, b) ввода-вывода. На вычислительном устройстве (5) выполняется компьютерная программа (8) контроля секции для управления компьютерной программой (6) ПЛК через интерфейс (9) ПЛК компьютерной программы (6) ПЛК. Компьютерная программа (8) контроля секции предоставляет систему (10) ЧПУ для манипулятора (2а, b). Компьютерная программа (8) контроля секции через сетевую шину (11) для управления манипулятором (2а, b) соединена с ним посредством коммуникационного соединения и содержит ЧПУ обработчик (19) для преобразования программы (20) ЧПУ в команды (21) переключения для управления модулем (3а, b) ввода-вывода и для преобразования программы (20) ЧПУ в геометрические данные (22а) и/или технологические данные (22b) для управления манипулятором (2а, b). Обеспечивается возможность улучшенной интеграции между компьютерной программой для программируемого логического контроллера и системы ЧПУ для управления манипулятором. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, может быть использовано для управления электроприводами постоянного тока, применяемыми в опорно-поворотных устройствах, металлообрабатывающих станках, механизмах металлургического производства. Техническим результатом является повышение быстродействия и точности регулирования координат электропривода, упрощение регулирования скорости и тока. В способе автоматического регулирования координат электропривода регулирование скорости электропривода в зависимости от ее заданной и измеренной величины осуществляют по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону, вычисляют результирующий сигнал управления, ограничивают результирующий сигнал управления, осуществляют прерывание интегрирования в законе регулирования скорости в зависимости от заданной и измеренной величины скорости, результирующего сигнала управления до его ограничения и результирующего сигнала управления после его ограничения, прерывают действие закона регулирования скорости в зависимости от измеренной величины тока, уставки токоограничения и регулируют ток по релейному закону в зависимости от измеренной величины тока и уставки токоограничения. Устройство содержит задатчик скорости электропривода, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, первый выход которого соединен с входом пропорционального элемента регулирования, второй выход соединен с входом дифференциального элемента регулирования, а третий выход соединен с первым входом релейного переключателя. Второй вход релейного переключателя соединен с выходом первого формирователя нуля. Выход релейного переключателя соединен с входом интегрального элемента регулирования. Пропорциональный элемент регулирования, дифференциальный элемент регулирования и интегральный элемент регулирования образуют пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор скорости электропривода. Выход пропорционального элемента регулирования соединен с первым входом второго сумматора, выход дифференциального элемента регулирования соединен со вторым входом второго сумматора, а выход интегрального элемента регулирования соединен с третьим входом второго сумматора. Первый выход второго сумматора соединен с первым входом управляемого ограничителя. Второй выход второго сумматора соединен с третьим входом релейного переключателя. Второй вход управляемого ограничителя соединен с выходом второго формирователя нуля. Первый выход управляемого ограничителя соединен с входом силового преобразователя. Второй выход управляемого ограничителя соединен с четвертым входом релейного переключателя. Выход силового преобразователя соединен с датчиком тока, который в свою очередь соединен с электрическим двигателем. К электрическому двигателю механически подсоединены датчик скорости и исполнительный механизм. Информационный выход датчика тока соединен с входом нелинейного элемента релейного типа. Выход нелинейного элемента релейного типа соединен с третьим входом управляемого ограничителя. Информационный выход датчика скорости соединен со вторым входом первого сумматора. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх