Устройство для управления позиционным электроприводом

 

Союз Советсинк

Соцналнстнческнк

Республик

О П

714352 (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 18.10,77 (2 t ) 2536846/18-24 с присоединением заявки РЙ (23)Г1риоритетОпубликовано 05.02,80. Бюллетень Ж 5

Дата опубликования описания 07.02.80 (5I }IN. Кл.

44 05 В ll/01

r6eyAapcTsNHblil квмитвт

СССР м двлаи изобретений и вткрыткй (58) УД К 62-50 (088.8 ) (72) Авторы изобретения

B. И, Полещук и Л. B. Полещук (7l ) Заявитель

Всесоюзный заочный машиностроительный институт (54) УГ:ТРОЙ СТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИОННЫМ

ЭЛЕ КТРОПРИ Р. ОДОМ

Изобретение относится к области автоматизации и может быть использовано, в электроприводе с автоматическим регулированием положения, например, в нажимных устройствах прокатных станов и следящих системах.

Известна система с регулятором положения, в которой для оптимизапии процесса отработки перемещения регулятор положения имеет линейно-параболическую xat0 рактеристику (1).

Однако такая характеристика, кроме того, что она осуществляется приближенно, не обеспечивает должного качества пропесса (быстродействия и точности) при

15 действии возмущений и при изменении темпа отработки перемещения. Быстродействие в такой системе недостаточно изза вращения дополнительного контура регулирования положения.

По технической сущности наиболее близким к предложенному является устройство, сод ержащее последовательно соединенные регулятор скорости и регулятор тока, второй вход которого соединен с датчиком тока, усилитель мощности, выходы которого непосредственно и через датчик тока соединены с входами электродвигателя, вал которого кинематически связан с датчиком скорости, и датчик ноложения, связанный с датчиком скорости, выход которого соединен с первым входом регулятора скорости, выход датчика положения соединен с первым входом первого сумматора, другой вход которого соединен с блоком задания перемещения, и регулятор положения, выход которого соединен со вторым входом регулятора скорости.

Быстродействие устройства увеличено за счет того, что при большой ошибке по положению электропривод работает как система регулирования скорости, которая менее инерпионна, чем система регулирования положения. Отработка же малой ошибки происходит в системе регулирования положения. Для своевременного перевода электропривода в режим торможения заблаговременно вычисляется будущий тор71 43 мозной путь путем деления квадрата скорости двигателя ня тормозной момент .

Одн: ко это устройство имеет сложную конструкцию. В нем использованы, помимо дя".чиков тока, скорости и положения, датчики статического момента двигателя и датчик малых ряссоглясований.Для вычисления тормозного пути использованы блок умножения и блок деления, имеющие в практическом исполнении ограниченную точность.

Невысока точность и датчика статического момента, ряботеющего по косвенному принципу. Не учитывается также инерци» онность системы регулирования скорости.

Управление отреботкой перемещения про- >s водится в функции задания момента двигателя, который одинаков при пуске и торможении двигателя. Между тем, можно увеличить тормозной момент двигателя и сократить время отработки ошибки. Дян- 2о ное обстоятельство свидетельствует о недостаточном использовании функциональных возможностей устройства.

Цель изобретения - повышение быстродействия, точности и расширение функцио- 25 нальных возможностей электроприводя.

Зто достигается.тем, что в .устройстве дополнительно установлены четыре реле, блок выделения модуля, первый и второй источники напряжения, первый и второй интеграторы с зоной ограничения, выпрямитель, модель, инвертор и второй сумматор, причем первое реле соединено с выходом блока задания перемещения. Выход первого сумматора соединен со вхо- Э5 дом регулятора положения через размыкающий контакт второго реле и со входом блока выделения модуля, выход которого соединен со вторым реле и с первым входом второго сумматора, второй вход кото- 40 рого соединен с выходом модели, а его выход соединен с четвертым реле. Первые выходы первого и второго источников напряжения через замыкающий контакт второго реле соединены с шиной нулевого 45 потенциала. Второй выхед первого источника напряжения через размыкающий кон» такт четвертого реле соединен с первым входом первого интеграторе с зоной ограничения, выход которого соединен с третьим входом регулятора скорости через последовательно включенные выпрямитель и параллельно соединенные размыкающий контакт первого реле и замыкающий контакт первого реле и инвертор. Второй вы- 5 ход второго источника напряжения через замыкающий контект четвертого реле соединен со вторым входом первого интегря5 торя с зоной ограничения и со входом второго интегратора с зоной ограничения, выход которого соединен с третьим реле и через размыкающий контакт третьего реле со входом модели.

Функциональная схема устройства приведена на чертеже.

Устройство состоит из системы регулирования положения 1, в которую входит система регулирования скорости 2, узла задания скорости 3 и узла вычисления тормозного пути 4. Система регулирования скорости 2 состоит иэ регуляторе скорости 5, регуляторе тока 6, усилителя мощности 7, электродвигателя постоянного токе 8, датчика тока 9 и кинематически связанного с валом двигателя датчика скорости 10. Система регулирования 1 положения содержит систему регулировения скорости 2, регулятор положения 11, первый сумматор 12, блок задания перемещещения 13 и датчик положения 14. Датчик

14 может быть датчиком прямого или косвенного действия. Если используется датчик прямого действия, например, сельсин, то он кинематически связан с валом двигателя 8. Под датчиком косвенного действия имеется в виду интегратор, вход которого электрически соединен с выходом датчика скорости 10. Узел задания 3 скорости для системы регулирования 2 состоит и первого реле 15, блока выделения модуля 16 и второго реле 17. Выход первого сумматора 12 связан с регулятором положения 11 через размыкающий контакт

18 реле 17. Пень обратной связи регулятора скорости 5 содержит резистор и конденсатор, который шунтирован разм.=икающим контактом 19 реле 17. Кроме того, в состав узла задания скорости 3 входят источники напряжения 20 и 21, первые выходы которых соединены через замыкеющий контакт 22 реле 17 с шиной нулевого потенциала 23, первый интегратор с зоной ограничения 24, выпрямитель 25 и инвертор 26. Узел вычисления тормозного пути 4 состоит из второго интегратора с зоной ограничения 27, третьего реле 28, модели 29 системы регулирования положения 1, которая через размыкакоций контакт 30 реле 28 соединена с блоком 27 и через сумматор 31 с четвертым реле 32. Интеграторы с зоной ограничения 24 и 27 имеют входные регулируемые резисторы 33, 34 и 35. Источник напря-. жения 20 связан через контакт 36 реле

32 с резистором 33. Источник напряжения 21 связан через контакт 37 реле 32

7 143 с1о

5 с резистором 34 и непосредственно с резистором 35. В узле задания скорости 3 выход блока 24 через выпрямитель 25 и параллельно соединенные контакт 38 реле 15 и контакт 39 реле 15 и инвертор 26, связан с третьим входом регулягора скорости 5.

Устройство работает следующим образом.

При наличии сигнала от блока задания 10 перемещения 13 возможны режимы работы при большой и малой ошибке.

При отработке большой ошибки, реле

17 срабатывает, твк как оно получает большой снгнал от блока выделения моду-15 ля 16. Реле 17, срабатывая, своим контактом 18 выводит из работы регулятор положения 11. B этом режиме ошибка по положению отрабатывается системой регулирования скорости 2, в которой нв тре-" 20 тий вход регулятора скорости 5 поступвет задающий сигнал по скорости от первого интегратора с зоной ограничения 24.

Сигнал на выходе блока 24 формируется так, Контакт 22 реле 17 замыкается и

25 от источи,,кя напряжения 20 через замкнутый контакт 36 поступает напряжение положительной полярности ступенчатой формы на резистор 33. При этом выходное напряжение блока 24 увеличивается по лине й30 ному закону. Оно подается через выпрямитель

25 и контакт 38 ня третий вход регуляторе скорости 5. Регулятор 5 работает как пропорционалыю-интегральное звено, поскольку контакт 19 реле 17 разомкнут. З5

Происходит пуск двигателя 8 и начинается отработке ошибки по положению. Одновременно с пуском двигателя в узле вычисления тормозного пути 4 моделирует40 ся сигнал, пропорциональный тормозному пути в будущем. Напряжение от источника напряжения 21 поступает через резистор 35 на вход второго интегрвтора с зоной ограничения 27, не выходе которого

45 напряжение изменяется по линейному закону. Это напряжение, пройдя через модель 29, пропорционально тому тормозному пути, который будет отрабатываться двигателем 8 в будущем. Далее нвпряже50 ние блока 24 достигает насыщения, и ошибка отрвбатыврется системой регуJAl» рования 2 при постоянной скорости двигателя 3. Когда в узел 4 напряжение блока

27 достигает наибольшего значения, рав55 ного величине насыщения, срабатывает реле 28, которое своим контактом 30 от1 ключяет выход блока 27 от входа модели

29. После этого выходное няпвяжение мо6 дели 29 остается неизменным, оно представляет няибольшой тормозной путь двигателя 8. В сумматоре 31 сравнивается сигнал модуля фактической ошибки по положению с выхода блока 16 с сигналом тормозного пути модели 29. Когда эти сигналы сравниваются, сработает реле

32, которое размыкает свой контвкт 36 и замыкает контакт 37. Не вход блока

24 через резистор 34 поступает отрица» тельное напряжение от источника 21. Выходное напряжение блоке 24 уменьшается по линейному закону, а двигатель 8 переходит в режим торможения. Выпрямитель

25 обеспечивает однополярность напряжения от блока 24. Таким обрезом, от блоке 24 подается на систему регулирования

2 напряжение трапецеидальной формы (при меньшей ошибке - треугольной формы).

Так как регулятор скорости 5 в этом режиме является звеном пропорциональноинтегрального действия, то система 2 точно отрабатывает задание по скорости от блока 24 независимо от изменения нагруз ки на валу двигателя 8. При треугольном графике скорости процесс протекает аналогично. В конце торможения напряжения от блока 24 спадает до нуля и ошибка уменьшается настолько, чтсреле 17 отключается и контактом 22 выводит узел 3 из работы и вводит в действие контур положения: замыкая свой контакт 18, подключает регулятор положения 11 к выходу сумматора 12, контакт 19 этого реле земыкается, и регулятор скорости 5 превращается в пропорциональное звено. Ошибка регулирования плавно спадает до нуля, система регулирования 1 имеет астатизм по ошибке. На этом цикл позиционирования заканчивается. Нв выходах блоков 24 и 27 формируется однополярное напряжение.

Для изменения полярности напряжения на третьем входе регулятора скорости 5 при изменении полярности сигнала от блока задания перемещения 13 служит реле 15: при изменении полярности реле 15 срабя» тывает и подает напряжение от блока 24 через выпрямитель 25, контакт 39 и инвертор 26 (передаточное отношение инвертора 26 равно минус единице).

B устройстве осуществляется рездель нвя регулировка интенсивности процессов пуске и торможения двигателя 8 с помощью резисторов 33 и 34, которые осуществляют угол наклона напряжения блока 24 и тем самым величины пускового и тормозного моментов двигателя 8. Это расширяет функциональные возможности

714352 устройстве. Например, при наличии моменте сопротивления на валу двигателя тормозной электрический момент можно выбрать большим, чем пусковой момент и тем самым увеличить быстродействие устройства по отработке ошибки, При отработке трапецеидального или треугольного графика скорости регулятор скорости 5 работает как пропорционально-интегральное звено, а система регулирования скорости 2 - кек ли-10 нейная система. В результате этого система 2 точно отрабатывает график скорости от блоке 24 независимо от действия нагрузки и других возмущений при большой интенсивносги процессов. Систе- 15 ме регулирования положения l, имеющей пропорционально-интегральный регулятор положения и пропорциональный регулятор скорости (такое сочетание регуляторов обеспечивает приемлемое быстродействие 20 с астатизмом первого порядка по ошибке) остается плавно свести малую ошибку к нулю в каждом цикле перемещения. Тормозной путь, вычисленный узлом 4, точно определяет момент начала торможения. >5

Блоки 24 и 27 имеют идентичные параметры, движки их патенциометров 34 и

35 механически связаны. Поэтому полностью исключаются случаи дотягивания и перерегулировения по перемещению. Имеет место оптимальная (возможно быстрая) отработка перемещения любой величины.

Настройка устройства проводится только двумя элементами-резисторами 33 и 34.

В системы регулирования 1 и 2 не вчо- 55 сятся пульсации. Модель системы регулирования 29 описывает свойства системы

i. Найдено, что ее рациональным исполнением является интегратор, описывающий передаточную функцию участка "скорость двигателя - перемещение исполнительного механизма . В тех случаях, когда нежелательна или невозможна установке отдельного детчика положения 14, он может быть выполнен в косвенном виде — как ин- 5

45 тегратор напряжения датчика скорости 1О.

Это может иметь место, например, при отработке перемещения неопределенно большой величины.

Формула изобретения

Устройство для управления позиционным электроприводом, содержащее последовательно соединенные регулятор скорос55 ти и регулятор тока, второй вход которого соединен с датчиком токе, усилитель мощности, выходы которого непосредственно и через датчик тока соединены с входеми электродвигятеля вел которого кин0 магически связан с датчиком скорости, и датчик положения, связанный с датчиком скорости, выход которого соединен с первым входом регуляторе скорости, выход датчике положения соединен с первым входом первого сумматора, другой вход которого соединен с блоком задания перемещения, и регулятор положения, выход которого соединен со вторым входом регулятора скорости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и расширения функционалг ных возможностей злектропривода, в нем установлены четыре реле, блок выделения модуля, первый и второй источники напряжения, первый и второй ийтегреторы с зоной ограничения, выпрямитель, модель, инвертор и второй сумматор, причем первое реле соединено с выходом блока задания перемещения, выход первого сумматора соединен со входом регулятора положения через размыкающий контакт второго реле и со входом блока выделения модуля, выход которого соединен с вторым реле и с первым входом второго сумматоре, второй вход которого соединен с выходом модели, à его выход соединен с четг:ертым реле, первы.. выходы первого и втор< го источников напряжения через замыкающий контакт второго реле соединены с шиной нулевого потенциале, второй выход первого источнике напряжения через размыкающий контакт четвертого реле соединен с первым входом первого интегратора с зоной огреничения, выход которого соединен с третьим входом регулятора скорости через последовательно включенные выпрямитель и параллельно соединенные размыкающий контакт первого реле и замыкающий контакт первого репе и инвертор, второй, выход второго источника напряжения через замыкающий контакт четвертого реле соединен со вторьгм входом первого интеграторе с зоной ограничения и со входом второго интеграторе с зоной ограничения, выход которого соединен с третьим репе и через размыкающий контакт третьего реле со входом модели.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев Е. Q., Неймарк В. Е„Пистрек М. Я. и Слеженовский О. В. Управление вентильнымн злектроприводеми постоянного токе", М.; Энергия, с. 83-84.

2. Авторское свидетельство СССР

М 528542, М.Кл. (05 В 7/ОО, 1973 (прототип).

714352

Составитель Г. Нефедова

Редактор А. Виноградов Техред M. Петко Корректор Т. Скворцова

Заказ 9286/44 Тираж 956 Подлисное

UHMHHN Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгородом ул. Проектная, 4