Устройство для регулирования частоты вращения электропривода постоянного тока

 

О п И С А Н И Е (11,731538

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со(оз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.03.77 (21) 2466357/24-07 с присоединением заявки № (51) М. Кл.в

Н 02Р 5/06 по делам изобретеиий (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (53) УДК 621.316.718. .5 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (72) Автор изобретения

В. Я. Ткаченко (71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерностроительный институт имени В. В. Куйбышева (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

ВРА1ЦЕНИЯ ЭЛЕКТРОПPИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА

ГосУааРствениый комитет (23) Г1риоритет

Изобретение относится к электроприводам и предназначено для управления электроприводами постоянного тока с нежесткой кинематической передачей от двигателя к механизму.

Известно устройство для регулирования электропривода постоянного тока, в котором механизм соединен с двигателем упругой связью, содержащее установленные на валу двигателя и валу механизма тахогенераторы, выходы которых через элемент суммирования соединены со входом системы управления приводом (1), Такое включение тахогенераторов обеспечивает демпфирование колебаний электропривода, однако при этом уменьшается быстродействие, особенно при низкой собственной частоте колебаний электропривода, а влияние оборотных пульсаций тахогенераторов, которые могут достигать 9%, затрудняет использование этого устройства.

Кроме того, установка тахогенератора на валу механизма для многих электропрпводов затруднена.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и по достигаемому результату является устройство для регулирования частоты вращения электропривода постоянного тока, двигатель которого связан с механизмом упругой кинематической передачей, содержащее последовательно включенные регулируемый преобразователь, питающий двигатель, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря, фильтр и регулятор частоты вращения двигателя с подключенным к его входу датчиком частоты вращения (2).

Такое устройство с фильтром, включенным между регуляторами частоты вращения и

10 тока якоря, обеспечивает демпфирование колебаний только при токе якоря двигателя, меньшем предельного, а прп минимальном значении тока не оказывает демпфирующего воздействия. Это делает его неэф(5 фективным для электропрпводов с частымп и длительными режимами разгона, торможения и реверса, когда ток якоря достигает максимального значения. Кроме того, устройство увеличивает время регулирования, что снижает быстродействие электропривода, особенно при низкой частоте относительных колебаний масс двигателя и механизма.

Цель изобретения — уменьшение колебаний электропривода и времени регулирования.

Это достигается тем, что в устройство для регулирования частоты вращения электропривода постоянного тока, двигатель

ЗО которого связан с механизмом упругой ки731538

15 ТР д м

1-+- P

Ктр (д + . м) PM =20 нематической передачей, содержащее последовательно включенные регулятор частоты вращения двигателя с подключенными к его входу задатчиком и датчиком частоты вращения, регулятор тока якоря с подключенным к его входу задатчиком и датчиком частоты вращения, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, питающий двигатель, введены последовательно включенные инерционные звено первого порядка, нелинейный элемент с параболической характеристикой, блок суммирования и нелинейное звено с зоной нечувствительности, а также интегрирующее звено, блок ограничения и операционный усилитель с равным единице коэффициентом усиления по первому входу и превышающим его по меньшей мере на порядок коэффициентом усиления по второму входу, причем указанный операционный усилитель включен первым входом и выходом между регулятором частоты вращения и регулятором тока якоря, второй его вход соединен с выходом нелинейного звена, а в цепь его обратной связи включен блок ограничения, входы инерционного звена соединены с выходами датчика тока якоря, интегрирующего звена и источника сигнала, пропорционального моменту сопротивления механизма, а входы блока суммирования— с выходами регулятора частоты вращения и интегрирующего звена, вход которого как и вход регулятора частоты вращения соединен с выходом инерционного звена.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство для управления электроприводом, в котором двигатель 1 соединен с механизмом 2 упругой кинематической передачей 3, содержит питающий двигатель регулируемый преобразователь 4, включенный на его входе регулятор 5 тока якоря с датчиком 6 тока якоря, а также регулятор

7 частоты вращения с подключенным к его входу датчиком 8 частоты вращения. Между выходом регулятора 7 и входом регулятора 5 включен операционный усилитель 9 с равным единице коэффициентом усиления по первому входу, подключенному к выходу регулятора 7, и превышающим его на порядок коэффициентом усиления по второму входу, подключенному к выходу последовательно соединенных нелинейного звена с зоной нечувствительности 10 и блока 11 суммирования. В цепи обратной связи операционного усилителя 9 включен блок

12 ограничения. Ко входу блока 11 суммирования подключены выход регулятора 7, выходы введенных в устройство интегрирующего звена 13 и через нелинейный элемент 14 с параболической характеристикой — инерционного звена 15 первого порядка, выход которого подключен также ко входам интегрирующего звена 13 п ре25

65 гулятора 7, а к его входу подключены выходы датчиков 6, интегрирующего звена 13, а также источник 16 сигнала, пропорциональный моменту М, сопротивления механизма.

Устройство работает следующим образом.

Инерционное звено 15 обеспечивает получение на его выходе сигнала, пропорционального скорости РМ,, изменения момента Afy в упругой кинематической передаче, если его параметры выбрать в соответствии с выражением, определяющим зависимость этой скорости от выходных величин этого звена

)< ™ К„l+ Л, — My где У„, Մ— моменты инерции двигателя и механизма;

С, К,р — жесткость и коэффициент трения кипематической передачи;

i — ток двигателя;

ʄ— коэффициент пропорциональности.

Так как выход инерционного звена 15 соединен с входом интегрирующего звена 13, то на выходе последнего получаем сигнал, пропорциональный величине момента М,, в упругой кинематической передаче. Звенья

13 и 15 легко могут быть выполнены с помощью решающих усилителей. С помощью блока 11 сравнивается выходной сигнал регулятора 7, определяющий требуемое в соответствии с выполняемым режимом управления значение момента в упругой кинематической передаче, с его фактическим значением, поступающим с выхода интегрирующего звена 13, с учетом скорости его изменения, определяемой выходным сигналом инерционного звена 15 и поступающей на вход блока 11 через нелинейный элемент 14.

В случае малых значений получающегося в результате такого сравнения выходного сигнала блока 11, лежащих в пределах зоны нечувствительности нелинейного звена 10, на второй вход операционного усилителя 9 сигнал не поступает, и устройство работает как обы шая система подчиненного регулирования частоты вращения и тока якоря двигателя, что обеспечивается выбором коэффициента усиления операционного усилителя 11 по первому входу, подключенному к выходу регулятора 7, равного единице, и выбором ограничения выходного напряжения этого усилителя, осуществляемого блоком ограничения 12 таким же, как у регулятора 7.

Если выходной сигнал блока 11 по модулю больше зоны нечувствительности нели731538 Ис ((> м макс

J, нейпого звена 10, причем момент в упругой кинематической связи с учетом дополнительного сигнала, зависящего от скорости его изменения, меньше выходного сигнала регулятора 7, то сигнал на втором входе операционного усилителя 9 добавляется к сигналу, поступающему на первый вход этого операционного усилителя с выхода регулятора 7 и вследствие большого коэффициента усиления по второму входу быстро увеличивает выходной сигнал операционного усилителя 9 до максимального значения, обеспечивая максимальное задание величины тока якоря и тем самым максимальную скорость отработки рассогласования. При возникновении такого рассогласования по моменту в упругой связи в режиме разгона, когда регулятор частоты вращения находится в зоне ограничения, и поэтому и операционный усилитель 9 находится на границе этой же зоны, дополнительный сигнал на втором входе операционного усилителя 9 практически не изменяет движения электропривода, так как блок 12 исключает возможность дальнейшего увеличения выходного сигнала операционного усилителя 9.

При изменении знака выходного сигнала блока 11, поступающего на второй вход операционного усилителя 9, этот сигнал вычитается из сигнала, поступающего на первый вход операционного усилителя 9 с выхода регулятора 7, и вследствие большого коэффициента усиления по второму входу меняет знак выходного напряжения операционного усилителя 9 и доводит его до максимального значения, обеспечивая уменьшение рассогласования с максимальной скоростью (знак и величина выходного напряжения регулятора 7 при этом могут пе изменяться, например, в режиме разгона).

При новом изменении знака выходного сигнала блока 11 процесс повторяется до сведения рассогласования к достаточно малой величине, определяемой зоной нечувствительности нелинейного элемента 10.

Благодаря высокому коэффициенту усиления по второму входу операционного усилителя 9 изменение величины и знака его выходного напряжения близко к релейному, характерному для оптимального по быстродействию управления, а введение нелинейного элемента 14, имеющего параболическую характеристику, в цепь сигнала, пропорционального скорости изменения момента в упругой кинематической передаче, позволяет сформировать функцшо переключения этого сигнала, близкую к оптимальной. Благодаря этому обеспечивается высокая эффективность демпфирования колебаний и повышается быстродействие, способствующее уменьшению времени регулирования. В то же время сохранение небольших зон пропорционального управле5

ЗО

65 ния (вследствие конечного значения коэффициента усиления операционного усилителя 9) и нечувствительности нелинейного звена 10 позволяет исключить характерные для идеального оптимального управления автоколебания в зоне установившегося режима.

Дополнительное подключение выхода инерционного звена 15 ко входу регулятора 7 обеспечивает введение гибкой обратной связи по моменту в упругой кинематической передаче вблизи установившегося режима, когда регулятор 7 выходит из зоны ограничения, что обеспечивает стабилизацию электропривода в этом режиме. При больших рассогласованнях во время переходных процессов разгона, торможения и реверса эта обратная связь не действует вследствие насыщения в этих режимах регулятора частоты вращения.

Устройство целесообразно применять в электропрпводах, для которых момент сопротивления механизма может быть измерен или известен, а также в случае незначительного влияния момента сопротивления на момент в упругой кпнематической передаче в переходных режимах или малых возможных отклонений этого момента от известного среднего значения (электроприводы испытательных стендов, механизмов для горизонтального перемещения грузов с гибким подвесом, позиционных механизмов с малым моментом сопротивления). При этом наиболее эффективным является это устройство для электроприводов с малым периодом собственных колебаний, сравнимых с длительностью переходных процессов.

Таким образом, изобретение обеспечивает уменьшение колебаний электропривода во всех режимах управления, причем эффективность уменьшения этих колебаний повышается в результате формирования максимально допустимого демпфирующего воздействия на привод при возникновении этих колебаний, что повышает также быстродействие и позволяет уменьшить время регулирования.

Формула изобретен ия

Устройство для регулирования частоты вращения электропривода постоянного тока, двигатель которого связан с механизмом упругой кинематпческой передачей, содержащее последовательно включенные регулятор частоты вращения двигателя с подключенными к его входу задатчиком и датчиком частоты вращения, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, питающий двигатель, о т л п ч а731538

Составитель В, Кузнецова

Редактор В. Фельдман Техред В. Серякова Корректоры: В. Петрова и E. Хмелева

Заказ 756/17 Изд. № 286 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

1о щ е е с я тем, что, с целью уменьшения колебаний электропривода и повышения быстродействия, в него введены последовательно включенные инерционное звено первого порядка, нелинейный элемент с параболической характеристикой, блок суммирования и нелийейное звено с зоной нечувствительности, а также интегрирующее звено, блок ограничения и операционный усилитель с равным единице коэффициентом усиления по первому входу и превышающим его, по меньшей мере, на порядок коэффициентом усиления по второму входу, причем указанный операционный усилитель включен первым входом и выходом между регулятором частоты вращения и регулятором тока якоря, второй его вход соединен с выходом нелинейного звейа, а в цепь

его обратной связи включен блок ограничения, входы инерционного звена соединены с выходами датчика тока якоря, интег5 рирующего звена и источника сигнала, пропорционального моменту сопротивления механизма, а входы блока суммирования— с выходами регулятора частоты вращения и интегрирующего звена, вход которого как

10 и вход регулятора частоты вращения соединен с выходом инерционного звена.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Франции № 2260224, кл. Н 02р

15 6/00, 1975.

2. журнал AEG, Telefunken, Technislhe

Mitteilungen, т. 60, № 6, 1970, с. 369 — 372.