Устройство для управления приводом

 

САНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

O П--И Союз Советских

Социалистических

Республик о>796794

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 12. 07. 78 (21) 2674297/18-24 с присоединением эаявни ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.01,81. Бюллетень ¹ 2

Дата опубликования описания 170181 (я)м, к .

G 05 D 5/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 62 — 50. (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Воробьев, Е. Н. Лившиц, В. Е. Неймарк и В. Р. Фишбейн (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ

Изобретение относится к управлению позиционным электроприводом, осуществляемому с помощью замкнутой системы подчиненного регулирования, и может быть использовано для приводов, выттолняющих перемещение рабочих органов механизмов на заданную величину, как, например, приводы нажимных винтов, линеек, подъемных столов и других подобных механизмов прокатных станов.

Известна система, осуществляющая способ управления позиционным электроприводом, которая содержит каскадно включенные регуляторы ток@, скорости вращения и положения и блок задания перемещения, причем на входе регулятора положения сравниваются сигналы заданного и действительного значения позиции, а выходной сигнал этого регулятора, являясь заданием скорости вращения электропривода, сравнивается на входе регулятора скорости с сигналом действительной скорости вращения. Регулятор скорости помимо регулирования этого параметра осуществляет также. ограничение ускорения двигателя на заданном уровне за счет избыточного сигнала задания скорости, и, таким образом, регулиро- 3< вание перемещения рабочего органа производится прн равноускоренном движении злектропривода на участках разгона и торможения.

При этом основная функция регулятора положения состоит в определении момента начала торможения из условия наиболее быстрой отработки заданного перемещения при заданном ускорении, без перерегулирования $1)

Недостатком этой системы с линейным регулятором положения является относительное увеличение времени отработки перемещений рабочего органа, меньших настроечного, обусловленное тем, что в этом случае коэффициент усиления регулятора оказывается ниже того, который требуется для осуществления данного перемещения за минимальное время.

В результате этого торможение,начинаясь преждевременно при относительно меньшей скорости, заканчивается экспоненциальным участком (так называемым "дотягиванием"). При этом относительное увеличение времени отработки перемещения получается тем большим, чем меньше это перемещение.

Наиболее близким к изобретению по ,техническому решению является устрой"

796794 ство, содержащее каскадно включенные регулятор скорости, параболический регулятор положения и блок ввода задания перемещения P2$ .

Благодаря параболической характеристике регулятора положения момент начала торможения, определяемый равенством выходного сигнала регулятора положения, пропорционального квад ратному корню иэ остатка пошути, действительной скорости вращения на входе регулятора скорости, соответствует заданному перемещению, чем обеспечивается наименьшее при заданном ускорении время отработки этого перемещения.

Однако поскольку на практике параболическая характеристика реализуется путем аппроксимации параболы линейными участками, припасовываемыми друг к другу и при этом влияющими один на другой, параболический регулятор положзния весьма сложен по устройству и трудоемок в настройке. Это усугубляется необходимостью уменьшения наклона начального участка параболической характеристики для обеспечения монотонности процесса окончания регулирования перемещения .в ли- . нейной зоне работы системы, когда не ограничен нИ-один из параметров злектропривода.

Главный же недостаток параболического регулятора состоит в том, что регулирование перемещения на участке торможения происходит в этом случае практически при отсутствии избыточного сигнала задания скорости, 35 из-за чего точность поддержания заданного значения ускорения при торможении и связанная с этим величина времени отработки перемещения становятся в сильной степени зависимы- 4О ми от стабильности ряда параметров электропривода, таких, например, как напряжение питания, момент сопротивления и др. Этот недостаток усугубляется в случае перехода к цифровым (дискретным) позиционным системам, поскольку здесь начинает сказываться ,и период квантования сигналов.

Таким образом, известное техническое решение не обеспечивает стабильность процесса управления, что ухудшает качество регулирования перемещений и снижает производительность механизма.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия устройства за 55 счет обеспечения стабильности процесса управления при одновременном минимуме времени отработки произвольного перемещения для увеличения производительности механизма. 60

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления приводом, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения, первый сумматор и регулятор положения и последовательно соединенные второй сумматор, регулятор скорости, исполнительный элемент и двигатель, выход которого связан с датчиком положения и датчиком скорости, выходы которых подключены соответственно ко второму входу первого сумматора и первому входу второго сумматора, введены послеqc зательно соединенные блок памяти, функциональный преобразователь, первый селектор и делитель и последовательно соединенные источник постоянного напряжения и второй селектор, выход которого подключен ко входу делителя, первый вход блока памяти соединен со вторым выходом первого сумматора, а второй вход — co вторым выходом блока задания перемещения, второй вход делителя соединен с выходом регулятора положения, а ,выход — со вторым входом второго сумматора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит тиристорный преобразователь 1, питающий якорь двигателя 2, в цепи которого установлен датчик 3 тока, а с валом механически связаны датчик 4 скорости и датчик 5 положения. Преобразователь 1 управляется трехконтурной системой подчиненного регулирования, состоящей из каскадно включенных регулятора 6 тока, регулятора 7 скорости, регулято-.ра 8 положения и блока 9 задания переещения, при этом выходы датчика 3 ока, датчика 4 скорости и датчика 5 положения подключены соответственно к входам регулятора 6 тока, регулятора 7 скорости и регулятора 8 положения через третий 10, второй 11 и первый 12 сумматоры соответственно.

Между сумматором 11 и выходом регулятора 8 положения включен делитель

13.

Источник 14 постоянного напряжения подключен к второму селектору 15Ä блок 16 памяти соединен с функциональным преобразователем 17, выход которого подключен к первому селектору 18. Сумматор 10, регулятор 6 тока, тиристорный преобразователь 1 и датчик 3 тока, образуют исполнительный элемент 19.

Сущность управления позиционньм электроприводом состоит в том, что выходной сигнал регулятора 8 положения, имеющего коэффициент усиления, пропорциональный отношению заданного значения ускорения Е к максимальной скорости вращения ь,пс » (4)

" .ъ. с помощью делителя 13 увеличивают в 1/ Я раз, где

%= † — относительное значение иаьВ плох

796794 чальнОго рассогласования по положению, 62О f> - 6о — начальное рассогласование по положению; 3З вЂ” заданное перемещение; (— действительное положение механизма в начальный момент регулирования переме

° Е цения " — максимальный путЦ тпткюх разгона и торможения привода. 3 РП (г пр ье,Г, ы

Момент начала торможения в данной системе определяется равенством нулю результирующего сигнала на входе регулятора 7 скорости, т.е. равенством задающего сигнала td сигналу действи3 ,тельной скорости вращения LO, соответствующей моменту начала торможения:

ЗО (>) Ъ нт

Величина рассогласования по положению в момент начала торможения b,E, с учетом выражений (1), (2) и (3) З5 получается равной

Я (4)

Поскольку при равноускоренном движении электропривода регулирование перемещений, меньших настроечного, осуществляется при треугольном графике изменения скорости связь между 5 .полным перемещением, численно равным начальному рассогласованию Ь в, и скоростью вращения Ю, выражается зависимостью

% д Ы„ -, о Е (5) т

Совместное решение (5) и (.4 ) приводит к соотношению

55 нт . дЕ

ñü) представляющему собой условие минимальности времени отработки перемеще- фО ния при равноускоренном движении электропривода.

Для перемещений, больших настроеч.ного, т.е. таких, у которых Ъ у 1, значение сигнала на входе делителя

Этот сигнал, .представляющий собой fp заданное значение скорости вращения

Ш, сравнивают на входе регулятора 7 .скорости с сигналом действительной скорости вращения и)

В этом случае результирующий коэффициент усиления контура регулирования положения, связывающий сигнал(0 с рассогласованием по положению bR, оказывается пропорциональным:

13 становится равным единице, т.е. в этом диапазоне перемещений К

Х6

Рпр рп Ш (r)

Поскольку такие перемещения реализуются при трапецеидальном графике изменения скорости, то в этом случае нт п аи д нт 2 max

HT K 26

Г9) Последнее выражение, так же как и выражение (6 ), является условием минимума времени отработки перемещения, производимого с максимальной скоростью Шпк, поскольку правая часть выражения (9) как раз представляет собой величину тормозного пути для этонизма 2 о в момент образования команды

"пуск", поступающим на вход обратной связи регулятора 8 положения от датчика 5 положения. Сигнал kf о запоминается блоком 16 памяти на весь период отработки заданного перемещения

Выходной сигнал блока 16 памяти, пропорциональный относительному значению начального рассогласования %, поступает на вход функционального преобразователя 17, осуществляющего операцию извлечения квадратного корня иэ . Выходной сигнал этого преобразователя, пропорциональный, при % ) ив поступает через диодный селектор сигналов 18 в качестве делителя на вход делителя 13, на второй вход которого в качестве делимого подан выходной сигнал регулятора 8 положения, имеющего указанный выше неизменный коэффициент усиления,Х

Выходный сигнал делителя 13 поступает в качестве сигнала задания скорости id на задающий вход регулятора 7 скорости, где сравнивается с сигналом действительной скорости вращения, поступающим с датчика 4 скорости.

При 1САо диодный селектор 18 сигналов оказывается запертым, и в ка-. честве делителя на вход делителя 13 подается сигнал 5@ от. источника 14 го случая.

Устройство работает следующим образом., При вводе блоком 9 по команде

"пуск" очередной уставки заданного перемещения 63 на .задающий вход регулятора 8 положения этой же командой

"пуск", поступающей на стробирующий вход блока 16 памяти, производится запись в него информации о начальной величине рассогласования b,5, представляющей собой разность между сигналом заданного значения В и сигналом действительного положения меха796794

2. Там же, с. 89-93 (прототип) Составитель Л. Цаллагова

Редактор П. Бабич Техред С.Мигунова Ко екто Г. Наза ва

Заказ 9767/64 Тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 через диодный селектор 15 сигналов.

Тем самым ограничивается минимальное значение сигнала на делительном входе делителя 13, а, следовательно, максимальная величина результирующего коэффициента усиления Крпр при малых перемещениях (% (%ц), регулирование которых на участке торможения происходит с ускорением, меньшим заданного, т.е. в линейной зоне работы системы.

Ограничение максимальной величины выходного сигнала функционального преобразователя 17 на уровне, равном гдинице, при %; 1 обеспечивает ограничение по минимуму результирующего коэффициента уснления К „ зна- 15 чением, соответствующим выражейию (7), при трапецеидальном графике изменения скорости электропривода.

Предлагаемое техническое решение

Обеспечивает увеличение производитель 2О ности позиционных механизмов за счет повышения стабильности процесса управления при одновременном обеспечении минимального при заданном ускорении времени отработки перемещений.

Это достигается благодаря обеспечению данным техническим решением высокой стабильности поддержания тормозногб тока;, а следовательно, ускс— рения электропривода в режиме торможения.

Формула изобретения

Устройство для управления приводом, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения, первый сумматор и регулятор положения и последовательно соединенные второй сумматор, регулятор скорости, исполнительный элемент и двигатель, выход которого связан с датчиком положения и датчиком скорости, выходы которых подключены соответственно ко второму .входу первого сумматора и пер вому входу второго сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, оно содержит последовательно соединенные блок памяти, функциональный преобразователь, первый селектор и делитель и последовательно соединенные источник постоянного напряжения и второй селектор, выход которого подключен ко входу делителя, первый вход блока памяти ,соединен со вторым выходом первого сумматора, а второй вход — со вторым выходом блока задания перемещения, второй вход делителя соединен с выходом регулятора положения, а выход - со вторым входом второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев Е. Д. и др. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. И., "Энергия", 1970, с. 83-89.