Устройство для управления электро-приводом

 

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 060879 (21) 2807165/24-07 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.81. Бюллетень 89 24

«»843140

Ф

J (51)М. K„3

Государстаеииый комитет

СССР. по делам изобретеиий и открытий

Н 02 Р 5/06 (53) УДК 62-83 Ф 621.

314 5(088 8) Дата опубликования описания 3006В1 (72) Авторы

В.А, Борцов, В.В. Путов, Н.Д. Поляхов, Г.A. Антонов, Л. Брагилевский, В.Б. >ильберштейн и Й.П. Мнацаканова (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к регулируемому электроприводу постоянного и переменного тока и предназначено для систем управления электропрнводов, регулируемых по скорости, положению и току.

Известно устройство, содержа>аее операционные усилители и узел управляемого ограничителя уровня напряжения и тока, на которых выполняются системы управления регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока, построенные по принципу подчиненного регулирования

Г13.

Недостатками известного уСтройсъ ва являются невозможность достижения предельного быстродействия электропривода с сохранением устойчивости, особенно в условиях изменения его параметров и характеристик, а также низкая надежность, малая помехоустойчивость, значительные габариты и материалоемкость, что свя-. зано с использованием большого количества дискретных элементов (резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов), большой длиной проводников, используемых для связи элементов и узлов устройства, на« личием переходных разъемов, необходимых для взаимосвязи функциональных устройств системы управления, и значительными напряжениями помех, возникавшими на шинах питания в свя.зи с импульсным характером потребления тока от обших.источников в ,системе управления электропривода.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления электроприводом, содержа>чее последовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматор и масштабный усилитель с узлом or15 раничения напряжения, выполненные на операционных:усилителях с цепями коррекции на микрокойденсаторах и тонкопленочных резисторах, подключенными к прямому, и инверсному вхо20 дам каядого операционного усилителя (2).

Недостатком этого устройства. являются недостаточное быстродействие и нарушение устойчивости в условиях широкого изменения пара, метров и характеристик электропривода, например,, при подключении к ,,устройству разных по мошности дви гателей, при работе в ре>киме пре3О рывистых токов и при малых уровнях

843140

30 напряжения управления, а также от действия возмущений по нагрузке.

В этих условиях известное устройство должно иметь различные настройки, осуществляемые с помощью подключения в качестве цепей коррекции внешних элементов (конденсаторов и резисторов), которые предварительно расВ считываются и экспериментально уточняются, что связано с увеличением объема пуско-наладочных работ.

Цель изобретения — повышение быстродействия при обеспечении устойчивости в условиях широкого изменения параметров и характеристик электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержацее последовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумглатор и масштабный усилитель с узлом ограничения уровня напряжения, дополнительно снабжено нелинейным элементом, а также последовательно соединенными эталонной моделью электропривода и блоком формирования сигнала ошибки, выход которого подключен ко второму входу масштабного усилителя; ме:хду выходом, масштабного усилителя и его третьим входом включен нелинейный элемент, входы эталонной модели и первого сумматора . объединены и являются входом устройства, вторые входы первого сумматора, блока формирования сигнала ошибки и второго сумматора объединены и являются вторым входом устройства, выход второго сумматора соединен с третьим входом первого сумглатора, выход масштабного усилителя является выходом устройства, управляющий вход нелинейного элемента соединен с третьим входом устройства, а общие точки эталонной модели, блока формирования сигнала ошибки, масштабного усилителя, первого и второго сумматора и интегратора объединены и служат общим выводогл устройства.

Кроме того, устройство отличается тем, что в негл эталонная модель выполнена н виде, пассивного RC-фильтра на ToíêÜïëåío÷íoì резисторе и микроконденсаторе.

В устройстве масштабный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включены встречно-последовательно соединенные база-эмиттерные переходы бескорпусных транзисторов.

Нелинейный элемент в устройстве выполнен в виде двух параллельных цепей, одна из которых содержит последовательно включенные резисторы, общая точка которых является управляющим входом нелинейного элемента, а вторая содер>хит резистор и два встречно-параллельна соединенных

55 еО !

65 база-эмиттерных перехода бескорпусных транзисторов.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2 принципиальная схема.

Устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные эталонную модель 1, блок 2 формирования сигнала ошибки, масштабный усилитель 3 с узлом ограничения уровня напря- жения и нелинейный элемент 4, выход которого соединен со вторым входом масштабного усилителя 3, а также последовательно соединенный первый сумматор 5, интегратор 6 и второй сумглатор 7, выход которого подключен к объединенным входам масштабного усилителя 3 и первого сумматора 5. Кроме того, вход эталонной модели 1 и второй вход первого сумматора 5 объединены и являются первым входом 8 устройства, первые входы блока 2 формирования сигнала ошибки и второго сумматора 7 объединены с третьим входом первого сумматора 5 и являются вторым входом 9 устройства, выход масштабного усилителя 3 подключен к выходу 10 устройства, второй регулировочный вход линейного элемента 4 является третьим входом 11 устройства, а общие точки эталонной модели 1, блока

2, усилителя 3, сумматора 5, интегратора б и второго сумматора 7 объединены и являются общим выводом устройства.

Устройство реализовано в соответствии с принципиальной схемой (фиг.2) и содержит операционные усилители с цепями коррекции, выполненными на микросхемах, и связи, выполненные на тонкопленочных резисторах и микроконденсаторах.

Устройство работает следуг>щим образом.

Задающий сигнал, поступающий на вход 8 и являющийся одновременно управляющим сигналом для регулируемого электропривода, подается на эталонную модель 1, реализованную в виде пассивного фильтра на тонкопленочном резисторе 12 и микроконденсаторе 13. На выходе эталонной модели (средняя точка между резистором 12 и микроконденсатором 13) формируется сигнал, соответствующий устойчивому с предельным быстродействием переходному процессу в электроприводе при стандартном (скачкообразном) воздействйи. Одновременно с этим поступающий на вход 9. регулируемый сигнал, пропорциональный выходной координате электропривода (скорости), взятой с противойоло..хным знаком, подается через рези<тор 14 вместе с выходныгл сигналом эталонной модели, поступающим через резистор 15, на инверсный вход опе843140

6$ рационного усилителя 16, реализующе го блок 2 формирования сигнала ошибки, на выходе которого оценивается сигнал рассогласования между эталонным переходным процессом, вырабатываемым моделью 1, и реальным переходным процессом электропривода. Сигнал на выходе блока 2 формирования сигнала ошибки своей формой, длительностью и амплитудой характеризует степень отклонения реального переходного процесса от эталонного и его устойчивость при широком изменении параметров и характеристик электропривода, например, при изменении до десяти и более по кратности момента инерции двигателя при его замене, что приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления в контуре регулирования выходной координаты, а также при работе в режиме прерывистых токов и при изменении нагрузки. Далее сигнал с выхода операционного усилителя 16 подается через резистор 17 на инверсный вход операционного усилителя 18, реализующего блок масштабного усилителя 3 с узлом ограничения уровня напряжения, выполненного на паре встречно-последовательно соединенных база-коллекторных переходах бескорпусных транзисторов 19 и 20, подобранных так, чтобы установить уровень ограничения напряжения пять-семь В. Кроме того, в обратную связь операционного усилителя 18 включен. нелинейный элемент 4, содержащий (две) цепи. Одна из них выполнена на паре встречно-параллельно соединенных база-эмиттерных переходах бескорпусных транзисторов 21 и 22, образующих вместе с тонкопленочным резистором 23 первую цепь обратной связи усилителя 18. Вторая цепь обратной связи образована резисторами 24 и 25, средняя точка которых подключена к регулировоч-. ному входу 11. Нелинейный элемент 4 обуславливает зависимость коэффициента усиления масштабного усилителя от уровня входного сигнала, обеспечивая на малых уровнях (до одного В) очень большой коэффициент усиления (более 200), подготавливаемый цепью на резисторах 24 и 25 и подключенным между регулировочным входом 11 и общим проводом внешним регулируемым резистором, а при уровнях входного сигнала от одного В до ограничения — на порядок меньший коэффициент усиления, обеспечиваемый резистором 23.

Однако вырабатываемый масштабным усилителем (операционный, усилитель

18) сигнал, подаваемый на выход 10, еще не является окончательно сфор-. мированным для управления электропри.водом путем осуществления согласования его реального переходного процесса с эталонным. Это происходит потому, что регулируемый электропривод, как система управления, имеет порядок, не ниже второго, и введение выработанного масштабным усилителем 3 на вход, электропривода не обеспечивает устойчивого согласования переходным процессом в электроприводе с движением, предписываемым эталонной моделью 1. Поэтому существенным является то, что кроме вновь введенных эталонной модели 1, блока 2, нелинейного элемента 4 ввод>.тся новые связи для вырабатывания с помощью первого сумматора 5, интегратора 6, второго сумматора 7 дополнительного сигнала к сигналу ошибки рассогласования, вырабатываемому блоком 2 формирования сигнала ошибки. Лля этого выход операционного усилителя 26, реализующего сумматор 7, через тонкопленочный резистор 27 подключен к инверсному входу операционного усилителя 28, реализующего первый сумматор 5. Образующийся из первого сумматора 5, интегратора 6, второго сумматора 7 замкнутый контур с включенным в него интегратором 6, реализованным на операционном усилителе 29 с емкостной обратной связью на микроконденсаторе 30, является фильтром первого порядка. На вход этого фильтра через тонкопленочные резисторы 31 и 32, подключенные к инверсному входу операционного усилителя 28 первого сумматора 5, поступают соответствен-. но задающий сигнал от входа 8 и регулируемый сигнал от входа 9, причем резисторы 31 и 32 подбираются так, чтобы сигналы были одинаковыми по величине после затухания переходных процессов в электроприводе и противоположны по знаку. Кроме того, через тонкопленочный резйстор 33 регулируемый сигнал от входа 9 подается на инверсный вход операционного усилителя 26 второго сумматора 7. В результате на выходе второго сумматора 7 вырабатывается сигнал, пропорциональный скорости изменения сигнала ошибки рассогласования реального и эталонного процессов. Выработанный вторым сумматором 7 сигнал с выхода операционного усилителя 26 подается через тонкопленочный резистор 34 на инверсный вход операционного усилителя 18 масштабного усилителя 3 и суммируется с сигналом ошибки рассогласования, вырабатываемым операционным усилителем 16 блока 2 формирования сигнала ошибки, как было описано выше.

Масштабный усилитель 3 с нелинейным элементом 4 обрабатывает полученную сумму сигналов таким образом, что при поступлении выходного сигнала операционного усилителя 18

843140 масштабного усилителя 3 через выход 10 устройства на вход регулируемого электропривода, последнему обеспечивается устойчивое согласование реального переходного процесса с эталонным процессом с максимально возможным -по энергетическим ресура@м источников питания быстродей ствием при широких изменениях па,раметров и характеристик.

Формула изобретения

1. Устройство.для управления электроприводом, содержащее последовательно соединенные первый сумматор интегратор, второй сумматор и масштабный усилитель с узлом ограничения уровня напряжения, о т л-и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при обеспече- 20 нии устойчивости в условиях широкого изменения характеристик электропривода, оно дополнительно снабжено нелинейным элементом, а также последовательно соединенными эталонной р моделью управляемого электропривода и блском формирования сигнала ошибки,выход которого подключен ко второму входу масштабного усилителя, между щаходом масытабного усилителя и его „ третьим входом включен нелинейный зле мент, входы эталонной Модели и первого сумматора объединены и являются первым входом устройства, вторые входы первого сумматора, блока формирования сигнала ошибки и второго сумматора объединены и являются вторым входом устройства, выход второго сумматора соединен с третьим входом первого сумматора, выход масштабного усилителя является выходом 40 устройства, управляющий вход нелинейного элемента соединен с третьим входом устройства, а общие точки эталонной модели, блока формирования сигнала ошибки, масштабиого усилителя, первого и второго сумматора и интеграторы объединены и служат общим выводом устройства.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что эталонная модель выполнена .в виде пассивного

RC-фильтра на тонкопленочном резисторе и микроконденсаторе.

3. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что масштабный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включены встречно-последовательно соединенные база-эмиттерные переходы бескорпусных транзисторов.

4. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что нелинейный элемент выполнен в виде двух параллельных цейей,одна из которых содержит последовательно включенные резисторы, общая точка которых является управляющим входом нелинейного элемента, а вторая содержит резистор ,и два встречно-параллельно соединенных база-эмиттерных перехода бескор пусных транзисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев E.Ä., Неймарк В.E., Пистрак М.Я., Слежановский О.В.

Управление вентильными электроприводами постоянного тока. М., "Энергия", 1970, с. 76-83, 98.

2.Технический проект ВНИИЭлектропривод ОЛА 127072 (78083794), 1978, с. 24-27 °

843140

Составитель В. Кузнецова

Редактор И. Лысогорова Техред А,йч корректор С. 1 омак

Подписное

Эаказ 5157/77 Тирак 730

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нэобретений и открытий

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

ЮЮЮ

Филиал ППП " .атент", г.уигород, ул.Проектная, 4