Самонастраивающийся привод

 

(72) Авторы изобретения

Ю. А. Борцов и И. Б. Юнгер

Ленинградский ордена Ленина электротехнический Институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (7!) Заявитель (54) САМОНАСтрЛИВАЮЩИИСЯ ПРИВОД

Изобретение относится к системам, предназначенным для адаптивного управления нестационарным объектом при высоких требованиях к стабильности динамических свойств, качеству обработки внешних возмущений по моменту статических сопротивлений и быстродействию электропривода.

Известно устройство, предназначенное для адаптивного управления неста10 ционарными объектами, в котором сигналы с выхода фильтра и дифференцирующего устройства выходного сигнала поступают по двум шинам в. делитель с памятью, где они делятся один на

1$ другой. Выходной сигнал делителя устанавливает коэффициент передачи устройства согласования $1$.

Недостатком данной системы является предположение об известности входных воздействий и отсутствии низкочастотной переменной составляющей в полезном сигнале обратной связи.

Однако в системах электропривода внешние возмущения по моменту статических сопротивлений являются неизвестными, а в полезном сигнале с выхода датчика скорости присутствует низкочастотная переменная составляющая, которая приводит к снижению быстродействия регулятора скорости из-за появления переменной составляю" щей в токе якоря с частотой пульсаций сигнала обратной связи по скорости. Кроме того, известное устройство отличается сложностью реализации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является самонастраивающийся регулятор для электропривода промышленного механизма, содержащий первый фильтр, сумматор, последовательно соединенные второй фильтр и первый дифференциатор и последовательно соединенные первый элемент сравнения, делитель, умножитель, регулятор, двигатель, третий фильтр и второй дифференциатор, вход которого соединен с пер85

1338

55 вым входом первого элемента сравнения, подключенного вторым входом к входу второго фильтра, а выход умножителя соединен с входом первого фильтра (21, Наличие низкочастотной переменной составляющей в коэффициеите передачи регулятора приводит к повышенной пульсации тока якоря, что ухудшает условия эксплуатации системы и снижает ее быстродействие.

Цель изобретения — повьппение производительности механизма за счет повьппения быстродействия электропривода, Поставленная цель достигается тем, что привод содержит второй элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого дифференциатора второй вход — с выходом второго дифференциатора и вторым входом делителя, а выход через сумматор — со вторым входом умножителя, второй вход сумматора соединен с выходом первого фильтра.

На чертеже представлена блок-схема самонастраивающегося привода.

Привод содержит самонастраивающийся регулятор 1, который включает в себя шины 2 и 3, первый элемент 4 сравнения, вход 5 самонастраивающегося регулятора, второй фильтр 6, первый дифференциатор 7, делитель 8, выход 9 первого дифференциатора, второй дифференциатор 10, выход второго дифференциатора 11, второй элемент 12 сравнения, умножитель 13, первый фильтр 14, регулятор 15 и сумматор 16. Кроме того, привод содержит исполнительньпi элемент, состоящий из последовательно соединенных исполнительного устройства 17, двигателя 18 и тахогенератора 19, соединенного с входом третьего фильтра 20 скорости, подключенного к выходу

21 самонастраивающегося регулятора 1.

Самонастраивающийся привод работа ет следующим образом.

При подаче на вход регулятора сигнала управления он поступает на вход первого элемента 4 сравнения, и с его выхода — на вход делителя 8, Начальные смещения делителя 8 и умножителя 13 выбраны так, что коэффициент передачи привода равен единице.

Сигнал с выхода умножителя 13 поступает одновременно на вход первого фильтра 14,и регулятора 15. Параметры фильтра 14 выбраны так, что его движение описывается уравнениями, анало5

4 гичными дифференциальным уравнениям подсистемы, состоящей из последовательно соединенных исполнительного устройства 17, двигателя 18, тахогенератора 19, фильтра 20 скорости, и дифференцирующего устройства 10 выходного сигнала. Параметры второго фильтра 6 входного сигнала и первого дифференциатора 7 входного сигнала выбираются так, что сигнал на выходе дифференциатора 7 совпадает по фазе и амплитуде с сигналом с выхода дифференциатора 10. Далее сигнал с выхода регулятора 15 поступает на вход исполнительного элемента и последовательно на вход исполнительного устройства 17. В зависимости от полярности входной сигнал открывает одну из двух групп исполнительного устройства 17. Изменяется ток в якорной цейи. Двигатель начинает изменять исходную скорость вращения.

Информация о скорости снимается с тахогенератора 19 и через третий фильтр 20 поступает одновременно на элемент 4 сравнения и дифференциатор 10. В случае, когда коэффициент передачи объекта равен заданному, за счет равенства сигналов с выхода дифференциаторов 7 и 10 обеспечивается равенство нулю сигнала с выхода элемента 12 сравнения, а следовательно, обеспечивается равенство сигналов с выходов дифференциатора 10 и фильтра 14. При этом коэффициент передачи регулятора, определяемый как отношение этих сигналов, равен единице.

При равенстве сигналов управления на входе самонастраивающегося регулятора 1 и выходе фильтра 20 скорости разгон двигателя 18 прекращается. Система находится в новом установившемся состоянии.

В случае, когда коэффициент пе" редачи объекта отличается от заданного в и раз из-за неравенства коэффициентов передачи подсистемы из элементов 17-20 и 10 и фильтра 14, сигнал с выхода дифференциатора 10 в и раз.меньше требуемого. При этом коэффициент передачи регулятора определяется из следующего отношения:. где 2;,„- сигнал на выходе фильтра

14 в момент

851338 б

10 ь15

Z — сигнал на выходе первого пифференциатора 7 входного сигнала в момент сигнал на выходе второго дифференциатора 10 выходного сигнала в момент — начальные смещения на элементах 12 сравнения.

Пусть в момент t.1 на вход привода поступает сигнал управления. Тогда

K(t ) =1, так как он определяется тол ко начальными смещениями у . Для момента „ - справедливо К(+

+ i)-яК (t„)

Увеличение настраиваемого коэффициента приводит к пропорциональному увеличению сигналов z и z на выходах фильтров 14 и 6. Процесс самонастройки продолжается до величины

К= и, при этом z (t) =2 (t) . Данное

61 состояние привода устойчиво, так как при К(М CYL происходит увеличение

I сигнала ошибки рассогласования относительно заданной траектории и самонастройка происходит в сторону увеличения коэффициента передачи привода. При K(t) (q имеем уменьшение сигнала ошибки рассогласования относительно заданной траектории и самонастройка происходит в сторону уменьшения коэффициента передачи привода.

При скачкообразном изменении нагрузки привод отрабатывает возмущение по моменту статических сопротивлений следующим образом.

На выходе дифференциатора 10 появляется сигнал 2(Ц и поступает одновременно на второй вход делителя

8 непосредственно и через элемент 12 сравнения и сумматор 16 - на второй вход умножителя 13. На выходе элемента 4 сравнения появляется сигнал ошибки рассогласования, который последовательно преобразуется через делитель 8 и умножитель 13 с коэффициентом передачи, равным единице.

Сигнал с выхода дифференциатора 9 равен нулю. С выхода умножителя 13 сигнал поступает одновременно на входы фильтра 14 и регулятора 15.

Затем преобразуется в регуляторе

15 и поступает на вход одной из групп исполнительного устройства

17. Ток в якорной цепи начинает изменяться с целью компенсировать приложенную к двигателю 18 нагрузку.

Информация о скорости двигателя с тахогенератора 19 через фильтр скорости 20 поступает в элемент 4 сравнения и дифференциатор 10. Одновременно сигнал с выхода фильтра 14 приводит к увеличению коэффициента передачи регулятора. При этом увеличивается сигнал с выхода регулятора

15. Ток в якорной цепи возрастает.

Скорость восстанавливается до заданной. За счет увеличения коэффициента передачи самонастраивающегося регулятора 1 происходит быстрая компенсация момента по нагрузке и восстановление заданной скорости двигателя 18.

При уменьшении сигнала рассогласования с выхода элемента 4 сравнения величина сигнала с выхода умножителя 13 также уменьшается. Последовательно уменьшается сигнал с выхода фильтра 14. В установившемся состоянии Коэффициент передачи самонастраивающегося регулятора 1 равен единице.

Система движется с заданной скоростью. Сигнал задания на ток с выхода самонастраивающегося регулятора 1 пропорционален новой величине нагрузки на двигатель 18.

Быстродействие контура регулирования определяется уровнем и частотой переменной составляющей в сигнале о скорости. В предлагаемом регуляторе низкочастотная переменная составляющая в полезном сигнале обратной связи по скорости не влияет на коэффициент передачи регулятора. С выхода з5 дифференциатора 10 выходного сигнала низкочастотная переменная составляющая поступает на второй вход делителя

8 и одновременно через элемент !2 сравнения и сумматор 16 на второй

40 вход умножителя 13 ° Таким образом, в установившемся режиме коэффициент передачи регулятора равен единице и не содержит низкочастотной составляющей.

Технико-экономические расчеты показывают, что модернизация электропривода одного копировально-фрезерного станка позволяет увеличить производительность станка более,чем на

15X., что дает годовой экономический

50 эффект около 9,3 тыс.руб. на один станок.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения обусловлен улучшением технологических режимов и повышением производительности оборудования в результате повьппения быстродействия системы электропривода.

1338

Формула изобретения

Составитель А. Лащев

Редактор Е. Спиридонова Техред С.Мигунова Корректор Г. Огар

Заказ 10336 Тираж 943

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

7 85

Предлагаемое устройство рассчитано на работу в системах регулирования. скорости с переменными параметрами объекта управления, например в условиях, когда коэффициент передачи о бъек та или маховый момент при вода непостоянны. Автоматическая настройка регулятора позволяет повысить производительность и улучшить качество продукции., Самонастраивающийся привод, содержащий первый фильтр, сумматор, последовательно соединенные второй фнльтр и первый дифференциатор и последовательно соединенные первый элемент сравнения, делитель, умножитель, -регулятор, исполнительный элемент, третий фильтр и второй дифференциатор, вход которого соединен с первым входом первого элемента сравнения

t подключенный вторым входом к входу второго фильтра, а выход умножителя соединен со входом первого фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия привода, он содержит второй элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, 10 второй вход — с выходом второго дифференциатора и вторым входом делителя, а выход через сумматор — со вторым входом умножителя, второй вход сумматора соединен с выходом первого

1З фильтра.

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

1. Патент ФРГ 9 1815964, кл. Я 05 В 13/00, опублик. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2660110/07, кл. Q 05 В 13/02, !979 (прототип) .