ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК H02P7/68 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к многодвигательным электроприводам, и может найти применение в линейных приводах подач разнообразного технологического оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухдвигательный электропривод, содержащий первый управляемый двигатель с установленными на его валу первым датчиком положения первым датчиком скорости, подключенный к выходу первого регулятора тока, второй управляемый двигатель с установленными на его валу вторым датчиком положения и вторым датчиком скорости, подключенный к выходу второго регулятора тока, регулятор положения, подключенный первым входом к выходу первого датчика положения, вторым входом к выходу второго датчика положения, а третьим входом к задатчику положения, регулятор скорости, подключенный первым входом к выходу первого датчика скорости, вторым входом к выходу регулятора положения, а выходом к первому сумматору, регулятор рассогласования по положению, подключенный первым входом к выходу первого датчика положения, вторым входом через первый инвертор к выходу второго датчика положения, а третьим входом к задатчику рассогласования по положению, регулятор рассогласования по скорости, подключенный первым входом к выходу первого датчика скорости, вторым входом через второй инвертор к выходу второго датчика скорости, а выходом к первому входу второго сумматора и через третий инвертор ко второму входу первого сумматора, третий вход регулятора скорости подключен к выходу второго датчика скорости, третий вход регулятора рассогласования по скорости подключен к выходу регулятора рассогласования по положению, второй вход второго сумматора подключен к выходу регулятора скорости. Кроме тока, первый регулятор тока подключен входом к выходу первого сумматора, а второй регулятор тока - к выходу второго сумматора.

Недостатком известного электропривода является невозможность добиться высоких динамических показателей при использовании двигателей с различными характеристиками.

Цель изобретения - расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в известный двухдвигательный электропривод, содержащий первый управляемый двигатель с установленными на его валу первым датчиком положения и первым датчиком скорости, подключенный к выходу первого регулятора тока, второй управляемый двигатель с установленными на его валу вторым датчиком положения и вторым датчиком скорости, подключенный к выходу второго регулятора тока, регулятор положения, подключенный первым входом к выходу первого датчика положения, вторым входом к выходу второго датчика положения, а третьим входом к задатчику положения, регулятор скорости, подключенный первым входом к выходу первого датчика скорости, вторым входом к выходу регулятора положения, а выходом к первому сумматору, регулятор рассогласования по положению, подключенный первым входом к выходу первого датчика положения, вторым входом через первый инвертор к выходу второго датчика положения, а третьим входом к задатчику рассогласования по положению, регулятор рассогласования по скорости, подключенный первым входом к выходу первого датчика скорости, вторым входом через второй инвертор к выходу второго датчика скорости, а выходом к первому входу второго сумматора и через третий инвертор ко второму входу первого сумматора, третий вход регулятора скорости подключен к выходу второго датчика скорости, третий вход регулятора рассогласования по скорости подключен к выходу регулятора рассогласования по положению, второй вход второго сумматора подключен к выходу регулятора скорости, в него дополнительно введены первое корректирующее звено, подключенное входом к выходу первого сумматора, а выходом к входу первого регулятора тока, и второе корректирующее звено, подключенное входом к выходу второго сумматора, а выходом к входу второго регулятора тока, при этом корректирующие звенья выполнены таким образом, чтобы соблюдалось равенство W_k1˙ W_I1 ˙W_D1 = W_K2 ˙W_I2 ˙W_D2, где W_K1, W_K2, W_I1, W_I2, W_D1, W_D2 - передаточные функции первого и второго корректирующих звеньев, первого и второго регуляторов тока, первого и второго электродвигателей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема двухдвигательного электропривода; на фиг. 2 и 3 - его структурные схемы.

Электропривод содержит первый управляемый двигатель 1 с установленными на его валу датчиком 2 положения и датчиком 3 скорости, подключенный к выходу регулятора 4 тока, второй управляемый двигатель 5 с установленными на его валу датчиком 6 положения и датчиком 7 скорости, подключенный к выходу регулятора 8 тока, регулятор 9 положения, подключенный первым входом к выходу датчика 2 положения, вторым входом к выходу датчика 6 положения, а третьим входом к задатчику 10 положения, регулятор 11 скорости, подключенный первым входом к выходу датчика 3 скорости, вторым входом к выходу регулятора 9 положения, третьим входом к выходу датчика 7 скорости, а выходом к первому входу сумматора 12, регулятор 13 рассогласования по положению, подключенный первым входом к выходу датчика 2 положения, вторым входом через инвертор 14 к выходу датчика 6 положения, а третьим входом к задатчику 15 рассогласования по положению, регулятор 16 рассогласования по скорости, подключенный первым входом к выходу датчика 3 скорости, вторым входом через инвертор 17 к выходу датчика 7 скорости, третьим входом к выходу регулятора 13 рассогласования по положению, а выходом через инвертор 18 к второму входу сумматора 12 и непосредственно к первому входу сумматора 19, второй вход которого подключен к выходу регулятора 11 скорости.

В электропривод введены корректирующие звенья 20 и 21, подключенные входами к выходам сумматоров 12 и 19, а выходами к входам регуляторов 4 и 8 тока соответственно.

Корректирующие звенья 20, 21 представляют собой в общем случае динамические звенья пассивного или активного типа. В простейшем случае корректирующим звеном может быть обычный усилитель.

Регулятор 9, 11, 13 или 16 может быть выполнен из последовательно соединенных трехвходового сумматора, входы которого являются входами регулятора, и преобразователя сигнала, выход которого является выходом регулятора. В качестве преобразователя сигнала могут быть использованы регуляторы, П-, ПИ - или ПИД-типа.

Электропривод работает следующим образом.

На управляющий вход регулятора 9 положения подается сигнал 2 S₃, а на управляющий вход регулятора 13 рассогласования по положению - сигнал 2Δ S₃, где S₃ - задание положения, которое должны синхронно отрабатывать электродвигатели 1 и 5, ΔS₃ - задание рассогласования по положению, которое должны поддерживать при движении электродвигатели 1 и 5.

С помощью датчиков 2 и 6, 3 и 7 измеряются текущие положения S₁и S₂, скорости перемещения v₁ и v₂ роторов электродвигателей 1 и 5.

Отработка заданий двухдвигательным электроприводом осуществляется за счет одновременного функционирования контура регулирования положения и контура синхронизации. С помощью первого контура работы двигателей 1 и 5 занимают положения S₁ и S₂, среднее значение которых равняется S_з, т. е. когда S₁ + S₂ = 2 S_з; С помощью второго контура роторы двигателей 1 и 5 занимают положения, удовлетворяющие равенству S₂ - S₁ = 2 ΔS_з. За счет одновременного функционирования контуров роторы двигателей 1 и 5 занимают положения
S₁ = S_з -Δ S_з, S₂ = S_з + ΔS_з.

На фиг. 2 приведена структурная схема двухдвигательного электропривода, где W_K1 и W_K2, W_I1 и W_I2, W_D1 и W_D2 - передаточные функции корректирующих звеньев 20 и 21, регуляторов 4 и 8 тока, электродвигателей 1 и 5, W_S, W_v, W _ΔS, W _Δv - передаточные функции преобразователей сигналов, входящих в регуляторы 9, 11, 13 и 16 соответственно.

На фиг. 3 приведена преобразованная структурная схема двухдвигательного электропривода в виде взаимосвязанных контуров регулирования положения и синхронизации.

Из преобразованной структурной схемы следует, что при выполнении условия:
W_K1 ˙ W_I1˙ W_D1 = W_K2 ˙W_I2˙W_D2 (1) контуры регулирования положения и синхронизации становятся взаимно независимыми.

Независимость контуров регулирования позволяет с помощью соответствующего выбора передаточных функций W_S и W_v , определяющих динамику контура регулирования положения, а затем с помощью выбора передаточных функций W_ΔS и W_Δv, определяющих динамику контура синхронизации, добиться желаемых характеристик каждого контура регулирования в отдельности, тем самым обеспечить высокие динамические и статические характеристики двухдвигательного электропривода в целом.

Для иллюстрации рассмотрим двухдвигательный электропривод широкоформатного графопостроителя. Электропривод предназначен для перемещения портала, по которому, в свою очередь, перемещают пишущий узел. В качестве управляемых двигателей 1 и 5 используют линейные синхронные двигатели с частотно-токовым управлением.

С помощью регуляторов 4, 8 тока, реализующих частотно-токовое управление, обеспечивают управление силовой тяги линейных двигателей пропорционально входным сигналам регуляторов 4, 8 тока. В данном случае
W_I1W_D1 = , W_I2 ˙W_D2 = , (2) где К - коэффициент, определяющий соотношение между силой тяги линейного двигателя и входным сигналом регулятора тока, m₁ и m₂ - подвижные массы, перемещаемые электродвигателями 1 и 5.

Согласно (1) и (2), корректирующими звеньями 20, 21 выбирают обычные усилители, например, с коэффициентами передачи К₁ = 1, К₂ = m₂/m₁.

Таким образом, введение в двухдвигательный электропривод корректирующих звеньев и соответствующий выбор их передаточных функций позволяет обеспечить взаимную независимость контура регулирования положения и контура синхронизации при использовании электродвигателей не только с близкими, но и с существенно различными динамическими характеристиками. (56) Авторское свидетельство СССР N 1705997, кл. Н 02 Р 7/68, 1990.

Использование: может быть использовано в линейных приводах подач разнообразного технологического оборудования. Сущность: введение в двухдвигательный электропривод корректирующих звеньев и соответствующий выбор их передаточных функций позволяет обеспечить взаимную независимость контура регулирования положения и контура синхронизации при использовании электродвигателей с существенно различными динамическими характеристиками. 3 ил.

ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий первый управляемый двигатель с установленными на его валу первым датчиком положения и первым датчиком скорости, подключенный к выходу первого регулятора тока, второй управляемый двигатель с установленными на его валу вторым датчиком положения и вторым датчиком скорости, подключенный к выходу второго регулятора тока, регулятор положения, подключенный первым входом к выходу первого датчика положения, вторым входом - к выходу второго датчика положения, а третьим входом - к задатчику положения, регулятор скорости, подключенный первым входом к выходу первого датчика скорости, вторым входом к выходу регулятора положения, а выходом - к первому сумматору, регулятор рассогласования по положению, подключенный первым входом к выходу первого датчика положения, вторым входом через первый инвертор - к выходу второго датчика положения, а третьим входом - к задатчику рассогласования по положению, регулятор рассогласования по скорости, подключенный первым входом к выходу первого датчика скорости, вторым входом через второй инвертор - к выходу второго датчика скорости, а выходом - к первому входу второго сумматора и через третий инвертор - к второму входу первого сумматора, третий вход регулятора скорости подключен к выходу второго датчика скорости, третий вход регулятора рассогласования по скорости подключен к выходу регулятора рассогласования по положению, второй вход второго сумматора подключен к выходу регулятора скорости, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, в него дополнительно введены первое корректирующее звено, подключенное входом к выходу первого сумматора, а выходом - к входу первого регулятора тока, и второе корректирующее звено, подключенное входом к выходу второго сумматора, а выходом - к входу второго регулятора тока, при этом корректирующие звенья выполнены таким образом, чтобы соблюдалось равенство
W_K1 · W_I1 · W_D1 = W_K2 · W_I2 · W_D2,
где W_K1, W_K2, W_I1, W_I2, W_D1, W_D2 - передаточные функции первого и второго корректирующих звеньев, первого и второго регуляторов тока, первого и второго электродвигателей.