СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Российский патент 1997 года по МПК H02P6/08 H02K29/14 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления электроприводами, которые могут быть использованы в станкостроении, робототехнике, в системах автоматического управления, различных следящих системах, в технике записи и воспроизведения звука и т.п.

Известен способ управления электроприводом [1] заключающийся в управлении электроприводом посредством усилителей, сигналы на которые подают от сельсинного датчика, установленного на одном валу с двигателем, причем управление электроприводом ведут по току в его статорных обмотках.

Недостатком известного способа является неравномерность и нестабильность вращения при изменении нагрузки на приводном валу, недостаточно широкий диапазон скоростей вращения, непостоянство крутящего момента при различных частотах вращения и невозможность обеспечения однозначности между заданной и фактической частотой вращения приводного вала.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ [2] заключающийся в формировании командного сигнала управления в виде двух сдвинутых по фазе, первого и второго электрических напряжений, и сигнала обратной связи, с последующим преобразованием сигнала управления в управляющее магнитное поле, которым воздействуют на рабочее магнитное поле ротора электропривода.

Этот способ позволяет расширить диапазон регулируемых частот. Однако известный способ не обеспечивает высокую равномерность и стабильность вращения, особенно при минимальных скоростях, однозначность между частотой колебаний командного сигнала управления и фактической скоростью вращения ротора, быстродействие и устойчивость, широкий диапазон скоростей вращения.

Это связано с тем, что сдвиг по фазе двух переменных электрических напряжений осуществляется за счет положительной обратной связи по углу поворота ротора. Кроме того, при осуществлении указанного способа сигналы коррекции формируются посредством датчика скорости, регуляторов скорости, регуляторов скорости, блока преобразования координат, а также формирователя управляющего сигнала, содержащего множители, интеграторы и ряд нелинейных блоков, что приводит к большим запаздываниям в контуре регулирования.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании способа управления электроприводом, лишенного недостатков, свойственных прототипу.

Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в особенности равномерного и стабильного вращения приводного вала в широком диапазоне чисел оборотов, включая предельно малые близкие к нулю и предельно большие однозначности между заданной и фактической скоростью вращения ротора, а также в увеличении устойчивости, быстродействия, перегрузочных способностей и экономичности при простоте управления частотой вращения и пуском привода.

Это достигается тем, что в способе управления электроприводом, включающем формирование командного сигнала управления в виде двух сдвинутых по фазе, первого и второго переменных электрических напряжений и сигнала обратной связи, с последующим преобразованием сигнала управления в управляющее магнитное поле, которым воздействуют на рабочее магнитное поле ротора электропривода, формируют первый сигнал коррекции путем преобразования сигнала обратной связи в периодический сигнал с частотой колебаний, равной текущему значению частоты вращения приводного вала, формируют второй сигнал коррекции путем сдвига по фазе на постоянный угол первого сигнала коррекции, устанавливают частоту первого и второго переменных электрических напряжений, равную заданной частоте вращения приводного вала ротора, при этом величину первого переменного электрического напряжения уменьшают на величину первого сигнала коррекции, а величину второго переменного электрического напряжения уменьшают соответственно на величину второго сигнала коррекции.

Новым в заявленном способе является формирование первого сигнала коррекции путем преобразования сигнала обратной связи в периодический сигнал с частотой колебаний, равной текущему значению частоты вращения приводного вала, формирование второго сигнала коррекции путем сдвига по фазе на постоянный угол первого сигнала коррекции, установка частоты первого и второго переменных электрических напряжений, равной заданной частоте вращения приводного вала ротора, уменьшение величины первого переменного электрического напряжения на величину первого сигнала коррекции и уменьшение второго переменного электрического напряжения соответственно на величину второго сигнала коррекции.

Заявляемый способ может быть реализован с использованием устройства, блок схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит блок 1 формирования командного сигнала управления, формирующего на двух своих выходах два электрических переменных напряжения, сдвинутых по фазе, блок формирования сигнала обратной связи 2, электродвигатель 3, имеющий по крайней мере первую и вторую статорную обмотки и ротор (на чертеже не показаны), механически связанный с блоком формирования сигнала обратной связи 2, блок коррекции 4, блок фазового сдвига 5, вычислитель 6 с четырьмя входами и двумя выходами, первый 7 и второй 8 усилители мощности.

При этом первый и второй выходы блока формирования командного сигнала управления 1 соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя 6, а третий и четвертый входы вычислителя 6 соединены с выходом блока коррекции 4, причем третий вход соединен непосредственно, а четвертый через блок фазового сдвига 5. Выходы вычислителя 6 через первый 7 и второй 8 усилители мощности соединены соответственно с первой и второй статорными обмотками электродвигателя 3. Вход блока коррекции 4 соединен с выходом блока формирования сигнала обратной связи 2.

Блок формирования командного сигнала управления 1 может быть выполнен, например, в виде известного генератора гармонических колебаний (типа НГПК-3М), формирующего на своем первом и втором выходах электрические сигналы соответственно синусоидальной и косинусоидальной формы. В качестве блока формирования сигнала обратной связи 2 может быть использован серийно выпускаемый датчик угла типа ПТП-5. Вычислитель 6 может быть реализован в виде двух операционных усилителей с инвертирующими и неинвертирующими входами [3, с.138] а блок коррекции 4 в виде, например, нелинейного преобразователя, реализующего синусоидальную зависимость [5, с. 495] В качестве блока фазового сдвига 5 может быть использован фазовращатель [4, с. 410] Усилители мощности могут быть реализованы как в ламповом, так и транзисторном исполнении по известным схемам, например, [4, с. 147] В качестве электродвигателя 3 может использоваться, например, известный синхронный двигатель с двумя статорными обмотками, повернутыми на 90^o, и ротором с постоянными магнитами.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Формируют посредством блока 1 командный сигнал управления в виде сдвинутых по фазе, например на 90^o, первого U1 и второго U2 электрических напряжений синусоидальной и соответственно косинусоидальной формы с частотой, равной заданному числу оборотов приводного вала электропривода. Напряжение U1 подают на первый неинвертирующий вход, а напряжение U2 на второй неинвертирующий вход вычислителя 6.

На третий и четвертый входы вычислителя 6, являющиеся инвертирующими входами, подают соответственно сигналы с выхода блока коррекции 4 и с выхода блока фазового сдвига 5.

Синусоидальный сигнал с выхода вычислителя 6, уменьшенный на величину сигнала с выхода блока коррекции 4, подают на вход первого усилителя мощности, а с второго выхода вычислителя 6 косинусоидальный сигнал, уменьшенный на величину сигнала с выхода блока фазового сдвига 5, подают на вход второго усилителя мощности 8. На выходе усилителей мощности эти сигналы преобразуются в токи, которые изменяются соответственно по синусоидальному и косинусоидальному законам и которыми запитывают соответственно первую и вторую обмотки статора. Обмотки статора конструктивно выполнены так, что векторы их магнитного потока сдвинуты относительно друг друга на 90^o.

Благодаря этому формируется вращающееся магнитное поле, которым воздействуют на рабочее магнитное поле ротора электродвигателя. В результате этого воздействия появляется крутящий момент, приложенный к ротору, заставляющий вращаться последний с частотой, равной частоте колебаний командного сигнала управления.

C валом ротора электродвигателя механически связан блок формирования сигнала обратной связи 2, который вырабатывает на своем выходе электрически сигнал, пропорциональный углу поворота ротора. Этот сигнал преобразуется блоком коррекции 4 в периодический, сигнал синусоидальной формы с частотой колебаний, равной текущему значению частоты вращения ротора и соответственно, приводного вала привода, который является первым сигналом коррекции.

Второй сигнал коррекции формирует посредством блока фазового сдвига 5 путем сдвига по фазе на постоянный угол, равный 90^o, первого сигнала коррекции.

Первый и второй сигналы коррекции подаются на третий и четвертый инвертирующие входы вычислителя 6, благодаря чему величина первого переменного электрического напряжения на первом выходе вычислителя 6 оказывается уменьшенной на величину первого сигнала коррекции, а величина второго переменного электрического напряжения на второй выходе вычислителя 6 оказывается уменьшенной на величину соответственно второго сигнала коррекции.

Использование заявляемого способа позволяет достичь практически абсолютно равномерного и стабильного вращения в широком диапазоне чисел оборотов, включая предельно малы, близкие к нулю, однозначности между частотой колебаний командного сигнала управления и фактической скоростью вращения ротора, значительно увеличить устойчивость, быстродействие, перегрузочные способности в сочетании с простотой управления частотой вращения и пуском привода.

Использование: для управления электроприводами в станкостроении, робототехнике, в системах автоматического управления, различных следящих системах, в технике записи и воспроизведения звука. Сущность изобретения: в способе управления электроприводом, включающем формирование командного сигнала управления в виде двух сдвинутых по фазе, переменных электрических напряжений и сигнала обратной связи, с последующим преобразованием сигнала управления в управляющее магнитное поле, воздействующее на рабочее магнитное поле ротора, формируют первый сигнал, коррекции путем преобразования сигнала обратной связи в периодический сигнал с частотой колебаний, равной текущему значению частоты вращения приводного вала, и второй сигнал коррекции путем сдвига по фазе на постоянный угол первого сигнала коррекции, устанавливают частоту переменных электрических напряжений, равную заданной частоте вращения приводного вала ротора, при этом величину первого переменного электрического напряжения уменьшают на величину первого сигнала коррекции, а величину второго уменьшают, соответственно, на величину второго сигнала коррекции. В результате обеспечивается равномерное и стабильное вращение электропривода в широком диапазоне чисел оборотов, повышение устойчивости, быстродействия и экономичности. 1 ил.

Способ управления электроприводом, включающий формирование командного сигнала управления в виде двух сдвинутых по фазе первого и второго переменных электрических напряжений и сигнала обратной связи с последующим преобразованием сигнала управления в управляющее магнитное поле, которым воздействуют на рабочее магнитное поле ротора электропривода, отличающийся тем, что формируют первый сигнал коррекции путем преобразования сигнала обратной связи в периодический сигнал с частотой колебаний, равной текущему значению частоты вращения приводного вала, формируют второй сигнал коррекции путем сдвига по фазе на постоянный угол первого сигнала коррекции, устанавливают частоту первого и второго переменных электрических напряжений равной заданной частоте вращения приводного вала ротора, при этом величину первого переменного электрического напряжения уменьшают на величину первого сигнала коррекции, а величину второго переменного электрического напряжения уменьшают соответственно на величину второго сигнала коррекции.