Электропривод с упругой связью между электродвигателем и механизмом Советский патент 1984 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в электроприводах с упругой связью между электродвигателем и механизмсзм для уменьшения колебаний электр механической системы. Известно устройство для компенса упругих колебаний в электроприводе с упругой связью между электро двигателем и механизмом, которое со держит последовательно включенные регулируемый преобразователь, питаю щий электродвигатель, регулятор тока якоря с подключенным к его вхо ду датчиком тока якоря, корректируKtaee звено и регулятор частоты вращения электрсявигателя с подключенным к его входу датчиксзм частоты вращения, установленньм на валу электродвигателя. Компенсация влияния упругой связи на динамику систе мы осуществляется корректирующим звеном,представляющим собой остррна строенный фильтр с передаточной функцией, обратной передаточной функции обусловленной наличием упру гой связи. Устройство обладает возможностью увеличения динамической точности и быстродействия системы при относительной простоте регшизадии 1. Недостатком данного устройства является высокая чувствительность настройки корректирующего звена к нестабильности собственных параме ров и параметров электропривода, обуслАвливающих возникновение упругого резонанса. Отклонение значений этих параметров в процессе эксплуатации электропривода может привести к значительным колеб41ниям в системе Наиболее близким к пред1лагаемому по технической сущности является электропривод с упругой связью межд электродвигателем и механизмом, ссиержгидий электродвигатель и последовательно включенные регуг ттор частоты вращения с подключен-ным к его входу датчиком частоты вращения, корректирующее звено, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, подключенный к якоро электродвигателя. Электропривод содержит также блок интегрирования, второй элетиент сравнения, блок перемножения и блок определения амплитуды колебаний с двумя входами. Выход блока перемножения подключен к входам регулятора тока и частоты вращения, а два его входа подключены к выходам первого элемента сравнения и блока определения амплитуды колебаний с двумя входами, соединенными с вых«одами первого и второго элементов сравне-. ния, к двум входам последнего подключены выходы регулятора частоты вращения и блока интегрирования, вход которого соединен с выходом первого элемента сравнения. Блок определения амплитуды колебаний выполнен на двух блоках вьделения . модуля, трех нелинейных регуляторах с параболическими характеристиками и одном операционном усилителе. Первый и второй входы блока определения амплитуды колебаний являются входами первого и второго блоков выделения модуля, выходы последних соответственно через первый и второй нелинейные регулятора подсоединены к входу операционного усилителя с включенным в его обратную связь третьим нелинейным регулятором, выхся операционного усилителя является выходе блока определения амплитуды колебаний 2.V Демпфирование колебаний элсктррпривсда осуществляется Путем изменения управлякщего воздействия на систему управления в функции сигнала , пропорционального разности частот вращения двигателя и механизма, и допоянительно в функции сигнала, пропорционального амплитуде колебаний механизма. Недостатком электропривода является снижение эффективности демпфирования с уменьшениан амплитуды и частоты, того устройство не обеспечивает полной кся пенсации влияния частоты упругого резонанса на динамику системы (существенное запаздывание при обработке демпфирующих воздейсхвий, а наличие двух тахоге нераторов вносит существенную погрешность при измерении разностей частоты вращения. Цель изобретения улучшение компенсации упругих колебаний и поклиение быстродействия электропривода при изменяющихся параметрах упругого резонанса. Поставленная цель досгтигается таи, что в электропривсд с упругой связью между электродвигателю и механизмом, содержгиций электродвигатель и последовательно включенные регулятор частоты вращения с подключенным к его входу датчиком частоты вращения, корректирующее звено, регулятор тока якоря с подключенные к его входу датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, подключенный к якорю электродвигателя, введены последовательно соединенные полосовой фильтр, частоточувствительныя блок, выпрямитель и первый широтно-импульсный модулятор, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор,интегрозапо минаквдий блок и второй широтно-импульсный модулятор, при этом вход полосового фильтра подключен к выходу датчика частоты вращения, а его выход вместе с выходом частоточувствительного блока подключен к входам фазового дискриминатора, уп равляющие входы корректиругацего звена соединены с выходами широтноимпульсных модуляторов, выход вто(рого из которьЬс подключен к управля кщему.входу частоточувствительного |блока. в электроприводе интегрозапоминаю щий блок содержит последовательно соединенные ключевой , свобод ный вывод которого является входом блока, и интегратор, выход которого являющийся выходом блока, через блок запоминания и непосредственно соединен с входами компаратора/ выход которого через второй ключевой элемент подключен к входу интегратора, при этом управляющие входы обоих ключевы элементов и блока запоминания соединены с выходом релейного элемента, вход которого соединен с входом блока. На фиг. 1 приведена функциональна схема электропривода; на фиг. 2 функциональная схема интегрозапоминагадего блока; на фиг. 3 - принципиальная схема частоточувствительного блока; на фиг. 4 - то же, корректирующего звена. Электропривод 1 (фиг. 1) с упругой,сзязью между электродвигателем 2 и механизмом 3 содержит последовательно включенные регулятор 4 частоты вращения с подключенным к его входу датчиком 5 частоты вращения, корректируиадее звено 6, регулятор 7 тока якоря с подключенным к его входу датчиком 8 тока якор и регул руемый преобразователь 9, питающий якорь электродвигателя 2. . в электропривод введены последо- вательно соединенные полосовой фильтр . 10, частоточувствительный блок 11, выпрямитель 12 и первой широтно-им. пульсный модулятор 13, а также после довательно соединенные фазовый дис риминатор 14, интегрозапомйнающий блок 15 и второй широтно-импульсный модулятор 16, при этом вход полосоjBoro фильтра 10 подключен к выходу датчика 5 частоты вращения, а его выход вместе с выходом частоточувствительного блока 11 подключен к входам фазового дискриминатора 14, управляющие входы корректирующего звена 6 соединены с выходами широтно импульсных модуляторов 13 и 16,выход второго из которых подключен также к управляющему входу частоточувствительного блока 11. Интегрозапомйнающий блок 15 (фиг. 2) содержит последовательно со единенные ключевой элемен 17, ев о- бедный вывод которого является входом устройства, и интегратор 18,выход которого, являющийся выходом блока, через блок 19 запоминания и непосредственно соединен с входами компаратора 20, выход которого через второй ключевой элемент 21 подключен к входу интегратора 18, при этом управляющие входы ключевых элементов 17 и 21 и блока 19 запоминания соединены с выходом релейного элемента 22, вход которого соединен . с входом блока. Частоточувствительный блок 11 (фиг. 3) содержит последовательно соединенные пропорциональный усилитель 23, вход которого является входом блока, ключевой элемент 24, фильтр и интегратор 25, выход которого, служащий выходе блока, соединен непосредственно и через второй ключевой элемент 26, фильтр и интегратор 27 с входами пропорционального усилителя 23. Корректирующее звено (фиг. 4) содержит последовательно соединенные интегратор 28, ключевой элемент 29, фильтр, второй интегратор 30, второй ключевой элемент 31, фильтр и пропорциональный усилитель 32, при этом вход интегратора 28, являющийся входам звена, через ключевой элемент 33 и фильтр подключен к входу интегратора 30, а выход про- , порционального усилителя 32, являющийся выходом звена, соединен с входами интеграторов 28 и 30. Электропривод работает следующим образом. Для электроприводов с упругой связью мехзду электродвигателем и механизмом упругие свойства с достаточной точностью могут быть описаны передаточной функцией . , а-8-чМ,.р-ц fTi TflJvTr Lj- постоянная времени и коэффициент демпфиро вания, определяемые 4acfoTOP и амплитудой упругого резонанса. Передаточная функция корректирующего, звена, наиболее просто реализуемого на операционных усилителях (фиг.4), имеет вид P°4-aftc.TKp4- t ()2 где Т, 5 - постоянная времени и коэффициент демпфироваиn4(hrhntiMf Hf ITрмггАиппт я- ния корректирукщего звена. При условии практически полностью кс пеНсирует ся влияние упругой связи на динами систем. Выходной сигнал с датчика 5 час тьа вращения поступает на вход поло вого фильтра 10, который вьаделяет и усиливает частоту упругого резон I 1 -- ... са ( ) и подает на вхся час тоточувствйтельного блока 11, представляющего собой остронастроенный фильтр с передаточной функцией W/ . . где Кср , Тер ,ср - коэффициент усиле ния, постоянная времени и коэффициент демпфирования частоточувствительного блока (фиг. 3)..Условие 1 А начальной настройки гр при точной настрс ке ( ) частоточуватвительный блок 11 представляет собой усилитель амплитуды резонансной частоты с коэффициентом усиления (0.)«, где(с1)1|) - амплитудная частотная функция частоточувствительного блок Ili . Сигнал, снимаемый с вьохОда частоточувствительного блока 11, пропорциональный амплитуде коле баний частоты у, поступает на выпрямитель 12, имеющий сглаживающий фильтр на выхсяе. Выпрямленное напряжение через широтно-импульсный модулятор 13 и ключевой элемент 33 {фиг.4) управляет величиной коэффициента демпфирования к к.орректирую щего звена б таким образом, чтобы амплитуда колебаний частоты упругого резонанса в системе стремилась к нулю или обеспечивалось выполнени равенства 4 Сиг1Йалы, снимаемые с входа и выхода частоточувствительного блока 11, поступают также на первый и второй входы фазового дискриминатора 14,.который определяет величину фазового сдвига ( ) между ВХОДСИ4 и выходом част точувствительного блока 11. Напряжение на выходе фазового дискриминатора 14, пропорциональное вепнчкHei.tJ будет также пропорционально и величине отклонения частоты упругого резонанса ( - ) от начального значения При малых значениях йсо (). Сигнал, снимаемый с выхода фазового дискриминатора 14 через кнтегрозапоминаюций блок 15, второй широтно-импульсный модулятор 16 и ключевые элементы 24, 29.,. управ -1 ляет величинами.-; и тр , исходя 1 1 из условия %,1/при этом всегда стремится к нулю (фиг.З и 4). Контур самонастройки по частоте упругого резонанса, состоящий из блоков 14 - 16, реализует интегральный закон управления и при достаточном быстродействии (превосходящем скорость изменения «о) практически обеспечивает выполнение уелодвия. где. .«yi. текущие значения параметров. Включение в контур самонастройки интегрозапоминающего блока 15 (вместо интегратора) обуславливается следующими причинами. При медленных изменениях параметра а - . , что имеет место в электроприводах,. непрерывная поднастройка параметров , Tf , может вносить дополнитель Йую погрешность в систему в виду нестабильности собственных параметров контура самонастройки, Интегрозапоминающий блок 15 исключает этот недостаток, размыкая контур самонастройки при достаточно точной поднастройке параметров - ; (определяемой областью допустимых погрешностей), с поддерз анием значений этих параметров на неизменном уровне (режим запоминания) и замыкая контур самонастройки при заметйом рассогласовании параметров 4 , сОи (когда рассогласование превышает область допустимьк погрешностей (режим интегрирования). Интегрозапоминакщий блок 15 работает слеяуквдим образом. В режиме интегрирования вход интегратора 16 подключен к выходу фазового дискриминатора 14, на выходе интегратора 18 формируется сигнал управления, который подается на входы широтно-импульсного модулятора 16 и блока 19 запоминания. Напряжение на выходе блока 19 запоминания непрерывно следит за напряжением на выходе интегратора 18. В режиме запоминания вход интегратора 18 переключается с выхода фазового дискриминатора 14 на вход компаратора 20, а блок 19 запсадинания фиксирует выходное

напряжение интегратора, 18 и удерживает неизменным его значение на своем выходе. Кс шаратор 20, включенный в цепь обратной ртрицательной связи интегратора 1, сравнивает его выходнее напряжение с напряжением блсяка 19 запоминания и тем самым поддерживает выходное напряжение интегра:тора 18 на неизменнее уровне. Точность поддержания зависит от точности блока 19 запсялянания. Таким образом решается задача сохранения неизменным значения напряжения интегратора 18 в течение любой продолжительности режима запоминания при непрерывном отборе тока навыходе интегратора 18 и тепловом сме14ении нуля на его входе. Зона нечувствительности релейного элемента 22 позволяет разкклкать контур самонастройки при достаточно малсм сигнале с выхода фазового дискриминатора 14. Зона нечувствительности рассчитывается исходя из времени Запаздывания и возможного , разброса параметров контура самонастройки.

Контур Самонастройки по амплитуде упругого резонанса обеспечивает .перенастройку по пропорциональному закону. Увеличение коэффициента усиления в контуре позволяет максимально уменьшить статическую О11шбку, а наличие сглаживакхпего фильтра на выходе выпрямителя 12 позволяет от регулировать быстродействие контура самонастройки по амплитуде таким бразсж/ чтобы контур самонастройки ,пр частоте был более быстродействую«№ял, так как выполнение равенства

ДЛЯ правильной настройки Sy; возможно лишь после точной настройкк

Vi-l,). ,.

Параметры Кф и частоточувствительного блока 11 выбираются исходя из обеспечения необходимой чувствительности и быстроцействия контуров самонастройки. Первый и второй широт0но-импульснь1е модуляторы 13 и 16 могут быть вьшолнены на основе одного генератора модулирующей частоты (генератора пилообразного напряже ния).;

5

Применение предлагаемого устройства в электроприводах с нестационарными механическими объек тами/ в состав которых входят слабодемпфированные упругие связи, позволит максимально приблизить частоту среза основного контура системы управления электроприводе к полосе частот упругого резонанса гИ, тем самьпи, даст возможность увеличить быстродействие . 5 электропривсда и его динамическую точность в 5-6 разj а также обеспеч чит устойчивую работу при двухкратйом изменении частоты и амплитуды кол ебаний упругого резонйнса.

Корректирующее звено с автомати0ческой поднастройкой парамё рс(в по a mлитyдe и частоте колебаний упругого резонанса реализовано в виде унифицированного модуля и может бь1ть использовано для широкого класса

5 электромеханических систем с упругой связью между электродвигателем и механизм.От S/toxff 74

фиг. г ЖЛдауЛГ ---lO

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С УПРУГОЙ СВЯЗЬЮ МЕЖДУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И МЕХАНИЗМОМ, соцержгиций электродвигатель и последовательно включенные регулятор частоты вргицения с псдключенным к его входу датчиком частоты вращения, корректирующее звено, регулятор тока якоря с подключенным к его вхсаду датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, подйлюченный к якоро электрсдвигателя, отличающийся тем, что, с целью улучшения компенсации упругик колебаний и повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные полосовой фильтр, чг.стоточувствительный блок, выпрямитель и первый широтно-импульсный модулятор, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор, интегрозапоминающий блок и в торой широтно-импульсный модулятор, при этом вход, полосового фильтра подключен к выхсщу датчика частоты вращения, а его выхоц вместе с выхсдом частоточувствительного блока подключен к вхсиам фазового дискриминатора, управляющие входы корректирующего звена соединены с выходами широтно-импульсных модуляторов, выход второго иэ которых подключен к управля1сщэ 1у входу частоточувствительного блока. . П 2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что интегрозапоминающий блок ссдержит последовательно соединенные ключевой элемент, свободный вывод которого является входом блока и интегратор, выход которого, являющийся выхсщом блока, через блок запсанинания и непосредственно соединен с вхсдами компаратора, выхсщ которого через второй ключевой элемент подключен к входу интегратора, при этом управляющие входы обоих ключевых элементов и блока запоминания соединены с выходом релейного элемента, вход которого соединен с входом блока.

&rof(ff фшЗ S ffjfy вт S/toita fff