Адаптивный регулятор тока Советский патент 1984 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к устройст вам автоматического управления элект роприводами постоянного тока с вентильными преобразователями, работающими в зоне непрерывного и прерывистого тока якоря. Известно устройство, содержащее задатчик, датчик обратной связи,ИИрегулятор, И-регулятор, первый и вто рой управляемые ключи, вентильный преобразователь, пороговый элемент и инвертор l . Недостатком этого устройства явля ется низкая точность регулирования тока якоря двигателя при срабатывании первого или второго управляемого ключа, в результате чего на входе вентильного преобразователя будут скачки управляющего напряжения, кото рые могут при-вести к недопустимым всплескам тока якоря двигателя, Известно также устройс:5во для адаптивного регулирования тока вентильного преобразователя, содержащее пи-усилитель, умножитель и три П-уси лителя, причем выход первого П-усилителя подключен к первому входу умножителя, вход второго П-усилителя подключен к первому входу .третьего П-усилителя, выход третьего П-усилителя подключен к второму входу умножителя, а выход последнего - к входу пи-регулятора, выход которого являет ся выходом устройства. Сигнал задани подается на первый вход первого П- ..j усилителя, сигнал обратной связи .поступает одновременно на второй вход, первого П-усилителя и на вход второго П-усилйтеля, Опорное напряжение подается на второй вход третьего Пусилителя, Напряжение обратной связи по току якоря двигателя преобразуется на втором П-усилителе, ограничивается для границы прерывистого режима и вычитается из опорного напряжения UQ на входе третьего П-усилителя, При помощи второго и третьего П-усилителей производится аппроксимация гиперболы F(x) - 1/кх двумя прямыми где X - сигнал обратной связи по току. В результате на выходе третьего П-усилителя получается сигнал, обрат но пропорциональный коэффициенту уси ления вентильного преобразователя, который при помощи умножителя умножается на сигнал сравнения заданного и действительного значения тока, пос тупающий с выхода первого П-усилителя на второй вход умножителя, и с выхода последнего подается на вход пи-регулятора тока, В непрерывном режиме в передаточную функцию пи-регулятора тока вводится величина 1/Кд const, котора компенсирует коэффициент усиления вентильного преобразователя Квп const, в режиме прерывистого тока коэффициент усиления вентильного преобразователя становится зависимым от величины тока якоря двигателя Kgn (ICP ) var и для его компенсации в передаточную функцию ПИ-регулятора тока вводится величина l/.(I(.f ) . ivar. Таким образом, производится регулирование постоянной времени интегрирования пи-регулятора тоха.. выполняя условие адаптации по усилению 2 , Однако данное устройство не обладает высокой точностью и одинаковым качеством в режиме прерывистого тока и в режиме непрерывного тока, так как не происходит изменения ПИ-характеристики регулятора на И-характеристику при переходе из непрерывного режима в режим прерывистого тока. Кроме того, при малых напряжениях сигнала сравнения на выходе первого П-усилителя нормальная работа ПИ-регулятора тока нарушается и не достигается необходимой точности регулирования. Целью изобретения является повышение точности регулирования тока и получение одинаковых характеристик контура тока как в режиме непрерывного тока, так и в режиме прерывистого тока. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ПИ-усилитель и умножитель, дополнительно введены последовательно соединенные блок выделения модуля и цель коррекции, причем второй вход усилителя свя зан с входом блока выделения модуля, выход цепи коррекции соадинен с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход умножителя связан с третьим -Д входом усилителя, На чертеже представлена блок-схема адаптивного регулятора тока. Адаптивный регулятор тока содер-;; жит -пи-усилитель 1, умножитель 2, цепь коррекции 3 и блок вьщеления модуля 4, На вход блока вьщеления модуля пО дается сигнал обратной связи по току, а его подключен к входу цепи коррекции 3, Выход цепи коррекции 3 соединен с первым входом умножителя 2, включенного в цепь-обратной связи пи-усилителя 1 так, что выход пи-усилителя 1 подключен к дру гому входу умножителя 2, а выход последнего - в цепь обратной связи ПИусилителя 1, Выход ПИ-усилителя 1 является выходом устройства. Адаптивный регулятор тока работает следующим образом. Для получения передаточных функций звеньев, действие которых нужно компенсировать, чтобы сохранить качест- во регулирования в обоих режимах неизменным, составим выражение передаточной функции разомкнутого контура управления электроприводом. В непрерывном режиме рТэМ 1 Кап paUp1 T-VраТ.., PV ) щ -коэффициент вентильного прео6раэовате/1я в непреры : . ном режиме; -коэффициент обратной связ по току в контуре тсха; -коэффициент демпфирования -сопротивление якорной цеп двигателя; -электромагнитная постоянн времени цепи якоря двигателя ; -постоянная времени форсир щей части ПИ-регулятора; -сую/арная некомпенсируема постоянная времени контур тока. Адаптивный регулятор тока отлича ется тем, что с целью осуществления адаптации в него вводится велич на, а неадаптированная часть регуля тора при условии Т имеет вид ) . ( в прерывистом режиме Q, а коэффициент усиления преобразователя является функцией тока якоря, т.е. 90 поэтому 1Кбп(Тср) 1 ,;р)GM(P) pTjurt-1 Кач , Для выполнения условия (1) необхо димо скомпенсировать действие звенье (рТз + DKgn dcp)- Следовательно, пе редаточная функция корректирующей це пи должна иметь вид G,;op (Р) (РТ, + D-Ken Ucp). Для получения сигнёша, равного Кцп {1(;р) , достаточно осуществить опе .n(Icp) ffr;7mI T S e где U - напряжение обратной связи по току; Tg - период изменения напряжения питающей сети; m - число фаз преобразователя; tg - время зажигания вентиля; ИАо время погасания вентиля. Это преобразование можно выполнит на сглаживающем операционном усилителе, имеющем функцию передачи (Р) рТ + 1 где Т; -5 период усреднения ток roRsu, Окончательно передаточная функция корректирующей цепи примет вид G (р) - кop РРТ-. + 1 которую можно реализовать на решаиощем усилителе, выполняющем сглаживание С компенсацией запаздывания. Выход цепи коррекции 3 ограничен на уровне коэффициента усиления вентильного преобразователя Квп для непрерывного режима. В режиме прерывистого тока сигнал обратной связи по току UT через блок выделения модуля 4 подает-ся на вход цепи коррекций 3, на которой производится вычисление коэффициента усиления вентильного преобразователя бп (ср) в функции тока якоря двигателя. Напряжение, равное ), с вынода цепи коррекции 3 поступает на первый вход умножителя 2, на второй вход которого подается напряжение с выхода пи-усилителя 1. Результат умножения с выхода умножителя 2 вводится в цепь обратной связи операционного усилителя эквивалентно делению в прямой цепи, регулятор тока будет иметь передаточную функцию -«: к1. «(.t-s- 1рт,+1)к„ (ij, G,T (Р) , 7к,ц Квп 1с7Т В прерывистом режиме регулятор тока имеет И-характеристику с постоянной времени интегрирования, изменящейся в функции тока якоря двигателя этом случае передаточная функция разомкнутого контура тока (1) остается неизменной, как и в непрерывном режиме. При переходе в режим непрерывного тока напряжение иа выходе цепи коррекции 3 достигает уровня ограничения равного коэффициенту усиления вентильйого преобразователя КВР в-непрерыв-ном режиме, и остается постоянным. С этой целью при напряжении обратной связи по току, Соответствующем значению граничного непрерывного тока, часть входного сопротивления операционного усилителя в цепи коррекции 3 шунтируется стабилизатором. Напряжение, равное Ken/ посредсгвом умножителя 2 вводится в цепь обратной связи пи-усилителя 1. В результате, регулятор тока имеет ПИ-характеристику. с заданной постоянной времени интегрирования г ------ 1

В непрерывном режиме действие форсирующей части цепи коррекции 3 не сказывается на работе регулятора тоа, так как оно находится выше предела ограничения, равного , . При выполнении условий структурной адаптгщии, т..е. при переключении регулятора тока с пи-структуры на И-структурУг ,а также адаптации по коэффициенту усиления, что легко осуществляется с помощью цепи коррекции, качвство регулирования тока в прерывистом и непрерывном режимах сохраняется неи зкюнным.

Использование цепи коррекции и модуля, а также включение умножителя в цепь обратной связи ПИ-регулятора тока выгодно отличает Т редпагавмлл адаптивный регулятор тока от прототипа, так как сохраняется астатиэм ра боты регулятора, сокращается число операционных усилителей и дополнительно производится структурная адаптация, т.е. изменение структуры регулятора тока с пи-характеристики на Ихарактеристику, с сохранением всех

достоинств других аналогов, а именно: отсутствие резких скачков напряжения на выходе регулятора, так как на выходе регулятора стоит ПИ-усилиуель, а переключения производятся в цепи обратной связи и скачки напряжения фильтруются в цепи коррекции.

Применение адаг- ивного регулятора позволит, не ухудшая качества регулирования, исключить из цепи якоря двигателя сглаживающий реактор, который в мощных установках занимает отдельный шкаф и составляет 10-25% веса комплекта оборудования.При этом уменьшаются габариты, вес и энергетические потери установки.

Применение устройства в реверсивных электроприводах с вентильными преобразователями, имеющими раздельное управление, позволит улучшить качество переходных процессов, что обеспечит плавность нарастания нагрузок в механических узлах и повысит точность управления скоростью и положением механизма.

АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТОКА, содержащий усилитель и умножитель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и получения одинаковых характеристик контура тока как в режиме непрерывного тока так и в режиме прерывистого тока, в него введены последовательно соединенные блок выделения модуля и цепь коррекции, причем второй вход усилителя связан с вкодом блока выделения модуля, выход цепи коррекции соединен с первым входом ум11ожителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход умножителя связан с третьим входом усилителя.