Самонастраивающаяся система управления Советский патент 1984 года по МПК G05B13/02 

1 11

Изобретение относится к области истем регулирования скорости и моет быть использовано для управления ромьшшенными электроприводами, которых в процессе работы имеет

есто изменение момента нагрузки

электромеханической постоянной ремени за счет вариаций потока озбуждения двигателя и приведенного

омента инерции.

Предлагаемая система может использоваться, например, в роботостроении (в системах управления приводами рабочих органов манипуляционных роботов), в станкостроении (в системах управления приводами главного движения металлорежущих станков), в металлургии (в системах управления приводами моталок, приводами валков прокатньк клетей и других механизмов, где требуется управление скоростью независимо от вариаций момента нагрузки и электромеханической постоянной времени).

Известна самонастраивающаяся система управления, содержащая последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регулятор, усилитель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиками скорости и тока, выход которого через последовательно соединенные второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор, второй блок умножения и второй интегратор подключен к управляющему входу регулятора и второму входу первого блока умножения, первый вход которого подключен к второму входу второго блока умножения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора и вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 1.

Недостатком известной системы является низкая точность определения приведенного момента инерции при переменном моменте нагрузки и потоке возбуждения двигателя.

Наиболее близкой к данной является самонастраивающаяся система управления, в которой дополнительно установлены последовательно соединенные третий интегратор, пятьй сумматор и блок деления, второй вход которого соединен с выходом

69261

второго интегратора, а выход с вторым входом второго сумматора, выход первого блока умножения подключен к входу третьего интегратора, 5 выход датчика скорости подключен к второму входу пятого сумматора С2J.

Система является более сложнбй (следовательно, менее надежной) и позволяет в процессе определения

О текущего значения электромеханической постоянной времени привода находить текущее значение статической составляющей тока двигателя. Поскольку процессы определения электроме5 ханической постоянной времени привода и статической составляющей тока двигателя являются взаимосвязанными и имеют одинаковую длительность, вычисление электромеханической пос0 тоянной времени привода всегда осуществляется при приближенных значениях статической составляющей тока двигателя и обуславливает погрешность при определении электромеханической постоянной времени. Точность настройки регулятора в ряде случаев является недостаточной. Кроме того, обе известные системы не обеспечивают самонастройку выходной

0 координаты от вариаций момента нагрузки двигателя.

Цель изобретения - повьшение надежности и точности работы системы. Поставленная цель достигается тем,

5 что в самонастраивакщуюся систему управления, содержащую блок возбуждения, выход которого соединен с входом обмотки возбуждения двигателя, последовательно соединенные задатчик,

0 первый сумматор, регулятор, усилитель мощности и электродвигатель с установленш.1ми на нем датчиками скорости, тока и тока возбуждения, выход которого соединен с вторым входом блока

5 возбуждения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого f сумматора и первь1М входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а первый

0 вход блока возбуждения соединен с выходом задатчика, введен корректирующий усилитель, вход которого соединен с выходом второго сумматора, выходы датчиков скорости и тока возбуждения

5 соединены соответственно с вторым

и третьим входами регулятора, четвертьй вход которого соединен с выходом датчика тока двигателя и первым входом интегратора, второй вход которог соединен с выходом корректирующего усилителя и пятым входом регулятора Такое вьшолнение системы позволяет обеспечить настройку регулятора на заданную динамику при вариациях приведенного момента инерции системы, потока возбуждения и момента нагрузки двигателя.. Контролируемыми (управляемыми) координатами системы как правило, являются ток i(t) и ско рость ( двигателя. Связь между координатами 1(1)и uo(t) в двигателе описывается уравнением (t) ),icW,(t),)di , (t) О где tc(fe) - статическая составляющая тока двигателя, пропор- циональнаямоменту нагрузки на валу двигателя 3(tl - приведенный к валу двига теля момент 11нерции систеЬй 1;. Ф (} - поток возбуждения двигателя, являюпшйся функцией тока возбуждения двигателя. , , -У Вид функции f Utl , rj.(tj, 5(t), Ф(t зависит от используемого двигателя. Например, для двигателя постоянного тока независимого возбуждения функци f t(t ,,-clt), 3(il, Фи) i(t)- i(t)Ф(t где К - коэффициент, определяемый конструкцией электродвигателя. Рассмотрим функцию ).э()-5:ш 1 где К - коэффициент, определяемый конструкцией электродвигателя и средними значениями (математическими ожиданиями величин 3{t), ic(tf i ( Подставляя в (1) конкретную функцию f например (2), вычисляем функцию ио (t).Подставив в первую часть уравнения (1) функцию (3) и приравняв правую часть к вычисленной ранее функции u(t| определяем из полученного интегрального уравненияjfrrD i-cWj it i wui J- iTy w ° .° . (4) функцию Jj(t|, Определенная таким образом функция 17 (t) делает для системы управления неразличимыми двигатели, в которых связь между координатами i(t) и w(t) описьгеается уравнениями (2) и (3), так как двигатель, соответствующий уравнению (3), учитывает влияние- вариаций ij.{t), 3{t) ,f(t| реального двигателя с помощью соответствующего изменения параметра ). На чертеже приведена схема самонастраивающейся системы управления. Система содержит блок возбуждения 1, обмотку возбуждения 2, задатчик 3, первый сумматор 4, регулятор 5, усилитель мощности 6, электродвигатель 7, датчик скорости 8, датчик тока 9, датчик тока возбуждения 10, второй сумматор It, интегратор 12 и корректирующий усилитель 13. Регулятор 5 состоит из неизменяемой части регулятора 14 и изменяемой части 15 регулятора. При этом в зависимости от свойств объекта управления (двигатель с технологическим механизмом) структура регулятора 5 и назначения его входньк сигналов могут быть различны. Например, для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, обеспечивающего регулирование скорости технологического вала, сигнал i обеспечивает регулятору 5 возможность реализации широко распространенного в практике подчиненного регулирования (3) координатами системы. Сигнал ig обеспечивает при этом корректировку уставки на ограничение тока двигателя при регулировании потока возбуждения. Сигнал Luj совместно с сигналом i обеспечивает компенсацию влияния внутренней обратной связи по ЭДС двигателя на управляемые координаты системы. Выходной сигнал корректируищего усилителя 13 обеспечивает пропорциональное изменение коэффициента передачи изменяемой части 15 регулятора 5. При этом неизменяемая часть 5 регулятора 14 представляет собой пропорциональное звено (возможна при необхо}1димости реализация пропорциональноинтегрального звена). Корректирующий усилитель 13 обеспе чивает усиление и преобразование выходного сигнала сумматора 11. Закон преобразования корректирующего усршителя 13 определяется требованиями, предъявляемыми к точности определения параметра D . В ряде случаев пропорциональный закон корректирующего усилителя 13 является достаточным для удовлетворения указанных требований. При высоких требованиях к точности определения D., в законе преобразования сигнала корректирующим усилите- fS ние лем 13 должна присутствовать интегральная составляющая. Интегратор 12 имеет управляемую постоянную интегрирования 3(i и об печивает на своем выходе сигнал t Сигнал f(i| поступает на первьй вход интегратора 12, а величина Jg( разменяется пропорционально сигналу, поступающему на его второй вход с хода корректирующего усилителя 13. Блок 1 возбулсдения обеспечивает на своем выходе сигнал, формирующий требуемый поток возбуждения (ток возбуждения) двигатепя, н содержит последовательно соединенные функцио нальный преобразователь 16, третий сумматор 17, второй регулятор 18 и второй усилитель 19 мощности возбуждения. На первый вход блока 1 во буждения и затем на вход функционал ного преобразователя 16 поступает сигнал задания скорости с выхода задатчика 3. На второй вход блока 1 возбуждения и затем на второй вход сумматора 17 поступает сигнал f-g с выхода датчика 10 тока возбуждени Функциональный преобразователь 16 обеспечивает преобразование сигзадания на ток возбуждения (поток возбуждения) двигателя. При этом изменение сигнала u), соответствую щего диапазону изменения скорости от нуля до номинальнойу не влияет на выход функционального преобразователя 16, который остается неизмен ным и обеспечивает задание номи66нального потока (тока возбуждения) двигателя. Регулятор 18, реализую1чий, например, пропорционально-интегральный закон, обеспечивает требуемую динамику регулирования тока возбуждения (потока) двигателя. Система работает следующим образом. Динамический режим в системе наступает в момент изменения момента нагрузки на валу двигателя или момента инерции 3 системы или потока возбуждения двигателя. Изменеодной (или нескольких) из указанных величин приводит к изменению скорости LUj двигателя, что приводит к соответствующему изменению выходного сигнала сумматора 11. Последний ,воздействуя через корректирующий усилитель 13 на второй вход интегратора 12,изменяет значение выхода uJj до уровня сигнала LO и систем 1 возвращается в статическое состояние. При этом синхронно с изменением вьрсодного сигнала корректирующего усилителя 13 и пропорционально ему изменяется коэффициент передачи изменяемой части 15 регулятора 5, стабилизируя выходн5то координату (2 системы. Время изменения значения сх), до уровня сигнала tUj во много раз меньше времени переходного процесса системы по управляющему воздействию и-ц,что позволяет за счет быстрой перестройки регулятора 5 поддерживать скорость двигателя на заданном уровне, т.е. сохранять практически неизменным сигнал на выходе сумматора. 4, т.е. сумматор 11,, корректурующий усилитель 13 и интегратор 12 следят за изменением ш в пределах заданной точности, не допуская за счет, перестройки регулятора 5 выхода координаты ujj за пределы заданной погрешности. В предлагаемое устройство по сравнению с прототипом включен корректирующий усилитель и исключены из схемы блок деления, два блока умножения, два интегратора и три сумматора, что упрощает устройство системы, повышая надежность работы. Кроме того, введение корректирующего усилителя и использование интегратора с управляемой постоян- . ной интегрирования позволяет формировать сигнал перестройки регулятора без промежуточных вычислений статиче кой составляющей тока двигателя, ;что повышает, точность настройки регулятора. При этом более простая схема формирования сигнала перестрой ки обеспечивает сокращение времени формирования сигнала, что также способствует повышению точности наст ройки регулятора. Дополнительно предпагаемая система управления наряду с самонастройкой от вариаций потока возбуждения и момента инерции системы обеспечивает также самонастройку от вариаций момента выгрузки, что обеспечивает более высокую точность стабилизации выходной координаты системы. Технико-экономический эффект от применения предлагаемой системы по сравнению с базовым объ- ; ектом (прототипом) определяется суммарной стоимостью блока деления, двух блоков умножения, двух интегра торов, трех сумматоров за вычетом стоимости корректирующего усилителя и количеством внедренных (планируемых для внедрения) в производство систем управления, надежностью-ра боты базового объекта и предлагаемой системы (имеет по сравнению с базовым объектом более высокую надежность работы и, следовательно, обеспечивает за время своей эксплуатации меньшее число простоев), которая вьфажается произведением стоимости продукции, выпускаемой технологическим агрегатом за час, и разности часов простоя базового объекта и предлагаемой системы за весь период эксплуатации, точностьюработы базового объекта и предлагаемой системы (зависит от типа технологического агрегата, который обслуживает системы управления, например использование предлагаемой системы управления для стабилизации скорости прокатных валков непрерывного стана позволяет снизить разнотолщинность проката и осуществлять поставку металла по теоретической массе, т.е. для одной и той же массы металла на входе стана получать дополнительный выход продукции) .

САМОНАСТРАИВАЮ Г1АЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая блок возбуждения, выход которого соединен с входом обмотки возбуждения двигателя. Последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регулятор, усилитель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиками скорости, . тока и тока возбуждения-, выход которого соединен с вторым входом блока возбуждения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора и первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а первый вход блока возбуждения соединен с выходом задатчика, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности работы системы, в ней установлен корректирующий усилитель, вход которого соединен с выходом второго сумматора, выходы датчиков ш скорости и тока возбуждения соединены соответственно с вторым и третьим входами регулятСра, четвертый вход которого соединен с выходом датчика тока двигателя и первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом корректирующего усилителя N9 и пятым входом регулятора. СО Ю О)