Электропривод постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым по цепи якоря электроприводам постоянного тока, и может быть использовано в системах регулирования скороети электроприводов, характеризующихся широким диапазоном изменения момента инерциио Цель изобретения - повышение надежности устройства. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 кривые переходных процессов при ступенчатом задании скорости двигателя. Электропривод постоянного тока содержит последовательно соединенные двигатель 1, управляемый преобразователь 2, регулятор 3 тока якоря, задатчик 4 интенсивности тока якоря, содержащий последовательно соединенные усилитель-ограничитель 5 и интегратор 6 с элементом 7 ограничения выходного напряжения, регулятор 8 скорости двигателя, содержащий масштабный усилитель 9, подключенный к входам амплитудного детектора 10, устройства 11 выборки-хранения, узла сравнения 12 и нуль-органа 13, выход которого подключен к входу логической схемы ИЛИ 14, последовательно соединенные блок 15 измерения разности периодов импульсной последовательности, триггер 16 знака разности периодов и формирователь 17 импульсов, под ключенный к входу логической схемы ИЛИ 14, выход которой подключен к це пи сброса на нуль напряжения амплитуд ного детектора 10, выходы устройства 11выборки-хранения и амплитудного д тектора 10 подключены к входам узла 12сравнения, выход которого связан входом задатчика 4 интенсивности тока якоря, датчики 18, 19 скорости и тока якоря двигателя 1, подключенные к входам соответствующих регуляторов датчик 20 режима ограничения напряжения интегратора, вход которого связан с выходом интегратора 6, а выход - с управляющим входом устройств I I выборки-хранения, импульсный датчик 21 скорости двигателя, выход которог подключен к входу устройства 15 измерения разности периодов (фиг. 1 ). Устройство работает следующим образом. В установившемся режиме отклонение скорости от заданного значения равно нулю, выходные напряжения усилителя 9 также равны нулю, т.е. U K. к X (-5 -;) ) Кц8-5, где Кц - коэффициент усиления масштабного усилителя} 5 ,-) - соответственно заданное и действительное значения скорости двигателя; 8-) - отклонение скорости двигателя от заданного значения. Устройство 11 выборки-хранения функционирует в режиме выборки, так как ток якоря двигателя и напряжение его задания не достигают в установившемся режиме максимального значения и датчик 20 режима ограничения формирует сигнал выборки на управляющем входе устройства 11. Следовательно, в установившихся режимах напряжение на входе устройства выборки-хранения всегда равно входному, т.е. Uy gj U у 0. Среднее значение выходного напряжения амплитудного детектора 10 в установившихся режимах также равно нулю, так как любые отклонения скорости от установившегося значения приводят к такому изменению напряжения узла 12 сравнения, задатчика 4 тока якоря и тока якоря двигателя, что отклонение скорости от заданного значения стремится к нулю. При этом нуль- орган 13 через схему ИЛИ 14 сбрасывает на нуль напряжение амплитудного детектора. В установившихся режимах знак разности периодов импульсного датчика 21 скорости меняется на противоположный после каждого замера периода и формирователь 17 импульсов выдает сигнал сброса на нуль напряжения амплитудного детектора 10. Таким образом, в установившихся режимах среднее значение напряжения на выходе узла 12 сравнения равно нулю, т.е. - идо О, где и, Uy - UI,B. . IJJJv у- ij ВХ-АО Ао среднее значение напряжения на выходе амплитудного детектора. Среднее значение напряжения на выходе усилителя ограничителя 5 равно нулю, выходное напряжение интегратора 6 равно напряжению датчика тока якоря (величина тока якоря в установившихся режимах определяется величиной статистической нагрузки на валу привода). При изменении сигнала задания скорости двигателя на величину ) VQ, где , - начальное значение скорости двигателя, на выходе узла 12 сравнения формируется напряжение Кц(-0 ) + Uyc JJ . + Кц(- )- К,( Г K(), где S - отклонение скорости от заданного значения. Устройство 11 выборки-хранения по прежнему функционирует в режиме выборки, пока ток якоря в переходном процессе не достигнет макс1шального значения, а амплитудный детектор 10 запоминает максимальное отклонение скорости от заданного значения, т.е К. 5. АО у Предположим, что о-) О, т.е. за дано увеличение скорости двигателя. Поскольку в начальный момент времени 8- , то в соответствии с выражением (1) Uyp . Предположим также для определенности, чт усилитель-ограничитель 5 находится в режиме насьпдения. Тогда напряжение задания тока якоря на выходе интегратор.а 6 нарастает по линейному закону и ток якоря стремится отслеживать его (при достаточно быстродей ствующем управляемом преобразователе 2 кривая тока якоря практически соот ветствует заданной - фиг. 2, кривая 22). Скорость двигателя начинает нарастать, отклонение S-- скорости от заданного значения уменьшается, пери од следования импульсов импульсного датчика скорости уменьшается, т.е. триггер 16 знака разности периодов занимает одно из устойчивых положений (знак разности периодов при увеличении скорости отрицателен), сброс амплитудного детектора на нуль не происходит. Как только напряжение задания тока якоря и ток якоря достигают максимально допустимого значения, датчик 20 режима ограничения напряжения интегратора формирует сигнал хранения на управляющем входе устройства 1.1 выборки-хранения (фиг. 2, момент времени tj ) , которое переходит в режим запоминания своего входного сигнала, соответствующего моменту времени t,, T.e.Uyg ,р, где S-))(p- отклонение скорости двигателя от заданного значения в момент времени t,. В режиме ограничения тока якоря скорость двигателя изменя ется по линейному закону. Выходное напряжение узла 12 сравнени определяется выражением К„( -S). SC , т При достижении отклонением S-) ско рости двигателя значения 8) S} - SJxp полярность выходного напряжения узла 12 сравнения становится отрицательной, т.е. и УС О, и напряжение задания тока якоря начинает уменьшаться (момент времени Сд, фиг.2) Уменьшающийся ток якоря приводит к монотонному процессу ликвидации отклонения S от заданного значения (кривая 23, момент времени t, фиг.2). Устройство выборки-хранения переходит в режим выборки. С момента времени t система функционир -ет в новом установившемся режиме. Поскольку алгоритмы работы регулятора скорости не зависят от параметров объекта, то изменение момента инерции механизма приводит лишь к изменению величины и времени переходного процесса (время переходного процесса уменьшается с уменьшением величины момента инерции). Характер переходного процесса остается близким к оптимальному по быстродействию. Если в силу координатных или параметрических возмущений, погрешностей запоминания величин S и 59хри других причин отклонения скорости от заданного значения в момент времени t 2 не равно нулю, например допустим останется; положительным, т.е. S9 - О, (фиг. 2, кривая 24), то происходит сброс напряжения амплитудного детектора 10 на нуль импульсом напряжения, формируемым формирователем 17 импульсов при смене знака разности периодов импульсной последовательности датчика 21 импульсов. Это происходит в момент времени, близкий к t, так как малейшее изменение полярности динамического тока якоря (кривая 22, фиг. 2) сопровождается уменьшением скорости двигателя, т.е. увеличением периода следования импульсов импульсного датчика скорости. Таким образом, в момент времени, близкий к tJ, происходит сброс напряжения амплитудного детектора на нуль и его перевод в режим выборки. На выходе сравнения формируется напряжение .) где О-) - новое отклонение скорости от заданного значения, запоминаемое амплитудным детектором в момент времени, близкий к tj (амплитудный детектор переходит в режим запоминания максимального отклонения скорости) . Напряжение U О так как в момент времени t 28 89 , т.е. вырабатывается положительное приращение тока якоря двигателя (кривая 25, фиг. 2). При достижении отклонением скорости от заданного значения величины 89 полярность выходного напряжения Uy узла сравнения становится отрицательной (момент вре мени Ц, фиг. 2), ток якоря начинает уменьшаться, а отклонение скорости 8-3 устремится к нулю (момент времени t, фиг. 2). Если заданное приращение ) скорости мало и ток якоря не выходит на реж11м ограничения, то отклонение скорости от заданного значения отрабатывается за два интервала управления аналогично рассмотренному процессу ликвидации отклонения 6-у Таким образом, данный электропривод позволяет получить квазиоптималь ные по критерию быстродействия переходные процессы в системе при наложенных ограничениях на величину и скорость нарастания тока якоря и изменениях момента инерции механизма. Электропривод обладает повышенной . помехозащищенностью канала оценивая производную скорости двигателя, смен полярности производной скорости двигателя оценивается посредством измерения разности периодов следования импульсов частотного датчика скорости и определения знака этой разности. Периоды следования импульсов могут быть выбраны достаточно малыми в рабочем диапазоне скоростей (до нескольких миллисекунд), что практически не вносит запаздывания при определении момента времени изменения знака производной скорости. Надежность функционирования системы электропривода при этом определяется лишь надежностью используемой элементарной базы и не зависит от уровня и спектра шумов датчика скорости при определении моментов экстремумов скорости двигателя. j ttf is t

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий последовательно со единенные двигатель, управляемый пр образователь, регулятор тока ЯКОРЯ. задатчик интенсивности тока якоря, содержащий последовательно включенные усилитель-ограничитель и интегр тор с элементом ограничения выходного напряжения, и регулятор скорос ти, содержащий масштабный усилитель подключенный к входам амплитудного детектора, устройства выборки-хране ния и нуль-органа, выход которого соединен с входом логической схемы ИЛИ, выход которой связан с цепью сброса на нуль напряжения амплитудного детектора, выходы амплитудного детектора и устройства выборки-хранения соединены с входами узла сравнения, датчики скорости и тока якоря , подключенные к входам соответствуюущх регуляторов, датчик релшма ограничения напряжения интегратора, подключенный к управлякщему входу устройства выборки-хранения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно введены последовательно соединенные импульсный датчик скорости двигателя, блок измерения разности периодов, триггер знака и формирователь импульсов, выход которого связан с входом логической схемы ИЛИ, выход масшабного усилителя подключен к входу узла сравнения, выход которого соединен с входом задатчика интенсивности тока якоря.