Электропривод постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам постоянного тока, и может быть использовано в системах регулирования скорости электроприводов,имеющих широкий диапазон изменения момента инерции.

Цель изобретения - формирование оптимальных по быстродействию пере- ходньк процессов при изменении параметров электропривода.

На фиг. 1 приведена функциональная схема злектропривода; на фиг. 2 кривые переходных процессов при скачке задания скорости (ток якоря не выходит на режим ограничения) ; на фиг. 3 - то же (ток якоря выходит на режим ограничения).

Электропривод (фиг. I) содержит электродвигатель 1 постоянного то-г ка, подключенный к заправляемому преобразователю 2, в цепь управления которого включены последовательно соединенные регулятор 3 скорости, задатчик 4 интенсивности, выполнен- ньш в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя 5 и интегратора 6 с блоком 7 ограничения в цепи обратной связи, и регулятор тока, а также подключенные к входам соответствующих регуляторов датчики 9 и 10 скорости и тока соответственно. Кроме того, содержит последовательно соединенные управляемый ключ 11, интегратор 12 со сбросом и блок 13 выделения модуля, а также масштаный усилитель 14, блок 15 умножения дифференцирующее звено 16,, нуль-орган 17 и датчик 18 режима ограничения, вход которого подключен к блоку 7 ограничения, а выход х входу управления управляемого катюча I 1 , выходы дифференцирующего звена 16 и блока 13 вьщеления модуля соединены с входами блока 15 умножения, выход которого через масштабный усилитель 14 подключен к входу задат- чика 4 интенсивности, цепь сброса ) на нуль интегратора 12 со сбросом через нуль-орган 17 связан с выходом дифференцирующего звена 6s а вход управляемого ключа 11 соединен с выходом усилителя-ограничителя 5 задатчика 4 интенсивности.

Электропривод работает следующим образом.

В установившихся (квазиустановив шихся) режимах работы электропривод

266002

сигнал 9 задания скорости равен сигналу датчика 9 скорости электродвигателя. Поскольку скорость электродвигателя не-меняется, то

5 сигнал на выходе дифференцирующего звена 16 равен нулю и нуль-орган 17 сбрасьшает напряжение интегратора 12 на нуль. Выходные напряжения блока 13 выделения модуля, блока 15 ножёния и масштабного усилителя 14 также равны нулю. Среднее значение напряжения на выходе усилителя-ограничителя 5 равно нулю, а напряжение на выходе интегратора 6 равно напря 5 жению датчика 10 тока якоря и определяется величиной статической нагрузки на валу двигателя. Выходное напряжение регулятора 8 тока якоря (структура регулятора может быть

20 ПИ, IlHDi или релейная) преобразуется управляемым преобразователем 2 в напряжение на якоре электродвигателя 1 .

При изменении сигнала задания

скорости (например, скачком) на выходе П-регулятора скорости появляется сигнал, пропорциональный отклонению скорости от заданного значения

30 11рс Крс () ;,

где К 1 - коэффициент передачи

S П-регулятора;отклонение скорости от заданного значения.

Уси.питель-ограничитель 5 насьш1а- ется на уровне, пропорциональном максимально допустимой производной тока якоря, выходной сигнал интегра- тора 6 линейно во времени нарастает и преобразуется регулятором 8 тока якоря в изменение напряжения на якоре, причем такое, что ток якоря в переходном процессе отслеживает сиг- нал его задания, формируюемый задат- чиком 4 интенсивности тока якоря.

Скорость электродвигателя изменяется в соответствии с выражением

; 4-J4-- c),5i,;- - :,

где , -- .начальное (установившееся) значение скорости;

Т; - постоянная времени пуска

(г

i

MH

, j - момент инерции, «ц, Мц - номинальные

3

скорость и момент электродвигателя) ; Т - постоянная времени задатчика 4 интенсивности. Поскольку изменение статической нагрузки ij, в течение данного переходного процесса несущественно, то сигнал на выходе регулятора 3 скорости изменяется в функции

1

РС

1

о 2Tj Ъ

..,

Сл

- ОТ от-т

/.Ij 1,л

где начальное отклонение сигнала задани скорости от установившегося значения

0На выходе масштабного усилителя 14 формируется напряжение.

UA.y к. udt/,

где К„ - коэффициент передачи масштабного усилителя; - - производная скорости, измеряемая дифференцирующим звеном 16;

и - напряжение на выходе усилителя-ограничителя 5 относительное значение этог напряжения ограничено на уровне +1).

Приращение тока якоря в данном переходном процессе определяется вражением

i -/T-Jt ;f-t.

- yi , и

Производная скорости двигателя имеет вид

-t.

S С учетом двух последних выражений

напряжение на выходе масштабного усилителя 14 можно записать в следующем виде:

1 2

Таким образом, если выбрать К 0,5, то при з еньшении выходного сигнала регулятора 3 скорости до. значения U 0,55 отклонение скорости от установившегося значения составляет половину от начального 5 и выходное напряжение Up регулятора 3 скорости становится равным напряжению и„м масштабного усилителя 14, При этом происходит изменени знака сигнала на входе задатчика 4 интенсивности тока якоря и ток якор

266004

начинает снижаться по линейному закону (фиг., 2, кривая 19). Отклонение скорости электродвигателя о заданного значения (фиг. 2, кри- . 5 вая 20) и напряжение на выходе масштабного усилителя 14 (фиг. 2, кривая 21) MOHOTOHHq снижаются до нуля.

Если момент инерции механизма 10 изменяется, например увеличился, то при скачке задания скорости скорость двигателя нарастает медленнее и ошибка по скорости уменьшается медленнее (фиг. 2, кривая 22). Ток якоря 15 (фиг. 2, кривая 23) нарастает по линейному закону до тех пор, пока напряжение масштабного усилителя 1 4 (фиг. 2, кривая 24) не станет равным напряжению регулятора скорости 3. 20 Затем напряжение усилителя-ограничителя 5 сменяет знак и ошибка регулирования скорости монотонно устремляется к нулю.

Таким образом, независимо от ве- 25 личины момента инерции электропривода переходные процессы в системе остаются оптимальными по быстродействию при заданном ограничении на производную тока якоря, определяемом JQ постоянной времени Тц задатчика 4 интенсивности тока якоря. Если задаться другим значением Т, например меньшим, то переходные процессы протекают быстрее, но их характер остается оптимальным по быстродействию, Это объясняется тем, что поверхность переключения усилителя-ограничителя 5 не зависит от параметров Т: и Tj, системы электропривода (эти параметры не входят в выражение для сигналов регулятора 3 скорости Up Kpj (-5-) и масштабного усилителя 14 U,jj K,.

Если ступенчатое приращение сиг- 5 нала задания скорости достаточно велико, что ток якоря достигает в переходном процессе максимально возможного значения Л , определяемого условиями коммутации электродвига- 0 теля (фиг. 3, кривая 25), то датчик 18 режима ограничения вырабатьшает сигнал, размыкающий управляемьш ключ 11. При этом напряжение на выходе интегратора 12 со сбросом запо- 5 минается. Поскольку ток якоря в интервале времени tj...t2 остается неизменным, то производная скорости электродвигателя, измеряемая диффе5

0

51

рейдирующим звеном 16, является постоянной, и ошибка по скорости, (фиг. 3, кривая 26) спадает по линейному закону. Таким образом напряжения на выходе блока 15 умножения и масштабного усилителя 14 на отрезке времени tj.-.t остаются неизменными (фиг. 3, кривая 27). Как только напряжение регулятора 3 скорости станет равным напряжению масштабного усилителя 14 (фиг. 3, кривые 26 и 27, момент времени t), ток якоря начинает уменьшаться, отклонение скорости от заданного значения монотонно устремляется к ну- лю.

С целью исключения накопления ошибки интегратора его напряжение обнуляется при нулевых значениях производной скорости, т.е. в уста- новивпшхся (квазиустановившихся) режимах.

Изобретение позволяет получить при неизменной структуре регуляторов и изменении параметров системы (момента инерции, постоянной времени задатчика интенсивности тока якоря) оптимальные по быстродействию переходные процессы с учетом наложенных ограничений на координаты управления, ток якоря и его производную. В рассматриваемом электроприводе алгоритм управления не требует знания параметров электропривода, в частности момента инерции, т. е. электропривод является инвариантным к изменению параметров .

10

2266006

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоян5 ного тока, подключенный к управляемому преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные регулятор скорости, задатчик интенсивности, вьшолнен- ный в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя и интегратора с блоком ограничения в цепи обратной связи, и регулятор тока, а также подключенные к входам соответ 5 ствующих регуляторов датчики скорости и тока, отличаюш;ийся тем, что, с целью формирования оптимальных по быстродействию переходных процессов при изменении параметров

2® электропривода, в него введены последовательно соединенные управляемый ключ, интегратор со сбросом и блок выделения модуля, а также масштабный усилитель, а блок умножения,

дифференцирующее звено, нуль-орган и датчик режима ограничения, вход которого подключен к упомянутому блоку ограничения, а выход - к входу управления управляемого ключа, выходы

30 дифференцирующего звена и блока выделения модуля соединены с входами блока умножения, выход которого через масштабный усилитель подключен к входу задатчика интенсивности, цепь

35 сброса на нуль интегратора со сбросом через нуль-орган связана с выходом дифференцирующего звена, а вход управляемого ключа соединен с выходом усилителя-ограничителя задатчика интенсивности.

23

Изобретение может быть использовано в системах регулирования скорости электроприводов, имеющих широкий диапазон изменения момента инерции. Цель изобретения - формирование оптимальных по быстродействинэ переходных процессов при изменении параметров электропривода.Электропривод содержит электродвигатель I, преобразователь 2,регулятор скорости З.задатчик интенсивности 4, выполненный в виде усилителя-ограничителя 5. Введение интегратора 6 с блоком ограничения 7, регулятора тока 8 и регуляторов датчика 9 и 10 скорости и тока, управляемого ключа 1I, интегратора 12 со сбросом, блока выделения модуля 13, масштабного усилителя 14, блока умножения , дифференцирующего звена 16, нуль-органа 17 и датчика режима ограничения 18 позволяет получить, при неизменной структуре, регуляторов и изменении параметров системы быстро- действзтощие переходные процессы. Электропривод является инвариантным к изменению параметров, в частности момента инерции. 3 ил. с (Л ND IC э: о:

Редактор Н. Рогулич

Заказ 2144/56Тираж 631Подписное

ВНИЩИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. , д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Составитель В. Кузнецова

Техред Л.Олейник Корректор М. Шароши