Позиционный электропривод постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к позиционным электроприводам механизмов, обладающих относительно большими маховыми массами, и может быть использовано в электроприводах различных машин и механизмов.

Цель изобретения - повышение быстродействия электропривода.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 - характер изменения формируемых в электроприводе сигналов во время отработки заданного пе- ремеш,ения для случаев, когда скорость электродвигателя не достигает максимальной величины (сплошные линии) и когда она ее достигает (штриховые линии).

Позиционный электропривод постоянного тока (фиг. 1) содержит электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка 1 которого подключена к выходу преобразователя 2, последовательно соединенные задат- чик 3 положения, регулятор 4 положения, задатчик 5 интенсивности с переменным резистором б уставки ускорения, регулятор 7 скорости, регулятор 8 тока, выходом соединенный с входом преобразователя 2, входы регуляторов положения 4, скорости 7, и тока 8 соединены соответственно с датчиками положения 9, скорости 10 и тока 11, масштабный усилитель 12 с переменным резистором 1-3 установки его коэффициента передачи, компаратор 14, три ключа 15-17 и последовательно соединенные выпрямитель 18, узел 19 памяти с ключом 20 сброса, нуль- компаратор 21. Задатчик 5 интенсивности выполнен с ключом 22 гашения.

Датчик 10 скорости через масштабный усилитель 12 и ключ 15 соединен с входом задатчика 5 интенсивности. Выход регулятора 4 положения соединен с входом выпрямителя 18, выход которого соединен с входом нуль-компаратора 21 непосредственно и через компаратор 14 - с управляющими входами ключей 16 и 17 и ключа 22 гашения задатчика 5 интенсивности. Ключ 16 шунтирует регулятор 7 скорости. Подвижный контакт переменного резистора 6 уставки ускорения через ключ 17 соединен с входом регулятора 8 тока. Выход нуль-компаратора 21 соединен с управляюшим входом ключа 15, а подвижные контакты переменных резисторов 6 и 13 уставки ускорения и коэффициента передачи масштабного усилителя 12 механически связаны.

Задатчик 5 интенсивности содержит интегратор 23 в прямом канале, выход которого является выходом задатчика интенсивности, а также опорный элемент 24 в обратной связи задатчика 5 интенсивности.

Также обозначены следующие сигналы управления; Usj и - сигналы заданного и действительного положений (или перемещений) соответственно, А Us - сигнал рассогласования по положению, Uvi

и Uv.p, - сигналы заданной и действительной скоростей, соответственно, Uai -.- сигнал заданного ускорения, Up& - выходной сигнал регулятора 7 частоты вращения,

Ui - выходной сигнал датчика И тока, UM - выходной сигнал масштабного усилителя 12, UB- выходной сигнал выпрямителя 18, Un - выходной сигнал узла 19 памяти, IJim - выходной сигнал нуль-компаратора 21, UK - выходной сигнал компаратора 14, UCM - сигнал смещения и фиксированные моменты времени to, ..., tj.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии сигналы Us, U,

Un равны нулю. Поэтому сигнал UA положителен, а сигнал UHK отрицателен. Ключи 22, 16 и 20 замыкаются положительным и размыкаются отрицательным сигналами управления, а ключи 17 и 15 замыкаются отрицательными и размыкаются положительными сигналами управления. Поэтому сигналами и и. и UHK ключи 16, 22, 15 и 20 замкнуты, а ключ 17 разомкнут. Соответственно, интегратор 23 и регулятор 7 погашены и их выходные сигналы U.i и UVb

равны нулю. Если в момент времени to произошло ступенчатое изменение сигнала Us, то мгновенно появляются сигналы AUs Usi -UM, Uaj, Ug. Так как компаратор 14 имеет высокую чувствительность к сигналу Uij, то даже при малой его величине полярность сигнала UK меняется с положительной на отрицательную. В результате ключи 16, 20 и 22 размыкаются, ключ 17 замыкается и на выходе узла 19 памяти устанавливается постоянный сигнал Un, равный по величине максимальному значению

сигнала UB и противоположный ему по знаку. Чувствительность нуль-компаратора 21 к сигналу и в вдвое выше, чем к сигналу Un. Поэтому полярность сигнала UHR меняется с отрицательной на положительную, ключ 15

размыкается и система позиционирования оказывается полностью введенной в работу. Регулирование частоты вращения электродвигателя производится системой авторегулирования скорости с пропорционально- интегральными регуляторами тока и частоты вращения в функции сигналов Uai, Uvj, которыми задаются ускорение и скорость соответственно. Сигнал Ua.3 принимается равным динамической составляющей сигнала UT. Поэтому в режиме движения с установившимся или нулевым ускорением сигнал

Uft. пропорционален статистическому току. Благодаря этому заданная и действительная скорости, Б основном, совпадают. Расхождение между ними обнаруживается только после скачкообразного изменения заданного ускорения на относительно небольшом интервале. В процессе разгона происходит уменьшение сигна.тов дОЧ и U B. К моменту времени ti сигнал Ut. уменьшается вдвое.

сигнал Un, сохраняющийся постоянным, начинает преобладать на входе нуль-компаратора 21 и на его выходе снова устанавливается отрицательный сигнал. Поэтому ключ 15 замыкается и на вход задатчика 5 интен- сивно(;ти подается сигнал U«. Как будет показано, сигналы iUs и UM соразмерены между собой из условия получения оптимального по быстродействию переходного процесса для случая, когда сигнал Uyj достигает определяемого опорным элемен- том 24 максимального значения. Поэтому, если ступенчатое изменение сигнала Us3 относительно невелико и сигнал Uvi не успевает достичь максимального значения, то в момент замыкания ключа 15 соблюдается условие . В результате знак сигнала Uaj изменяется на противоположный, сигнал Uvi начинает уменьшаться по линейному закону, а сигнал Us9 продолжает возрастать, но с убывающей интенсивностью. Если предположить, что заданная и действи- тельная скорости идеально совпадают как в период разгона, так и в период замедления, то в каждом из этих периодов отработана половина заданного перемещения. Тогда сигналы л Us, Uaj, Uyj и Uve одновремен- но станут равными нулю в момент времени tj. Однако в действительности по причине несовпадения скоростей в начале разгона и в начале и конце замедления перемещение в период разгона меньще перемещения в период замедления на величину, которая зависит от времени регулирования контуров тока и скорости и не зависит от заданного перемещения. Поэтому она практически постоянна и может быть скомпенсирована путем подачи на вход нуль-компаратора 21 сигнала UUM смещения, который обуславли- вает переход от разгона к замедлению с некоторым упреждением. Величина этого сигнала может устанавливаться экспериментально в ходе нескольких проб непосредственно в процессе наладки из условия од- новременного достижения сигналами А Us и Uvd нулевых значений, т.е. ликвидации перерегулирования по положению.

Однако этого еще недостаточно для точной остановки электродвигателя в заданном положении, поскольку в момент достиже- ния сигналами AUs и Uva нулевых значений вследствие скачкообразного снятия сигнала и аь только начинается процесс снижения до нуля динамической составляющей тока электродвигателя. В результате под ее действием может произойти реверс электродвигателя. Для предотвращения этого явления в момент времени tg происходит размыкание ключа 17 и замыкание ключей 16 и 22 сигналов UK, полярность которого вследствие уменьшения сигнала Us реверсируется скачком с отрицательной на положительную. В результате сигналы Uvj, Upb, Ua сбрасываются в нуль, что, в частности, позволяет

предотвратить дрейф нуля интегратора 23 и регулятора 7 скорости во время стоянки, и контур тока гасит до нуля ток электродвигателя. Кроме того, положительный сигнал UR выдает команду на наложение механического тормоза, если таковой предусмотрен конструкцией механизма (механический тормоз необходим, например, если электродвигатель может начать вращаться под действием статической нагрузки). Момент реверса сигнала UK. также может устанавливаться экспериментально из условия уменьшения тока до величины его статической составляющей к моменту времени t4, когда сигнал Uv (а значит и сигнал AUs) достигнет нулевых значений.

Если ступенчатое изменение сигнала Us3 в момент времени to столь значительно, что сигнал Uvi успевает достичь максимального значения, то замыкание ключа 15 (момент времени te) не вызывает каких-либо изменений в работе электропривода и процессы в нем протекают так же, как если бы этот ключ был постоянно замкнут. В этом случае в момент времени is вступает в работу обратная связь через опорный элемент 24 и сигнал Uob обращается в нуль, а в момент времени t,., благодаря уменьшению сигнала A-Uj, постоянный по величине сигнал UM превышает его и сигнал Uas появляется вновь, но в противоположной полярности. В результате сигнал Uvj начинает уменьшаться по линейному закону, т.е. начинается процесс замедления. Его завершение оптимально по быстродействию в том случае, если сигналы AUs, Udi, Uvj, Uv3 практически одновременно станут равными нулю при условии сохранения линейного закона уменьшения сигнала Uv3- Для этого сигналы AUj и UM должны быть между собой определенным образом соразмерены. Для случая идеального совпадения заданной и действительной скоростей эта соразмерность выражается соотношением

f diA/ysLl- 9 J

L dt Jmax - d.t

(i;

т.е. максимальная интенсивность изменения сигнала рассогласования должна быть вдвое больше интенсивности изменения выходного сигнала масщтабного усилителя. Однако в начале и конце замедления заданная и действительная скорости не совпадают и поэтому величина перемещения механизма в период замедления несколько возрастает. Для компенсации этого явления переход от движения с постоянной скоростью к замедлению производится с некоторым упреждением. Достигается это путем некоторого увеличения интенсивности изменения сигнала UM, т.е. корректировкой коэффициента передачи усилителя, по сравнению с ее расчетным значением согласно соотношения (1). Окончание процесса замедления осуществляется так же,

как и в случае изменения скорости по треугольному графику.

В процессе эксплуатации механизма может возникнуть потребность изменения его ускорения переменным резистором 6. В результате интенсивность изменения сигнала Urt становится иной и соотношение (1) нарушается. Для предотвращения этого явления подвижные контакты переменных резисторов 6 и 13 механически связаны, т.е. в качестве резисторов 6 и 13 применен сдвоенный резистор. В результате интенсивность изменения сигнала UM сохраняется постоянной при установке желаемой величины ускорения переменным резистором 6.

Таким образом, отработка электроприво- дом заданных перемещений производится путем изменения его скорости практически по треугольному или трапецеидальному графикам, что является близким и оптимальному по быстродействию. При этом оптимизация системы авторегулирования скорости согласно какому-либо из известных критериев необязательна, коэффициенты передачи обратных связей системы позиционирования не зависят от параметров прямого канала управления и поэтому возможен их достаточно точный выбор из простых соотношений еще на стадии конструирования, а окончательная корректировка системы позиционирования -достигается в ходе нескольких проб с помощью небольшого количества регулировок. Это упрощает процесс наладки электропривода.

Формула изобретения Позиционный электропривод постоянного тока , содержащий электродвигатель пос

t l (,(,iit t,

Фыг

Составитель Ю. Воробьев

Редактор Н. БобковаТехред И. ВересКорректор И. Муска

Заказ 4018/53Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, .Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

тоянного тока, якорная обмотка которого подключена к выходу преобразователя, последовательно соединенные задатчик положения, регулятор положения, задатчик интенсивности с переменным резистором уставки ускорения, регулятор скорости, регулятор тока, выходом соединенный с входом преобразователя, входы регуляторов положения, скорости и тока соединены соответственно с датчиками положения, скорости и тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены .масштабный усилитель с переменным резистором установки его коэффициента передачи, компаратор, три ключа и последовательно соединенные выпрямитель, узел памяти с ключом сброса, нуль-компаратор, а задатчик интенсивности выполнен с ключом гашения, при этом датчик скорости чфез масштабный усилитель и первый ключ соединен с входом задатчика интенсивности, выход регулятора положения соединен с входом выпрямителя, выход которого соединен с входом нуль-компаратора непосредственно и через компаратор - с управляющими входами второго и третьего ключей и ключа гашения задатчика интенсивности, второй ключ шунтирует регулятор скорости, подвижный контакт переменного резистора уставки ускорения через третий ключ соединен с входом регулятора тока, выход нуль- компаратора соединен с управляющим входом первого ключа, а подвижные контакты переменных резисторов уставки ускорения и коэффициента передачи масштабного усилителя механически связаны.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к позиционным электроприводам механизмов, обладающих относительно большими маховыми массами. Цель изобретения - повышение быстродействия. Уст-во содержит электродвигатель с якорной обмоткой I, преобразователь 2, задатчик 3 положения, регулятор 4 положения, задатчик 5 интенсивности, регулятор 6 скорости, регуляторы тока 7 и скорости 8, датчики положения 9, скорости 10 и тока И. В устр-во введены масштабный усилитель (МУ) 12 с г Н xfl| | переменным резистором 13 установки его коэффициента передачи, компаратор 14, три ключа 15-17, выпрямитель 18, узел памяти 19 с ключом сброса, нуль-компаратор 21. Задатчик 5 интенсивности выполнен с ключом 22 гашения. Для идеального совпадения заданной и действительной скоростей максимальная интенсивность изменения сигнала рассогласования может быть вдвое больше интенсивности изменения выходного сигнала МУ 12. Однако несовпадение заданной и действительной скоростей вызывает возрастание перемещения механизма в период замедления. Для компенсации этого явления переход от движения с постоянной скоростью к замедлению производится с некоторым упреждением. Достигается это корректировкой коэффициента передачи ключа 17, что производит отработку заданных перемещений скорости по треугольному закону, который является оптимальным по быстродействию. Изобретение также позволяет выполнить оптимальное авторегулирование скорости в ходе нескольких проб с помощью небольшого количества регулировок, что упрощает процесс наладки электропривода. 2 ил. (О (Л ю 4 О5 00 СО