Способ автоматической настройки контура регулирования тока якорной цепи тиристорного электропривода постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматического регулирования быстродействующих вентильных электроприводов различного назначения.

Целью изобретения является повышение быстродействия процесса настройки контура регулирования тока.

На фиг. i представлена схема устройства для настройки контура регулирования тока; на фиг. 2 - схема контура регулирования тока; на фиг. 3 и 4 --- диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) вычитающий счетчик 1, выход которого соединен через первый коммутатор 2 с входом цифрового блока 3 имнульсно-фазового унрав- .пения, соединенного с трехфазн111ы мостовым тиристорнььм преобразователем 4. К выходу тиристорного нреобразовате.чя 4 подключены последовательно соединенные токовый uiTyHT 5 и якорь ДБИгате;1Я 6. Параллельно токовому шунту 5 вк.пючен цифровой датчик 7 максимального тока, выход которого связан с входами нервого и второго блоков 8 и 9 сложения, а также с входами первого и второго блоков 10 и 11 сравнения. К выходу нервого блока 8 сложения нодклю- чен первый блок 12 деления, выход которого связан с первым входом нервого блока 13 памяти. Выход lepBoro блока 13 памяти подключен к входу коммутатора 2, первому входу б. юка 14 намяти параметра объекта контура тока, к входам первого, вго- рого и третьего блоков 15, 16 и 17 вычитания. Выход первого коммутатора 2 соединен с вторым входом первого блока 13 памяти и входом цифрового блока 3 импульсно-фа- зового управления, выход носледнег О подключен к входам вычитающего счетчика 1 и счетчиков 18 и 9. Выходы счетчиков 1, 18 и 19 связаны с входами блока 20 управления. Выходы блоков 15 и КЗ вычитания соединены с входами второго блока 21 деления, выход которого связан с вторым входом блока 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока. Выход третьего блока 17 вычитания связан с входами блока 22 сложения, второго блока 23 памяти и с входом третьего блока 24 сравнения. Выход третьего блока 22 сложения соединен через третий блок 25 деления с первым входом четвертого блока 26 сравнения, а выход второго блока 23 памяти через первый блок 27 сдвига двоичного кода числа соединен с вто)ым входом блока 26 сравнения. Выход третьего блока 24 сравнения через четвертый блок 28 сложения соединен с входом пятого блока 29 сравнения, выход последнего подключен к блоку 20 управления.

Второй блок 9 сложения через четвертый блок 30 деления связан с входами первого и второго буферных регистров 31 и 32, выходы которых соединены с входами четвертого блока 33 вычитания. Выход последнего нодключен через блок 34 умнож-ения к первым входам пятого блока 35 сложения и пятого блока 36 вычитания. Второй вход блока 35 сложения соединен с выходом бу- ферного регистра 31, а второй вход блока 36 вычитания - с выходом буферного регистра 32. Выходы блоков 35 и 36 связаны через второй коммутатор 37 с входами второго блока 11 сравнения. Выход послед- пего соединен с управляющи.м входом третьего счетчика 38. Счетный вход счетчика 38 соединен с выходом цифрового блока 3 им- пульсно-фазового управления, а выход через второй блок 39 сдвига двоичного кода числа - с блоком 14 памяти параметров

контура регулирования тока.

0

Выходы блока 20 управления соединены с входами управления счетчиков 1 и 38, блоков 8 и 9 сложения, блоков 12, 21,

25 и 30 деления, блоков 13, 14 и 23 памяти, коммутаторов 2 и 37, блоков 22, 28 и 35 сложения, блоков 24 и 29 сравнения, блоков 27 и 39,сдвига буферных регистров 3 и 32, блоков 15, 16, 17, 33 и 36 вычитания, блока 34 умножения.

5 Выход блока 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока связан с регулятором 40 тока.

Устройство работает следующим образом. 1 исходпо.м положении в счетчике 1 записан код начального угла управления, который через коммутатор 2 поступает, в циф- рОЕ(ой блок 3 имнульсно-фазового управления и определяет угол управления тиристор- ного преобразователя 4 примерно в 120 эл. град. Предварительно отключается возбуждение двигателя. По сигналу блока 20 управления начинает работать счетчик 1, умень- п.1ая код угла на 1 дискрету по сигналу от блока 3 импульсно-ф азового управления, формируе.мым одновр(;менно с импульсо.м открытия очередного трфистора тиристорного

0 преобразователя 4. Максимальное значение тока на интервале проводимости очередного тиристора воспринимается цифровым датчиком 7 и передается к перво.му блоку 10 сравнения, в котором сравнивается с максимально допустимым значением тока. Если вели5 чина измеренного тока меныне максимально допустимого, то она поступает па вход первого блока 8 сложения. После того, как поступят импульсы управ.чения на очередные niecTb тиристоров, на выходе счетчика 18 формируется сигнал, поступающий к блоку 20 управления. По этому сигналу блок 20 управления дает команду первому блоку 12 деления разделить на (i содержимое первого блока сложения, в котором будет накоплена сумма шести поступивших подряд значе5 НИИ тока, а затем блок 8 сложения устанавливается в нулевое состоянии по команде блока 20 управления. Результат с выхода первого блока 12 делепия поступает к первому входу блока 13 памяти для запоминания. К второму входу блока 13 памяти поступает код угла управления, соответствующий данному усредненному току. Значения кода угла управления записываются в блоке 13 памяти с шагом в 6 дискрет. Когда величина на выходе датчика 7 максимального тока станет равной или превысит максимально допустимое значение, на выходе первого блока 10 сравнения вырабатывается сигнал, поступающий к блоку 20 управления. По этому сигналу прекращается измерение угла управления и устанавливается в счетчике 1 код начального угла управления. Затем по сигналу блока 20 управления в третьем блоке 17 вычитания образуются первые обратные разности величин токов, начиная с последней ячейки массива, записанного в блоке 13 памяти ( с тока I,). Эти первые обратные разности века ir). Эти первые обратные разности суммируются в третьем блоке 22 сложения к запоминаются во втором блоке 23 памяти. В третьем блоке 25 деления определяется среднее арифметическое значение обратных разностей на данный шаг вычислений путем деления их суммы на количество тактов, пр01педших с начала обработки массива токов, записанных в блоке 13 памяти, т.е. определяется выражение

4-1ЛГ-S+1,

Л.

где S - текущий номер интервала проводимости тиристора, отсчитываемый от интервала с номером (); г- номер интервала проводимости тиристора, на котором зафиксировано наибольшее значение тока, а в блоке 27 сдвига двоичного кода числа происходит сдвиг влево поступивших из блока 23 значений первых разностей, что эквивалентно их удвоению и соответствует

2Дг-S

Если величина на выходе блока 27 станет меньше, чем на выходе блока 25, то на выходе блока 26 сравнения образуется сигнал, поступающий к блоку 20 управления, свидетельствующий о том, что установлена ве дичипа граничного тока i, между непрерыв- пым и прерывистым током. При этом блок 20 управляет записью величины найденрюго граничного тока из блока 13 памяти в блок 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока. Одновременно в первом блоке 15 вычитания по информации от блока 13 памяти о величинах токов ir и i образуется их разность, а в блоке 16 вычитания по информации о соответствующих этим токам углах управлепия а.г и а,; образуется их разность аг-а,. Затем во втором блоке 21 деления вычисляется коэффициент усиления объекта для зопы пепрерывных токов к по соотношению

(3)

10

15

20

25

30

и поступает для запоминания в б, 1ок 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока.

После определения границы зоны непрерывных токов и граничного тока i блок 20 управления включает в работу третий блок 24 сравнения, который воспринимает поочередно поступающие на его информационный вход первые обратные разности от блока 14 и выдает на своем выходе плюс +1 - для положительных разностей, минус -1 - для отрицательных разностей и О - для нулевого значения разности. Эти сигналы поступают на вход четвертого блока 28 сложения, в котором вычитаются суммы шести очередных слагаемых. Результат суммирования поступает к пятому блоку 29 сравнения, в котором он сравнивается с числом 3 в соответствии с соотношением i Av 3, r.ie V I, 2, 3, 4, 5 и 6,

по нарушению которого фиксируют границу между зонами прерывистых и глубоких прерывистых токов (в точке Р, фиг. 3). Когда сумма станет меньше 3, пятый блок 29 сравнения выдает сигнал блоку 20 управления о том, что достигнута граница между зонами прерывистых и глубоких прерывистых токов (с током ip). По команде от блока 20 управления происходит запись величины тока i;, из блока 13 памяти в блок 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока. Далее происходит вычисление коэффициентов усиления объекта для зон прерывистых кп и глубоких прерывистых токов кги в соответствии с соотношениями

Kii

1,,- IP ад- ар

(4) (5)

«с- ас

40

45

50

55

по величине токов i,, ip, „ и углов а,, ар, ао аналогично ранее вычисленному коэффициенту объекта для зоны непрерывных токов. При этом используются те же блоки: первый 15 и второй 16 вычитания и второй блок 21 деления. Результаты вычислений записываются в блоке 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока.

После определения границ зопы и коэффициентов усиления на них переходят к снятию и обработке переходной характеристики для определения постоянной времепитяц. Переходную характеристику снимают в пределах зопы непрерывных токов, найденной при обработке массива запомненных токов, при скачкообразном изменении угла управления, соответствующего как увеличению тока, так и его уменьшению, записывают максимальные значения токов для ряда последовательно вступающих в работу тиристоров. Оценку величины постоянной времени объекта контура регулирования но переходной характеристике сводят к фиксации момента достижения приращений тока 5/8 от установившегося приращения. Число замеров максимумов тока, равное числу интервалов проводимости тиристоров, от начала переходной характеристики до достижения 5/8 от установившегося приращения принимают в качестве оценки постоянной времени Тян.

По сигналу блока 20 управления на вход блока 3 имцульсно-фазового управления через первый коммутатор 2 из блока 13 памяти поступает код угла управления а ад, соответствующий граничному режиму работы преобразователя 4. В якорной цепи устанавливается ток i(c6i) ц. Блок 9 сложения накапливает сумму значений максимального на интервале проводимости тиристоров тока, получаемых от датчика 7, а счетчик 19 подсчитывает заданное число импульсов преобразователя, например 100.

При завершении нодсчета ста импульсов (интервал t,,- ti, фиг. 4) по сигналам из блока 20 унравления в четвертом б,г:окс 30 деления путем деления на 100 находится усредненное за 100 интервалов значение i(ai), которое запоминается в первом буферном регистре 31. Затем на вход блока 3 импульс- но-фазового управления поступает код угла управления а2, соответствующий максимально допустимому значению тока i (а-), фиг. 4). За время ti- ta, отсчитываемое счетчиком 19, и соответствующее 100 интервалам, ток достигает установившегося значения, а за время t2- t3 в блоке 9 сложения происходит накапливание суммы значений максимального на интервале проводимости тиристоров тока.

Далее эта сумма в четвертом блоке 30 деления делится на 100 и запоминается во втором буферном регистре 32. С момеггга времени ts в четвертом блоке 33 вычитания находится разность 1(С1г)-i(c(.j)) в блоке 34 умножения эта разность умножается на 5/8. В пятом блоке 35 сложения результат умножения складывается с величиной тока i(ai), нахолтящейся в первом буферном регистре 31, а в пятом блоке 36 вычитания находится разность находящейся в регистре 32 величины тока (а.-2} и результата умножения в блоке 34. В результате на выходе блока 35 вычисляется величина тока ii в соответствии с выражением

ii i(ai)4- 4- 1(0.2- i(ai)l,

о

а на выходе блока 36 - величина тока -i в соответствии с выражением

(a2)1- i(a2)-i(oci).

Далее на вход блока 3 импульсно-фа- зового управления через ко.ммутатор 2

вновь поступает код угла ai. При этом в блоке 11 происходит сравнение измеряемого датчиком 7 тока с находящимся в блоке 36 и поступающим на вход блока 11 через коммутатор 37 током i j, а в счетчике 38 иодсчитывается количество пульсов тяц|, преобразо- ват1;ля, прошедших до момента превышения током 2 текущег о значения, поступающего от датчика 7. В момент времени t4 на вход блока 3 через коммутатор 2 поступает код

угла а.-. Ток начинает расти, а в блоке 11 происходит сравнение тока, измеренного датчиком 7, с током i|, поступающим через коммутатор 37 и находян1имся в блоке 35. Счетчик 38 продолжает подсчитывать количество пульсов преобразователя, прошедших

до момента превышения током якорной цепи значения ii - тни|. В момент времени t.-, в блок импульсно-фазового управления 3 поступает через коммутатор 2 начальное значение угла управления сс„, а в блоке вычисления 39

Q происходит усреднение значения постоянной времени якорной цепи путем сдвига вправо двоичного кода числа, накопленного в третьем счетчике 36, что равноси, делению на

2Тяи| -f-Tiiul В соответствии с выражением ..,

52,

Значение усредненной постоянной времени Тип заносится в блок 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока.

На этом настройка регулятора тока заканчивается. В блоке 14 памяти пара.мет ров объекта контура регулирования тока записаны следующие величины: коэффициенты усиления дл режимов непрерывного тока ки, прерывистого - кп и глубокого прерывистого тока к.. граничные токи ig, ill, постоянная времени якорной цепи тян. Включается возбуждение двигателя и контур тока подготовлен к работе.

На один вход регулятора 40 тока (фиг. 2) подается сигнал задания i-., на другой -- сигнал обратной связи по току, третий вход ре0 гулятора 40 тока связан с блоко.м 14 памяти параметров объекта контура регулирования тока. Е)лагодаря этой связи осуществляется определепие- коэффициентов регулятора тока 40 по информации, записанной в блоке 14. С выхода регулятора тока

5 40 с периодом в „ выдается код угла управления блоку 3 импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя и осуществляется регулирование тока в соответствии с заданным is.

Таким образом, предлаг ае.мый способ позволяет осугцествлять автоматическую настройку контура регулирования тока, предназначенного для работы в зонах непрерывного и прерывистого токов, без предварительной информации о расчетных пара55 метрах объекта благодаря Г1ослсдовате;|ьно- му снятию и обработке сначала зависи.мости (a), а затем и переходной характеристики.

5

0

Формула изобретения

Способ автоматической настройки контура регулирования тока якорной цепи тн- ристорного электропривода постоянного тока с цифровым регулятором, по которому измеряют и запоминают значения тока, определяют ошибку регулирования по заданным и измеренным значениям тока, находят коэффициенты регулятора, при помощи которых по величине и знаку oпJибки регулирования тока устанавливают угол управления для очередного вступающего в работу тиристора тирис- торного преобразователя, отличающийся тем что, с целью повып1ения быстродействия процесса настройки контура регулирования тока, предварительно отключают возбуждение электродвигателя, устанавливают максимально допустимое значение тока якоря, устанавливают начальный угол управления тиристорами преобразователя, соответствующий режиму глубоких прерывистых токов, задают ступенчатые приращения угла управления и одновременно измеряют максимальное значение тока на каждом интервале проводимости тиристора и запоминают эти значения, прекращают изменение угла управления при достижении текущим значением тока установленного максимально допустимого значения тока, вычисляют первые обратные разности указанных токов, начиная с наи- больщей его величины, и определяют границы между зонами непрерывных, прерывистых и глубоких прерывистых токов по на- рущению неравенств:

-f Е Д,,+ , 24..;

3-1

для границы между зонами прерывистых и глубоких прерывистых токов

I Av 3

Y Jгде Л - первая обратная разность токов; г- номер интервала проводимости тиристора, на котором зафиксировано наибольщее значение тока; S - текущий номер интервала проводимости тиристора, отсчитываемый от интервала с номером (г-|-1);

Дvпpиv 1,2,...,6 - первые обратные разности токов, соответствующих щести последовательным интервалам проводимости.

вычисляют коэффициенты усиления объекта контура регулирования в пределах каждой зоны, после чего снимают переходную характеристику объекта, формируя ступенчато увеличивающееся и ступенчато уменьшающееся задания на входе объекта в пределах зоны непрерывных токов, определяют значение постоянной времени объекта путем усреднения величин постоянных времени при росте и спадании тока и вычисляют коэф- фициенты регулятора тока при настройке контура тока на модульный оптимум в зоне непрерывных токов

К| Кн

х,Тяц- 1 Ки

при регуляторе конечной длительности переходного процесса в зоне непрерывных токов.

2тнц+ 1 2к

,.

2кн

для зоны прерывистых (глубоких прерывис- тых токов

25

к,

К

К2 0;

с учетом которых при включенном возбуждении двигателя устанавливают угол управления для очередного вступающего в ра- боту тиристора, который определяют по соотношению

а(п-}-1) сС(п) + K|Ai(n) - K2Ai(n-1),

где а{п+1), а(п)

Ai(n), Ai(n-1) -

Тяи

Кн, Ки

сответственно величина угла управления тиристоров на (п+1) и п-м интервалах проводимости,

ошибка регулирования тока соответственно на п-м и (п-1) интервалах проводимости;

отношение постоянной времени якорной цепи Тя.ц. к интервалу проводимости преобразователя То; коэффициенты усиления объекта в зоне непрерывных и прерывистых (глубоких прерывистых токов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам, и может быть использовано в устройствах автоматического регулирования быстродействующих вентильных электроприводов различного назначения. Целью изобретения является повышение быстродействия. Положительный эффект достигается благодаря последовательному снятию и обработке сначала статической, а затем переходной характеристик и вычислению коэффициентов регулятора тока, предназначенного для работы в зонах непрерывного и прерывистого тока без предварительной информации о расчетных параметрах объекта. Электропривод содержит электродвигатель 6, якорная обмотка которого подключена к преобразователю 4, к входу которого подключен блок 3 импульсно-фазового управления. Регулятор тока 40, один вход которого соединен с блоком задания, второй - с датчиком 7 тока, а третий вход регулятора тока 40 соединен с блоком 14 памяти параметров контура тока. 4 ил. в (/) ГО | со со 00 lpU2.1

Vuf.S