Система управления электроприводом Советский патент 1987 года по МПК G05B13/02 

1.12

Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено

для использования в системах управления электроприводами постоянного

тока, регулируемых по скорости вра- щения, току и положению и характеризующихся высокими требованиями к стабильности своих динамических свойств в условиях существенного изменения параметров и характеристик электропривода.

Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия системы управления электроприводом.

На чертеже приведена функциональ- ная схема предлагаемой системы управления электроприводом.

Система управления содержит за- датчик 1, регулятор скорости 2, блок 3 управления тиристорным преобразо- вателем, первьй сумматор 4, интегратор 5, второй сумматор 6, релейный элемент 7, эталонную модель 8, блок

9формирований сигнала ошибки, фильт

10средних частот, фильтр 11 низких частот, усилитель 12 с регулируемым ограничением уровня выходного напряжения, электромеханический объект

(не показан).

Система управления работает еле- дующим образом.

Задающий сигнал от задатчика 1, реализованного, например, в виде регулируемого делителя с источником постоянного напряжения или иного задатчи ка программного вращения, через регулятор скорости 2 и усилитель 12 с регулируемым ограничением уровня выходного напряжения и блок 3 управления тиристорным преобразователем посту- пает на электромеханический объект, который отрабатывает его со своей динамикой. Регулятор скорости 2 реа- лизйван с пропорционально-интегральной характеристикой для придания астатизма контуру регулирования скорости вращения, образуемому блоками 2, 12, 3. В качестве блока электро- механического объекта могут быть использованы регулятор тока, датчик- тока, тиристорный преобразователь и двигатель постоянного тока с датчиком скорости вращения (тахогене- ратором). Задающий сигнал, поступающий на электропривод, одновременно подается на эталонную модель 8, реализованную в виде пассивного фильтра На выходе эталонной модели 8 формируется сигнал, соответствующий устой22

чивому с предельным быстродействием переходному про.цессу в электроприводе при стандартном (скачкообразном) воздействии. Одновременно с этим поступающий с выхода электропривода (тахогеноратора) сигнал, пропорциональный его выходной координате (ск о рости вращения двигателя), вместе с выходным сигналом эталонной модели 8 поступает на блок 9 формирования сигнала ошибки, на выходе которого получается сигнал рассогласования между эталонным переходным процессом, вырабатываемы моделью 8, и реальным переходным процесс-ом регулируемого электропривода. Сигнал на выходе блока 9 формирования сигнала ошибки своей формой, длительностью и амплитудой характеризует степень отклонения реального переходного процесса от эталонного при широком изменении параметров и характеристик электропривода, например при изменении момента инерции двигателя при его замене, что приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления в контуре регулирования выходной координаты, а также при работе в режиме прерывистых токов и при изменении нагрузок. Кроме блока 9 формирования сигнала ошибки рассогласования устройство управления электроприводом содержит блок формирования оценки состояния объекта, вырабатывающий оценку производной от ошибки рассогласования и состоящий из последовательно соединенных первого сумматора 4, интегратора 5 и второго сумматора 6. На выходе второго сумматора 6 вырабатывается сигнал, пропорциональный скорости изменения сигнала ошибки рассогласования реального и эталонного процессов. Выработанный вторым

сумматором 6 сигнал подается через

I

второй вход релейного элемента 7 и

суммируется с сигналом ошибки рас-, согласования. Выход релейного элемен та 7 в отличие от прототипа замкнут на инверсный вход интегратора 5, так что образуется внутренний контур коррекции блока формирования оценки состояния объекта. В данном контуре образуется высокочастотный режим переключений (реальный скользяи ий режим) с частотой 10 кГц, обеспечивающий получение уточненной, с учетом изменения параметров электропривода, оценки производной ошибки рассогласования, когда, например, параметры двигателя изменяются вследствие момента инерции, приведенного к валу двигателя или замене двигателя или изменения потока возбуждения.

Таким образом, работа блока формирования оценки состояния объекта, рассчитанного на линейность и неизменность параметров объекта, согласуется, т.е. совпадает с движением нелинейного электропривода с изменяющимися параметрами. Одновременно выходной сигнал, снимаемьй с выхода релейного элемента 7 и обработанньш вновь введенным фильтром 11 низкой ча тоты, является сигналом адаптации который подается на инвертирующий вход введенного усилителя 12 с регулируемым ограничением уровня выходного напряжения , что увеличивает область ус- тойчивой работы электропривода, а следовательно, дает дальнейшее увеличение его быстродействия. Фильтр 11 низкой частоты служит для осреднения сигнЬла с выхода релейного элемента 7, а также для разнесения по времени процесса коррекции блока формирования оценки состояния электропривода и процесса адаптации электропривода при изменении его пара- метров и характеристик. Дополнительное введение усилителя 12, суммирующего сигналы с выхода регулятора 2 и фильтра 11 низкой частоты, позволяет .повысить точность электроприво- да на малых уровнях входного сигнала за счет исключения дрейфа нуля операционного усилителя релейного элемента 7, так как усилитель 12 находится внутри контура регулирова- НИЛ частотой вращения, образованного блоками 2, 12,3,а наличие пропорционально-интегрального регулятора скорости 2 делает электропривод астатическим. Вновь введенная связь, соединяющая выход фильтра 11 низкой частоты и инвертирующий вход регулятора 2 через фильтр 10 средн.их частот, позволяет повысить динамическую точность электропривода (умень- изшть перерегулирование), особенно в

верхнем диапазоне регулирования скорости вращения электропривода, за счет охвата всего контура регулирования электропривода динамической составляющей адаптивного сигнала (постоянная составляющая адаптивного сигнала отсекается фильтром 10).

Таким образом, совокупность вновь введенных блоков и связей увеличивает точность и быстродействие электропривода в условиях существенного изменения параметров и характеристик.

Формула изобретения

Система управления электроприводом, содержащая последовательно соединенные блок управления тиристорным преобраз ователем, электромеханический объект и регулятор скорости, последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, интегратор, второй сумматор и релейный элемент, последовательно соединенные.эталонную модель и блок формирования сигнала ошибки, подключенный выходом к второму входу релейного элемента, выход электромеханического объекта подключен к вторым входам блока формирования сигнала ошибки, первого и второго сумматоров, третий вход первого сумматора соединен с выходом второго сумматора, выход задат- чика подключен к входу эталонной модели и второму входу регулятора скорости, отличающаяся тем, что, с целью повьшения точности и быстродействия системы, она содержит фильтр средних частот и последовательно соединенные фильтр низких частот и усилитель с регулируемьм ограничением уровня выходного напряжения, подключенный выходом к входу блока управления тиристорным преобразователем, а вторым входом - к выходу регулятора скорости, выход релейного элемента соединен с вторым входом интегратора и входом фильтра низких частот, выход которого через фильтр средних частот подключения к третьему входу регулятора скорости.

Изобретение относится к автоматическому управлению и харатстериззг- ется высокими требованиями к точности и быстродействию в широком диапазоне регулирования скорости вращения в условиях существенного изменения параметров и характеристик электропривода. Сущность изобретения заключается в том, что в известную систему управления электроприводом, содержащую последовательно соединенные задатчик и регулятор скорости, а также блок управления тиристорным преобразователем и электромеханический объект, выход которого соединен .с втбрым входом регулятора скорости, последовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматор и релейный элемент и пбследова- тельно соединенные эталонную модель и блок формирования сигнала ошибки, выход которого подключен ко второму входу релейного элемента, входы эталонной модели и первого сумматора подключены к выходу задатчика, вторые входы первого сумматора, блока формирования сигнала ошибки и второго сумматора подключены к выходу электромеханического объекта, выход . второго сумматора соединен с третьим входом первого сумматора, дополнительно введены фильтр средних частот, выход которого соединен с третьим вхо- дом регулятора скорости, а также последовательно соединенные фильтр низких частот и усилитель с регулируе- мьм ограничением уровня выходного напряжения, второй вход которого соединен с выходом регулятора скорости, а выход - с блоком управления тиристорным преобразователем, второй вход интегратора и вход фильтра низких частот подключен к выходу релейного элемента, выход фильтра низких частот подключен к входу фильтра средних частот. Изобретение может быть ис- псльзовано в исполнительных электроприводах станков с ЧПУ и манипуляци- онных роботов. 1 йл. (Л 1C 00 00 ю

Редактор М.Бандзфа

Составитель В.Кузин Техред М..Ходанич

Заказ 7439/45 .

Тираж 862Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Тяско