Способ управления многодвигательным электроприводом Советский патент 1992 года по МПК H02P7/68 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам управления мно- годвигательными электроприводами с индивидуальными силовыми преобразователями и упругими механическими передачами от электродвигателей к общей массе, применяемыми в опорно-поворотных устройствах телескопов, антенн, судовых установок, экскаваторов и т.п., а также в рабочих машинах прессовой группы бумагоделательного, химического, текстильного и другого оборудования.

Основными требованиями, предъявляемыми к указанным многодвигательным электроприводам, являются высокая точность и быстродействие в управлении движением общей массы, равномерное распределение нагрузок электродвигателей.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия в управлении движением общей массы, достижение одинаковой загрузки электродвигателей.

Указанная цель достигается тем, что основное управляющее воздействие на ведущий и ведомый электроприводы формируют по полному вектору состояния, определяемому координатами электродвигателя и механической передачи ведущего электропривода, а также общей массы, причем момент инерции общей массы принимают равным n-ной части полного момента ее инерции, где п - число электродвигателей, производят попарное сравнение координат состояния каждого ведомого электропривода с одноименными координатами состояния ведущего электропривода, формирование дополнительных управляющих воздействий на каждый ведомый электропривод производят по полному вектору со- стояния, определяемому разностью одноименных координат соответствующих, ведомого и ведущего электроприводов, считая общую массу неподвижной причем темп формирования дополнительных управляющих воздействий устанавливают выше

(Л

С

VI

о XI о ю

К)

темпа формирования основного воздействия.

Формирование основного управляющего воздействия по координации состояния одного из п электроприводов (ведущего), включающего электродвигатель, силовой преобразователь, механическую передачу, а также по координатам общей массы при учете n-ной части момента ее инерции позволяет обеспечить такое движение всех однотипных электроприводов, при котором каждый из них осуществляет управляемую форсйровку движения своей доли общей массы аналогично тому, как это делается ведущим электроприводом, т е. с заранее заданным качеством,

Формирование с высоким темпом дополнительных управляющих воздействий на каждый ведомый электропривод на основе результатов попарного сравнения координат его состояния с одноименными координатами ведущего электропривода обеспечивает быстрое устранение с задан- ны м качеством возможных отклонений движения каждого ведомого электропривода от движения ведущего по всем координатам. Этим достигаются идентичность их движения движению ведущего электропривода и равномерное распределение нагрузки.

Более высокий темп вспомогательных управляющих воздействий по сравнению с темпом основного воздействия удается обеспечить в условиях тех же ограничений на координаты электроприводов благодаря тому, что они формируются не на основе значений самих координат состояния ведомых электроприводов, а на основе их отклонений от соответствующих координат состояния ведущего электропривода, которые в силу идентичности приводных устройств оказываются существенно меньшими.

Формирование управляющих воздействий динамических систем на основе информации о полном векторе их состояния, как указывалось при характеристике аналогов, является известным техническим решением, однако из-за потери управляемости оно не может быть применено в целом для многодвигательной системы. В данном техниче- ском решении оно применяется для раздельного формирования управляющих воздействий на основе значений координат искусственно выделенных структур ведущего электропривода с соответствующей долей инерции общей массы и структур ведомых электроприводов, которые в отдельности являются полностью управляемыми по своим состояниям.

Другие известные решения с признаками, сходными с отличительными от прототипа признаками изобретения, не обнаружены.

5На фиг. 1 представлена функциональная схема многодвигательного электропривода, реализующего предложенный способ; на фиг, 2 (а,б,в) - диаграммы изменения основных координат состояния электроприво10 да при управления скоростью общей массы в соответствии с прототипом (а), а также в соответствии с предложенным способом (б, в) в условиях наличия (б) и отсутствия (в) дополнительных управляющих воздейст15 вий.

Многодвигательный электропривод имеет общую массу 1, связанную через упругие механические передачи 2-4 с валами соответственно ведущего электродвигателя

0 5 и ведомых электродвигателей 6, 7 Силовая цепь электродвигателя 5 с датчиком 8 тока подключена к выходу силового преобразователя 9, а силовые цепи ведомых электродвигателей 6, 7 со своими датчиками

5 тока 10, 11 подключены к выходам соответствующих силовых преобразователей 12, 13 Датчики 14-16 скорости установлены на валах соответствующих электродвигателей 5-7, а датчики 17-19 момента - на соответ0 ствующих механических передачах 2-4.

При этом элементы 2, 5, 9 составляют ведущий электропривод, а элементы 3, 6, 12 и 4, 7, 13 - соответствующие ведомые электроприводы.

5 Задатчик 20 скорости подключен к неинвертирующему входу основного модального регулятора 21, своими инвертирующими входами связанного с выходами соответственно датчиков 8 тока, 14 скорости

0 и 17 момента, а также с выходом датчика 22 скорости, установленного на валу общей массы 1.

Выход основного регулятора 21 подключен к входу силового преобразователя 9

5 и к первым входам соответствующих сумматоров 23, 24, вторыми входами связанных соответственно с выходами вспомогательных модальных регуляторов 25, 26 ведомых электроприводов. Выходы сумматоров под0 ключены к входам соответствующих силовых преобразователей 12, 13.

Каждый из входов вспомогательного модального регулятора 25 или 26 связан с соответствующим выходом одного из трех

5 блоков 27-29 или 30-32 сравнения.

Неинвертирующий вход каждого блока сравнения связан с выходом соответствующего из датчиков 8 тока, 14 скорости и 17 момента ведущего электропривода, а ин- вотирующий вход соединен с выходом одпоименного датчика 10,15, 18 или 11, 16, 19 ведомого электропривода.

Формирование основного управляющего воздействия на ведущий и ведомый электроприводы производится основным модальным регулятором 21 в зависимости от установки задания скорости задатчика 20 на основе информации о всех координатах состояния (токе, скорости, упругом моменте) ведущего электропривода и скорости движения общей массы. Параметры регулятора 21 принимаются такими, чтобы обеспечить заданное распределение корней характеристического уравнения структуры ведущего электропривода с общей массой, момент инерции которой принимается равным n-ной части его полного момента инерции, где п - число электродвигателей. При этом расчете наличие ведомых электродвигателей не учитывают, поэтому соблюдают условие полной управляемости по состоянию, и задачу синтеза основного регулятора решают известными методами модального управления, поскольку однотипные параллельные каналы передачи воздействия отсутствуют, Сформированное таким образом управляющее воздействие подают на входы силовых преобразователей всех электроприводов многодвигательной установки.

При полной идентичности ведомых электроприводов ведущему электроприводу каждый из них обеспечивает одинаковое движение своей доли общей массы, идентичное движению, сообщаемому ведущим электроприводам, и соответствующее заданному качеству переходных процессов.

На фиг. 26 приведены графики изменения скорости общей массы и токов электродвигателей при ступенчатом изменении сигнала задания скорости, полученные при значениях корней характеристического уравнения структуры ведущего электропривода с общей массой, соответствующих распределению Бесселя (4, с. 151). Их сравнение с графиками на фиг. 2а. полученными в аналогичных условиях при организации управления электроприводом в соответствии с прототипом, свидетельствует о достижении более высоких динамической точности и быстродействия, одинаковой загрузки электродвигателей в новой системе, при управлении на основе параметров полного вектора состояния ведущего электропривода и скорости общей массы.

В реальных условиях существуют определенные различия параметров элементов отдельных электроприводов и их внешних возмущений, в результате чего возникает влияние электроприводов друг на друга через общую массу, и при отсутствии вспомогательных управляющих воздействий качество переходных процессов существенно ухудшается, а загрузка электродвигателей становится неравномерной, Это иллюстрируют соответствующие графики на фиг. 2 в, полученные при 30%-ном различии сопротивлений силовых цепей электродвигателей.

Различия в значениях координат ведо0 мого электропривода и соответствующих координат ведущего электропривода выявляются блоками 27-29 и 30-32 сравнения. На основе этой информации вспомога- тельные модальные регуляторы 25, 26 фор5 мируют дополнительно управляющие воздействия на соответствующие ведомые электроприводы. При этом параметры каждого из регуляторов настраивают так, чтобы обеспечить заданное распределение кор0 ней характеристического уравнения ведомого электропривода, полученного при условии отсутствия движения общей массы. Распределение корней должно обеспечить более быструю (в несколько раз) динамику

5 процессов в канале ведомого электропривода по сравнению с динамикой процессов в канале ведущего электропривода.

Этого удается достичь при тех же ограничениях на координаты электропривода,

0 поскольку различия параметров отдельных электроприводов невелики, и вспомогательные регуляторы 25, 26 работают в бункции относительно малых отклонений, а не в функции их абсолютных значений.

5 В итоге, возникающие от действия параметрических и внешних возмущений несоответствия значений координат ведомых электроприводов одноименным координатам ведущего электропривода оперативно

0 выявляются блоками сравнения и устраняются локальными вспомогательными модальными регуляторами прежде, чем окажут сколь-либо существенное влияние на основное движение общей массы (фиг. 26), опре5 деляемое принятым распределением корней канала ведущего электропривода. Соблюдение равенства токов электродвигателей обеспечивают при этом условия их равномерной загрузки.

0 Таким образом, вспомогательные регуляторы выравнивают динамические характеристики ведомых электроприводов и делают их идентичными характеристикам ведущего электропривода, а основной регу5 лятор формирует заданное качество движения общей массы в условиях достигнутой идентичности динамики всех каналов При этом обеспечиваются максимальные быстродействие и динамическая точность, насколько это возможно в условиях реальных

ограничений нагрузок электродвигателей и механических передач.

В результате удается повысить разрешающую способность (полосу пропускания) следящих опорно-поворотных устройств, снизить массо-габаритные показатели силовой части электропривода и механических передач, продлить срок службы электрооборудования, механических узлов и элементов технологического оборудова- ния.

Формула изобретения Способ управления многодвигательным электроприводом с упругими механи- ческими передачами от электродвигателей к общей массе путем формирования основного управляющего воздействия на ведущий и ведомые электроприводы в зависимости от тока и скорости ведущего электродвигателя и формирования дополнительных управляющих воздействий на каждый ведомый электропривод в зависимости от тока соответствующего ведомого электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия в управлении движением общей массы, достижения одинаковой загрузки электродвигателей, основное управляющее воздействие формируют в зависимости от полного вектора состояния, опредепяемого координатами электродвигателя и механической передачи ведущего электропривода, а также общей массы, момент инерции которой принимают равным n-ой части ее полного момента инерции, где п - общее количество электродвигателей, производят попарное сравнение координат состояния каждого ведомого электропривода с одноименными координатами состояния ведущего электропривода, формирование дополнительных управляющих воздействий на ведомые электроприводы производят в зависимости от полного вектора состояния, определяемого разностью значений одноименных координат соответствующего ведомого и ведущего электроприводов, считая общую массу неподвижной, причем темп формирования дополнительных управляющих воздействий устанавливают выше темпа формирования основного управляющего воздействия.

&

Јfl

фиг.1