Многодвигательный электропривод Советский патент 1992 года по МПК H02P7/68 

Предлагаемое изобретение относится к области автоматизации технологических процессов и может найти применение, например, при регулировании и поддержании соотношений усилий натяжения материала в отдельных зонах многодвигательных технологических линий при производстве многослойных полимерных материалов.

Известна система непосредственного регулирования усилия натяжения обрабатываемого материала в многодвигательных технологических линиях, содержащая датчики усилий натяжения, подключенные к регуляторам ведомых двигателей, регулятор ведущего двигателя, замкнутый обратной связью по скорости и общий задатчик скорости, соединенный со входами регуляторов двигателей через элементы сравнения, на входы которых, кроме того, подаются обратные связи по скорости индивидуальных приводов. Система электропривода поддерживает соотношение усилий натяжения материала только в статических режимах

работы, что является недостаточным. Система электропривода поддерживает соотношение усилий натяжения материала только в статических режимах работы, что я лпется недостаточным.

Известны также системы автомагического регулирования технологически пзаи- мосвязанныхэлектроприводов,

содержащие локальные системы управления каждым электродвигателем, общий формирователь сигнала задания, задатчик интенсивности, регуляторы-ограничители и сумматоры, Задатчик интенсивности состоит из инерционного и интегрирующего звеньев, соединенных последовательно и охваченных отрицательной обратной связью. Регуляторы-ограничители имеют регулируемые зоны нечувствительности. На сумматор между звеньями задатчика ичтсм сивности поступают корректирующие сигналы от каждого электропривода Ограничение выходных напряжений основных регуляторов осуществляется путем возСП

с

4 vj

Јь

СЛ -NJ

действия на формирование задания, которое не будет приводить к насыщению основных регуляторов. Задающий сигнал поступает на вход всех систем подчиненного регулирования. Из-за пеиндентичности динамических свойств локальных систем управления поддерживать соотношение усилий натяжения материала, обрабатываемого, например, в зонах технологических многодвигательных линий в переходных режимах работы весьма затруднительно, что является существенным недостатком приведенных систем управления.

Кроме того, известен многодвигательный электропривод содержащий п электродвигателей тянущих валков, система управления которыми построена по принципу подчиненного регулирования, якорная обмотка каждого из электродвигателей подключена к преобразователю, в цепь управления которым включены последовательно связанные регулятор скорости и регулятор натяжения, датчики скорости электродвигателей подключенные ко входам регуляторов скорости, сумматоры по числу электродвигателя, ко входам которых подключены датчики и задатчики натяжения, выход каждого из сумматоров связан с соответствующим регулятором натяжения, (п-1) дополнительных сумматоров, блок формирования усред- ненного значения ошибок и вычислительные блоки по числу электродвигателей, при этом входы блока формирования усредненного значения ошибок соединены с выходами сумматоров, а выход

-с входом каждого из вычислительных блоков, другие входы каждого из вычислительных блоков соединены с выходами дополнительных сумматоров, первые и вторые входы каждого из которых соединены с выходами i-ro и (i+1)-ro сумматоров, выходы вычислительных блоков соединены с входами соответствующих регуляторов натяжения. Известный многодвигательный электропривод представлен в виде функциональной схемы. Электропривод содержит электродвигатели М1-МЗ тянущих валков В1-ВЗ. Якорные обмотки электродвигателей подключены к преобразователям А1- АЗ, в цепь управления каждого из которых включены последовательно соединенные соответственно регуляторы тока РТ1-РТЗ, регуляторы скорости РС1-РСЗ и регуляторы- натяжения РН1-РНЗ. Датчики тока ДТ1- ДТЗ и датчики скорости ДС1-ДСЗ подключены ко входам соответствующих регуляторов тока и скорости. Сумматоры S1-S3 первым входом подключены соответственно к датчикам натяжения ДН1-ДНЗ, а

вторым входом - к задэтчикам натяжения

ЗН1-ЗНЗ. Кроме того, электропривод содержит дополнительные сумматоры S4-S5, блок формирования усредненного значения ошибок БФУЗ и вычислительные блоки

ВБ1-ВБЗ, причем входы блока БФУЗ соединены с выходами сумматоров 51-53, а выход - со входом каждого из блоков ВБ1-ВБЗ. Другие входы каждого из вычислительных блоков соединены с выходами

0 дополнительных сумматоров S3, S5. Первые и вторые входы каждого из дополнительных сумматоров S4, S5 соединены с выходами соответственно сумматоров S1-S3. Выходы блоков ВБ1-ВБЗ соединены с входами соот5 ветствующих регуляторов натяжения РН1- РНЗ.

Электропривод выполнен по двухуровневому принципу управления. На первом уровне поддерживается заданное соотно0 шение усилий натяжения материала в отдельных зонах технологической линии. Цель управления второго уровня - стабилизация заданного значения выходных величин. Оба уровня управления при работе электропри5 вода функционируют одновременно. Число сумматоров (S1-S3) для формирования ошибок рассогласования заданного и фактического усилий натяжения материла в зэнах технологической линии, число дополнитель0 ных сумматоров (S4-S5) для формирования ошибок заданного соотношения усилий натяжения материала между зонами линии и число вычислительных блоков зависит от количества.регулируемых приводов. Поэтому

5 при переходе в многодвигательном электроприводе от меньшего числа управляемых, двигателей к большему наращивается число указанных сумматоров и блоков, что излишне усложняет электропривод. Требуемые

0 суммарные сигналы управления электроприводами, подаваемые с выхода вычислительных блоков (ВБ1-ВБЗ) на входы ПИД - регуляторов натяжения (РН1-РНЗ), формируются из ошибок рассогласования згдан5 ных усилий натяжения и ошибок рассогласования заданного соотношения усилий натяжения материала. Эти сигналы по амплитуде малы и, как результат, многодвигательный электропривод становится

0 чувствительным к электропомехам, к сопротивлению переходных контактов между вычислительными блоками и регуляторами натяжения, что понижает точность системы регулирования соотношения усилий натя5 жения материала,

Целью изобретения является упрощение схемы и повышение помехоустойчивости электропривода, Это достигается тем, что в многодвигательный электропривод дополнительно введен блок динамической

коррекции задания, имеющий два входа и выходы по числу приводов, причем первый вход этого блока соединен с задатчиком управляющего сигнала по усилию натяжения, второй вход соединен с выходом формирования усредненного значения управляемых величин, а выходы блока динамической коррекции задания соединены с первыми входами регуляторов усилия натяжения. Блок динамической коррекции задания содержит сдвоенный потенциометр, инвертор с регулируемыми выходами по числу приводов и сумматор, входы которого соединены с движками первого и второго резисторов сдвоенного потенциометра, а выход - со входом инвертора.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается дополнительно введенными признаками и их связями, изложенными в отличительной части формулы изобретения, что соответствует критерию новизна, а проявляемые свойства отличительными признаками не обнаружены ни в прототипе ни в других известных технических решениях, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию существенные отличия.

На фиг.1 изображена функциональная блок-схема многодвигательного электропривода, например, для регулирования соотношения усилий натяжения материала в зонах технологической линии; на фиг.2 приведена функциональная схема блока формирования задания. Тянущие пары валов 1, 2, 3 транспортируют обрабатываемый материал 4 с заданной линейной скоростью 7Л. Скорость определяют подающие валы 5, автономный электропривод которых работает в режиме поддержания заданной частоты вращения и на блок-схеме условно не показан. Валы 1,2,3 приводятся во вращение от электродвигателей 6, 7, 8. Управление этими электродвигателями производится от регулируемых тиристорных преобразователей. Каждый преобразователь содержит силовой блок 9 (10, 11) и систему управления. Система управления силовым блоком преобразователя построена по принципу подчиненного регулирования с внутренний контурами регулирования тока и скорости электродвигателя и внешним контуром регулирования натяжения обрабатываемого материала. Контуры регулирования тока содержат регуляторы тока 12, 13, 14, на входы которых подаются сигналы обратной связи по току, снимаемые с датчиков тока 15, 16, 17 и выходные сигналы регуляторов скорости 18, 19, 20. Частота вращения вала каждого электродвигателя измеряется

датчиками скорости 21, 22, 23, сигналы с которых поступают на вторые входы регуляторов 18, 19, 20 соответственно. Внешние контуры регулирования натяжения материала содержат регуляторы усилия натяжения 24, 25, 26, датчики усилия натяжения 27, 28, 29, соединенные со вторыми входами регуляторов 24, 25, 26 соответственно. Первыми входами регуляторы усилия натяжения сое0 динены с регулируемыми входами блока динамической коррекции задания 30, а выходы регуляторов 24, 25, 26 соединены с первыми входами регуляторов скорости 18, 19, 20. Кроме того, сигналы датчиков 27, 28,

5 29 подаются на входы блока формирования усредненного значения управляемых величин 31, выход которого подключен на второй вход блока 30. Первый вход блока 30 соединен с задатчиком управляющих сигналов по

0 усилию натяжения 32. Задатчик 32 представляет собой регулируемый резистор, на который подается стабилизированное напряжение от источника питания, а с движка этого резистора снимается задающий сиг5 нал и подается на первый вход блока динамической коррекции задания 30. Блок 30 содержит сдвоенный потенциометр с резисторами 33, 34, инвертор 35 с регулируемыми выходами, собранными на резисторах 36

0 по числу приводов и сумматор 37. Еходы сумматора 37 соединены с движками рези- , сторов 33, 34 сдвоенного потенциометра. Выход сумматора подключен на вход инвертора 35. Резисторы 33,34 сдвоенного потен5 циометра соединены таким образом (см.фиг.2), что сигналы, снимаемые с них, зависят от положения резисторов. При этом, если движки резисторов находятся в крайнем левом положении, но на сум0 матор 37 поступаеттолько задающий сигнал по усилию натяжения материала с резистора 33, так как движок резистора 34 будет соединен с общей точкой схемы. При нахождении движков резисторов в крайнем пра5 вом положении на сумматор 37 подается только сигнал, поступающий с блока формирования усредненного значения управляемых величин 31.

Многодвигательный электропривод ра0 ботает следующим образом. Задатчиком 32 устанавливается требуемый сигнал управления. В результате этого электрический сигнал управления поступает на первый вход блока динамической коррекции зада5 ния 30, а именно на резистор 33. С движка последнего сигнал задания подается на вход сумматора 37. С выхода сумматора через инвертор 35 задающий сигнал раздается на резисторы 36 задания усилий натяжения материала в зонах линии. Сигналы задания с резисторов 36 поступают на входы регулируемых тиристорных преобразователей, которые выдают напряжения на электродвигатели 6, 7, 8. По мере разгона двигателей датчики скорости 21, 22, 23 вырабатывают электрические сигналы, которые используются в качестве отрицательной обратной связи по скорости, и подаются на вторые входы регуляторов 18, 19,20. Кроме того, перемещаемый материал 4 воздействует на датчики усилий натяжения 27, 28, 29. Последние вырабатывают электрические сигналы, которые используются в качестве отрицательной обратной связи по усилию натяжения материала в каждой зоне линии, и подаются на вторые входы регуляторов 24, 25, 26,

Одновременно электрические сигналы датчиков 27, 28,29 подаются на входы блока формирования усредненного значения управляемых величин 31. Блок представляет собой сумматор с равноценными коэффициентами передачи по каждому входному каналу. На выходе сумматора подключен резистор, сдвижка которого снимается сигнал, равный сумме входных сигналов. Движок этого резистора установлен в

положение, позволяющее снимать с него -

сумматорного выходного сигнала сумматора, где п - число регулируемых электроприводов, Таким образом формируется усредненное значение управляемых величин ХСр. С выхода блока 31 сформированный электрический сигнал поступает на второй вход блока динамической коррекции задания 30 на резистор 34. С движка резистора 34 часть сигнала усредненного значения управляемых величин равная (1- а) ХСр поступает на вход сумматора 37. Электрические сигналы, поступающие на вход сумматора с движков резисторов 33, 34 имеют одинаковую полярность. Поэтому на сумматоре 37 производится их арифметическое суммирование и подача суммарного сигнала через инвертор 35 на резисторы 36 (индивидуальные задатчики усилий натяжения материала в зонах технологической линии). Суммарные электрические сигналы задания поступают на входы регуляторов усилий натяжения 24, 25, 26, с выхода которых сигналы ошибок регулирования через регуляторы скорости и тока подаются на силовые блоки 9, 10, 11 регулируемых тиристорных преобразователей, В итоге изменяются напряжения на якорях электродвигателей 6, 7, 8. Происходит отработка требуемой частоты вращения валов двигателей

Останов приводов осуществляется путем уменьшения до нуля оигнапз управления. Долевое соотношение сигнала управления и сигнала усредненного значения управляемых величин в суммарном сигнале задания на выходе сумматора 37 порядка

1:100. Поэтому изменение частоты вращения вала одного из электродвигателей вызывает изменение усилий натяжения материала в зоне линии, Одновременно изменяется сигнал усредненного значения управляемых величин, а, следовательно, и суммарный сигнал задания. Если подающие валы 5 не транспортируют материала в технологические зоны линии происходит синхронное изменение частоты вращения

остальных приводов до полной их остановки. Приведем сравнение математических описаний управляемых сигналов, используемых в прототипе и в предлагаемом многодвигательном электроприводе.

В прототипе сформированные электрические сигналы управления Ui, Ua, U3 каждым электроприводом равны:

U (2Yi +Y2)+aYcp, (-Yi + Y2)+aYcp,

(-Yi-2Y2)+aYcp,

(1)

где YCp 3(1 + рз) усредненное

значение ошибок регулирования;

pi yj-Xl ,р2 тр-Х2,рз : ф-Хз- ошибки регулирования по каждому каналу управления;

YI ,Y2 03-дег - разности

ошибок регулирования смежных каналов;

Xi, X2, Хз- усилия натяжения материала в зонах линии;

задаваемое значение усилия натя- жения материала;

о. 0,1 -малая положительная величина. Для предлагаемого многодвигательного электропривода, исходя из вышеизложенного, выведем выражения. описывающие значения сигналов управления. Если представить выражения для Yep, Yi, Y2, pi , fa , рз в уравнения (1), то после алгебраических преобразований получим:

ui -1(2X1-Х2-хз)+a(V- Х1+х2+хз )xcp-xi+a(V-xc,,),

(2)

U2 -l(2X2-Xi-X3)+a(VXI +Х2 +ХЗ .v ,„(.,. v N

g) - лср - X2 +a( yj- xcp,,

U3 -1(2X3-Xl-Хз)+« ((i+X2+X3 ) Xrp-X3+«(V;-xcp), где XCp j (Xi+X2+X3)(2з)

есть усредненное значение усилий натяжения материала. Выражения (2) в свою очередь можно записать в виде:

Ui /MXcp)-Xi,

U2 Vb (ХСр)--Х2,(3)

U3 % (Хср)-Хз,

где #ь(ХсР) «VKbaJXcp(За)

есть задающий сигнал, зависящий от усредненного значения управляемых величин. В установившемся режиме, когда управляемые величины равны своим задающим воздействиям, усредненное значение управляемых величин равно задаваемому значению усилия натяжения материала (ХСр V)- Тогда, как следует из выражения (За),

(Xcp) a)tj) тр, т.е. блок динамической коррекции задания действует только при рассогласовании управляемых величин, когда ХСр тр.

Из приведенного математического описания управляющих сигналов видно, что при одном и том же законе управления возможен более экономичный вариант его решения,

Таким образом, в предлагаемом многодвигательном электроприводе на входе каждого регулятора усилия натяжения материала алгебраически складываются положительный электрический сигнал задания (с учетом его динамической коррекции) и отрицательный электрический сигнал обратной связи по усилию натяжения материала в данной зоне линии. Уровни каждого из этих сигналов на несколько порядков выше, чем уровень электрического сигнала ошибки регулирования по усилию натяжения материала в схеме прототипа. Линии связи для передачи электрических сигналов задания с выхода блока динамической коррекции (в предлагаемом электроприводе) и для передачи электрических сигналов ошибок регулирования по усилию натяжения материала (в прототипе) на входы систем управления силовыми блоками преобразователей чувствительны к электропомехам. Сигналы электропомех по модулю в этих линиях сравнимы с ошибками регулирования. Поэтому структура предлагаемого электроприводаобладаетповышенной

помехозащищенностью по сравнению с прототипом. Кроме того, по сравнению со схемой прототипа упрощается схема много- двигательного электропривода, так как ап- паратурно уменьшается количество операционных усилителей, необходимых для формирования сигналов управления. Формула изобретения

1.Многодвигательный элек тропривод, содержащий группу электродвигателей тянущих валов, системы управления которыми построены по принципу подчиненного регулирования, якорная обмотка каждого из электродвигателей подключена к преэбразователю. в цепь управления которым иклю- чены последовательно соединенные по первым входам регулятор тока, регулятор скорости и регулятор усилия натяжения, а также датчики тока, датчики скорости электродвигателей, датчики усилия натяжения по числу электродвигателей, подключенные к вторым входам регуляторов тока, скорости и усилия натяжения соответственно, блок формирования усредненного значения управляемых величин, входы которого соединены с датчиками усилия натяжения, и задатчик управляющего сигнала по усилию натяжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения помехоустойчивости, в него дополнительно введен блок динамической коррекции задания, имеющий два входа и выходы по числу электродвигателей, причем первый вход этого блока соединен с задатчиком управляющего сигнала по усилию натяжения, второй вход соединен с выходом бпок.а, формирования усредненного значения управляемых величин, а выходы блока динамической коррекции задания соединены с

первыми входами регуляторов усилия натяжения.

2.Электропривод по п.1, о т л и ч п ю- щ и и с я тем, что блок динамической коррекции задания содержит сдвоенный потенциометр. инвертор с регулируемыми выходами по числу электродвигателей и сумматор , входы которого соединены с движками первого и второго резисторов сдвоенного потенциометра, а выход-с входом инвертора.

LSWUl i

(2)

Использование1 может найти применение для регулирования и поддержания соотношений усилий натяжения материала в отдельных зонах мпогодвигательныхтзхно- логических линий, Сущность: в данном электроприводе дополнительно введен блок динамической коррекции задания. На выходах указанного блока формируются сигналы управления по уровню на несколько порядков выше, чем уровэнь сигналов электропомех. Благодаря этому повышается помехозащищенность электрического привода. Упрощается схема электропривода, т к. аппаратурно уменьшается количество сумматоров, необходимых для формирования сигналов управления. 2 ил.

Фиг 2