Адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей Советский патент 1993 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах автоматизированного вентильного электропривода постоянного тока и ориентировано на реализацию программным способом в микропроцессорных системах управления.

Известен адаптивный регулятор для управляемых выпрямителей (авт. св. № 898581., кл. Н 02 Р 5/12). содержащий триггер наличия тока, измеритель длительности протекания тока, интегральный регулирующий элемент, пропорциональный регулирующий элемент, сумматор, блок коммутации с ключевыми элементами (ключи интегрального регулирующего элемента) и блок коммутации с ключевыми элементами (ключи пропорционального регулирующего элемента). Измеритель длительности протекания тока состоит из ключа, генератора, .счетчика, ключей, дешифраюра инвертора и формирователя импульсов. Вь.ходы измерителя длительности протекания тока подключены к управляющим входа ч ключей и пропорционального и интегрального регулирующих элементов, а вход соединен с выходом триггера наличия тока, причем триггер наличия тока через ключ соединяет генератор стабильной частоты со счетным входом счетчика, установочный вход которого через формирователь импульса соеди- нен с выходом, триггера наличия тока. Выходы счетчика через ключи, управляющие входы которых через логический инвертор соединены с выходом триггера наличия тока, соединены с входами дешифратора 12, выходы которого соединены с ключами..

Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие регулятора в режиме прерывистых токов из-за запаздывания корректирующего воздействия и в режиме непрерывных токов из-за влияния пульсации тока на динамический коэффициент преобразователя, а также возможное перерегулирование в токе при выходе из прерывистого режима в непрерывный.

Известен адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей (авт.св. № 1104529, кл. Н 02 Р 5/06), содерVI

00

о о

N VI

жащи й датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульсов, к первому входу которого, объединенному с вторым входом ключевого элемента, подключены выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан-со счетчиком, кроме того, адаптивныйрегулятор содержит цифроаналоговый преобразователь, цифровой вычислитель, элемент памяти, RS-триг- гер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра объединены с выходами счётчика, а выход-с первыми входами цифрового вычитателя, вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика, соединены с выходами элемента- памяти, выходы цифрового вычитателя соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом суммато- . ра, выход переполнения счетчика соединение R-входом RS- триггера режима непрерывных токов, S- вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим вхо- дом ключевого элемента и с вторым входим формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход-с входом записи регистра, : а третий- с входом записи счетчика (прототип): Недостатками указанного устройства являются низкое.быстродействие регулятора в режиме прерывистых токов из-за запаздывания корректирующего воздействия и в режиме непрерывных токов из-за влияния пульсаций тока на динамический коэффициент преобразователя, а также низкое быстродействие отработки возмущения в прерывистом режиме. . ; . :

Целью изобретения является повышение качества регулирования тока. Поставленная цель достигав гея тем, что в адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей, содержащей регулирующий . элемент, подключенный к-первому входу сумматора, выход которого является выходом устройства, пропорциональный регулирующий элемент, первым входом подключенный к клемме задание, первый ключевой элемент, RS-тригтер режима непрерывных токов, своим выходом подключенный к входу управления первого ключевого элемента, и формирователь импульсов введены два . ключевых элемента, датчик среднего значения тока, первый нелинейный элемент, моделирующий характеристику ЭДС - ток преобразователя, второй нелинейный эле0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мент, корректирующий переходную характеристику ЭДС - ток преобразователя, второй нелинейный элемент, корректирующий переходную характеристику преобразователя, третий нелинейный элемент, моделирующий переходную характеристику преобразователя, пять фиксаторов нулевого порядка, два пороговых элемента, два элемента умножения, один элемент деления, три узла сравнения, задатчйк уставки и Делитель, причем второй вход сумматора , объединен с первым входом формирователя I импульсов и через первый ключевой элемент соединен с выходом пропорционального регулирующего элемента, и выходом первого элемента умножения, вход интегрального регулирующего элемента через второй ключевой элемент соединен с выходом первого, и второго узлов сравнения, входы управления первого и второго ключевых элементов объединены, первые входы первого узла сравнения и первого порогового устройства подключены к клемме задание, вход датчика среднего значения тока подключен к клемме обратная связь и через первый фиксатор нулевого порядка - к первому входу третьего узла сравнения, а выход через второй фиксатор нулевого порядка - к второму входу первого узла сравнения, выход интегрального регулирующего элемента подключен к входам первого и второго нелинейных элементов, выход первого нелинейного элемента-подключен к первому, а выход задатчика уставки - к второму входу второго элемента умножения, выход которого подключен к вторым входам пороговых элементов, второму входу элемента деления и через делитель - к второму входу третьего узла сравнения, выход которого подключен к первому входу второго порогового элемента и второму входу пропорцио- нального регулирующего элемента, выход первого порогового элемента подключен к S, а второго - инверсному R входу RS-триг- гёра непрерывного тока, первый вход элемента деления через третий ключевой элемент соединен с клеммой задание и выходом второго фиксатора нулевого порядка , выход элемента деления через третий нелинейный элемент подключен к первому входу элемента умножения, второй вход которого подключен к выходу второго нелинейного элемента, а выходчерез последовательно соединенные третий и четвертый фиксаторы нулевого порядка - к первому входу второго узла сравнения и через пятый фиксатор нулевого порядка - к второму входу этого узла, второй вход формирователя импульсов подключен к клемме сумма управляющих импульсов, а его первый выход - к входам управления второго, второй - к входам управления четвертого и пятого, третий - к входу управления третьего, четвертый - к входу управления первого фиксаторов нулевого п орядка, а пятый выход- к входу управления третьего ключевого элемента.. .;.. .-.

Адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей содержит интегральный регулирующий элемент 1,.сумматор 2, пропорциональный регулирующий элемент 3, ключевые элементы 4-6, RS-триггер режима непрерывных токов 7, формирователь импульсов 8, датчик среднего значения тока 9, нелинейные элементы 10-12, фиксаторы нулевого порядка 13-17- пороговые элементы 18, 19, элементы умножения 20, 21, элемент деления 22, узлы сравнения 23-25, задатчик уставки 26 и делитель 27, , ....} .; .;;,.;- ,., .-. Интегральный регулирующий элемент 1

.подключен к первому входу сумматора-2, выход которого является выходом устройства, второй вход сумматора 2 соединен с первым входом формирователя, импульсов. 8 и через первый ключевой элемент А подклю. чен или к выходу пропорционального регулирующего элемента 3 или . к выходу

; элемента умножения 20, вход интегрального регулирующего элемента 1 через ключевой элемент 5 подключен к выходу узла сравнения 23 или, 24, управляющие входы ключевых элементов 4 и 5 подключены к выходу .RS-триггера 7, первые входы пропорционального регулирующего элемента 3, узла сравнения 23 и порогового устройства 18 подключены к клемме задание, вход датчика среднего значения тока 9 подключен к клемме обратная связь1 и через фиксатор нулевого порядка 13- к первому входу узла сравнения 25, а выход через фиксатор нулевого порядка 14 -к второму входу узла сравнения 23. Выход интегрального регулирующего элемента 1 подключен к входам нелинейных элементов 11 и 12, выход нелинейного элемента 11 подключен к первому, а выход задатчика уставки 26 - к второму входу элемента умножения 21, выход которого подключен к вторым входам пороговых элементов 18, 19 и элемента деления 22 и через делитель 27 - к второму входу узла сравнения 25, выход последнего подключен к первому входу порогового элемента 19 и второму входу пропорционального регулирующего элемента 3. Во1ход порогового элемента 18 подключен к S-, а порогового элемента 19 - к инверсному R входам RS- триггер а непрерывного тока 7. Первый вход элемента деления 22 через ключевой элемент 6 соединен или с. клеммой задание

или выходом фиксатора нулевого порядка 14, выход элемента деления 22 через нели- ,нейный элемент 10 подключен к первому входу элемента умножения 20, второй вход 5 которого подключен к выходу нелинейного элемента 12, а выход через последовательно соединенные фиксаторы нулевого порядка 15 и 16 - к первому входу узла сравнения

24 и через фиксатор нулевого порядка 17 - 0 к второму входу этого узла, Второй вход формирователя .импульсов8 подключен к клемме сумма управляющих импульсов, а его первый выход- к входу управления фиксатора нулевого порядка 14, второй - фик- 5 саторов 16, 17, третий - фиксатора 15, четвертый - фиксатора 13, а пятый выход- к входу управления ключевого элем ен- та 6. .;: , - -: : --.... -. . v-;;.

0Устройство работает следующим обра: зом. Регулятор имеет, две структуры, в зависимости от тока преобразователя - прерывистог о или непрерывного. Выбор одной из структур осуществляется одновре5 менным переключением ключевых элементов 4 и 5. Этими ключами управляет RS-триггер 7. Если на его выходе лог,1, то ключи находятся в положении согласно фиг.1. Триггером 7 управляют пороговые

0 элементы 18 и 19, которые переключаются в лог.1 при превышении сравниваемых ими величин токов задания и обратной связи с гранично-непрерывным током с выхода элемента умножения 21. Величина гранично-не5 прерывного тока при нулевой ЭДС двигателя задаётся зздатчиком уставки 26Т ВеличинагргЈ; ничйо непрерывноготока преобразователя изменяется с изменением ЭДС. двигателя по известному закону, который учитывается нелинейным элементом 11, переходная характеристика которого приведена на фиг.2. Сигнал с выхода этого элемента использует-. с я как коэффициент, на который умножается элементом 21 сигнал задатчика уставки

5 26. Вместо ЭДС двигателя здесь используется сигнал на выходе интегрального регулирующего элемента 1, которые.в режиме прерывистых токов очень близки/Имеется ввиду, что передаточная характеристика си- 0 стемы импульсно-фазового управления и преобразователя имеет вид, приведенный на фиг.З, где UR - сигнал на выходе сумма- : тора 2,.a Ud-.выпрямленное напряжение при непрерывном токе. При применении си5 стемы импульсно-фазового управления с линейным опорным напряжением все приведенные здесь кривые незначительно ви- доизменяются. На выходе узла сравнения25 формируется прогнозируемый сигнал, близкий к среднему значению непрерывно0

го тока преобразователя за интервал вен- тильности. Этот сигнал получается путем вычитания мгновенного значения тока обратной связи в точке , опережающей точку наступления максимума в токе на несколько электрических градусов и сигналах выхода элемента умножения . 21 гранично-непрерывный ток, прошедшего делитель 27; с коэффициентом передачи,

примерно равным 0,5. Вычитание этих сигналов учитывает пульсацию в токе «Таким образом, переключение структуры регулирования из прерывистого тока в непрерыв- ный производится сразу после превышения задания на ток величины/равной гранично- непрерывному току, а переключение структуры из непрерывного в прерывистый-- при снижении задания на ток и прогнозируемого по обратной связи среднего значения тока ниже уровня гранично-непрерывного тока, RS-триггер имеет приоритет по входу S. Формирователь импульсов 8 вырабатывает управляющие импульсы для фиксаторов нулевого порядка 13-17 и ключевого элемента 6 согласно диаграмме, приведенной на фиг.4. В момент действия импульса фиксаторы нулевого порядка 13-17 запоминают на входе состояние входа до прихода следующего импульса. На время действия импульса У5 ключевой элемент 6 подключает вход фиксатора 14 к первому входу элемента деления 22. Момент формирования импульса У4 соответствует времени выдачи фиктивного импульса управления для последнего включенного вентиля с углом управления, соответствующего выходному сигналу интегрального регулирующего элемента, задержанного на постоянное время, например 1,4 м S для шестйипульсной схемы Ларинова. Это может быть реализовано, например, с помощью схемы приведенной на фиг.5, где Uor -опорное напряжение, U0x

- напряжение пропорциональной части регулятора на первом входе сумматора 2. Датчик среднего значение тока 9 может быть выполнен на основе интегратора с ключом сброса импульсами управления или по а.с. СССР №1327260 Н 02 Р 5/06. Регулятор непрерывного тока преобразователя - пропорционально-интегральный, причем обратная связь для пропорционального регулирующего элемента 3 - это зафиксированное в точке сигналом У4 скорректированное по пульсации в узле 25 мгновенное значение тока, а для интегрального регулирующего элемента 1 - это измеренное датчиком 9 среднее значение тока за

предыдущий интервал вентильности. При этом статическую точность отработки задания обеспечивает обратная связь по датчику среднего значения тока 9, а обратная связь по мгновенному значению тока обеспечивает высокое быстродействие.

Применение фиксатора нулевого порядка 13 исключает влияние пульсации выпрямленного тока на коэффициент преобразователя и на зависимость переходного процесса в токе от уррвня скачка задания, обеспечивая предельное

быстродействие - отработку задания за одну дискрету преобразователя. Регулятор прерывистого тока преобразователя: пропорциональный по заданию и интег- ральн ый rib заданию и обратной связи с

нелинейными коэффициентами. Нелинейность преобразователя в зоне прерывистых

токов учитывается нелинейным элементом

10, входным параметром для которого является желаемое отношение среднего значения выпрямленного . тока к гранитно-непрерывному, а выходным - приращение управляющего сигнала сумматора 2 от гранично:непрерывного тока до желаемого. Эта кривая соответствует ЭДС двигателя, равной нулю, приведена на фиг.6 и мало зависит от параметров нагрузки преобразователя. Зависимость этой кривой от ЭДС двигателя учитывается нелинейным элементом 12, переходная характеристика

которого приведена на фиг.7. Сигнал с выхода этого элемента используется-как коэффициент, на который умножается элементом 20 сигнал с выхода нелинейного элемента 10 входным сигналом для нелинёйного элемента 12, как и для элемента 11, является сигнал на выходе интегрального регулирующего элемента 1. Сигнал задания на ток и среднее значение тока обратной связи проходят одинаковые преобразова ния через цепочку элементов 22, 10 и 20. Элемент деления 22 определяет, какую часть гранично-непрерывного тока составляет входной ток цепочки. Временная диаграмма работы устройства в прерывистом

токе при приложении скачка задания приведена на фиг.8. На время действия импульса . У5 к входу цепочки элементов 22, 10 и 20 прикладывается сигнал обратной связи от- датчика среднего значения тока 9 через фиксатор 14. Через некоторое время результат1 преобразования с выхода этой цепочки запоминается фиксатором 17, сравнивается с сигналом на выходе фиксатора 18 в узле сравнения 24 и воздействует на интегральный регулирующий элемент 1. Все остальное время к входу цепочки прикладывается сигнал задания на ток, который воздействует как на интегральный регулирующий элемент 1 через фиксаторы нулевого порядка 15 и 16, так и сумматор 2 через ключевой

элемент 4, Фиксатор 15 служит для задержки этрго сигнала на дискрету преобразователя, компенсирующей задержку сигнал обратной связи в датчике среднего значе- ниятока 9. Быстродействие отработки задания обеспечивается воздействием сигнала гадания через цепочку:элементов 22, 10, 20, 4 и на сумматор 2, а точность и быстродействие по возмущению; вызванное изменением двигателя, напряжения питающей сети или неточностью нешнейных и других элементов,, обеспечивается интег- ральн ым регулирующим элементом 1, при- чём И в первый и ёо второй случай учитывается нелинейность преобразователя в прерывистом режимеi его работы. На .выходе Интегрального регулирующего эле- мейҐа удерживается значение, соответству- .; ющеё углу управления при протекании .

: гран и ч и b-rt ё п рё р ы в н о f 6 тока, что о бес п еч и.-.. вае т быстрое переключение структуры регулирования в двух направлениях б.ез

. перерегулирования в токе, а также в рёвёр- .. сивных преобразователях позволяет р аб о . тать с углом согласования 90 эл. град. с предельным быстродействием при реверсах тока. Таким образом, динамика регуля. тора тока не зависит of уровня скачка .. заданйй и обёспечивает возможн ость реа. лизации быстродействия, близкого к пр е дельному, в непрерывном и прерывистом токе преобразователя в большом диапазоне

; изменения пр бтйвЬЭДС нагрузки. Реализация предлагаемого регулятора /возможна

программным способом в микропроцессорных cHcteMax управления Ирёобразователя- ми,;У. к. операции преобразования в нем

производятся над квазистационарными за - .дискрету преобразователя сигналами задания и обратной связи по току с большим запасом времени до момента формирова ния следующего управляющего импульса, ; . что снимает требования к высокой произво- дйтельности вычислителя. При этом про- граммнб.реализуются всё элементы и узлы : устройства, ,за исключением датчика среднего значения тока 9, фиксаторов нулевого порядка 13-и 14, а выработка импульса У4 .требуется аппаратной поддержки в виде таймера который во всех случаях имеется а системе,.Нелинейные,элементы реализуются в виде таблиц, хранящихся в постоянной памяти. Ниже приведены формулы для расчета регулятора тока:

irp..fl(ln-l),

. ...

Для регулятора непрерывного тока:

|n ln-1+:(iVl-icp.n)K1

Pn(.-iT.n)K2

i Для регулятора прерывистого тока:

(1л-зШ Т

|). КЗ;

гр.п -2

)-f2(ln-l).

гр.п.

(ln-l}.f3(),

гр.п.

10 где R - выход регулятора;

. I интегральная часть регулятора; ,-;....... Р - прЪпорцйо нальная часть регулято

РЙ; -: -:С- -Г:--;- .--г: -; . СГ ::... -: :v,Vi, - -. V

. п - текущий номер расче или замера;

1.5i -задание на ток; -. . / ;v;:1ср - замер среднего значения тока; ;. т - замер мгновенного значения тока; . Jrp среднее значение гранично непре- рывноготока; ,/.. --.-. ....:..,..,-.--. 0 ., irpo - уставка гранично-непрерывный ток при нулевой : . К1,КЗ- интегральные коэффициенты; FC2-пропорциональный коэффициент; fi(x) - коэффициент, выбранный из таб- 5 лицы, выполненной согласно фиг.2. по аргументу в скобках; v ..

f2(x) - коэффициент, выбранный из таблицы, выполненной согласно фиг.7, по аргументу в скобках;

0fa(x) - коэффициент, выбранный из таблицы, выполненной.согласно фиг.б, по.эргу- менту в скобках. ,. : ....;..; Синхронизация расчетов производится

5 суммой управляющих импульсов, информация о токах обратной связи вводится вмик- ропроцессорную.систему управления через, например аналого-цифровой преобразователь, а выходное цифровое значение реали0 зуется . цифровойсистемой . импульсно-фазового управления.

Предлагаемое устройство обладает луч- шими качествами регулирования тока преобразователя, а именно имеет большее

5 быстродействие по отработке задания тока и более устойчиво к воздействию возмуща. ющих факторов. Улучшение качества регу- .лирования в режиме преры.вистых токов достигнуто за счет применения нового

0 принципа адаптации.; Формул аизобре. тения Адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей, содержащий интегральный регулирующий

5 элемент, подключенный к первому входу сумматора, выход которого является выхо- дом устройства, пропорциональный регулирующий элемент, первым входом подключенный к клемме задание, первый ключевой элемент, RC-триггер режима непрерывных токов, своим выходом подключенный к входу управления первого ключевого элемента, и формирователь импульсов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения качества регулирования, в него введены два ключевых элемента, датчик среднего значения тока, первый нелинейный элемент, моделирующий характеристику преобразователя, второй нелинейный элемент, корректирую- щи и переходную характеристику преобразователя/ третий нелинейный элемент, моделирующий переходную характеристику преобразователя, пять фиксаторов нулевого порядка, два пороговых элемента, два элемента умножения, один элемент деления, три узла сравнения, задатчик уставки и делитель, причем второй вход сумматора объединен с первым входом формирователя импульсов и через первый ключевой эле- мент соединен с выходом пр ёпорцйональ- наго регулирующего элемента и выходом первого элемента умножений, вход интег- рального регулирующего элемента Через второй ключевой элемент соединен с выхо- дом первого и втброго узлов сравнения, входы управления первого и второго ключевых элементов объединены, первые входы первого узла сравнения и первого порогового устройства подключены к клемме задание, вход дат- чика среднего значения тока подключен к клемме обратная связь1 и через первый фиксатор нулевого порядка к первому входу третьего узла сравнения, а выход - через второй фиксатор нулевого порядка к второ- му вхбду первого узла сравнения; выход интегрального регулирующего элемента подключен к входам первого и второго нелинейных элементов, выход первого нелинейного элемента подключен к первому, а выход задатчика уставки - к второму входу второго элемента умножения, выход которого подключен к вторым входам пороговых элементов, второму входу элемента деления и через делитель- к второму входу третьего узла сравнения, выход которого подключен кперврму входу второго порогового элемента -и к второму входу пропорционального регулирующего элемента, выход первого порогового элемента подключен к S, а второго - к инверсному R-входам КС-триггера непрерывного тока, первый вход элемента деления через третий ключевой элемент соединен и с клеммой задание и с выходом второго фиксатора нулевого порядка, выход элемента деления через третий нелинейный элемент подключён к первому входу элемента умножения, второй вход которого подключен к выходу второго нелинейного элемента, а выход через последовательно соединенные третий и четвертый фиксаторы- нулевого порядка - к первому входу второго узла сравнения и через пятый фиксатор нулевого порядка - к второму входу этого узла, второй вход формирователя импульсов подключен к клемме сумма управляющих импульсов, а его первый выход - к входам управления второго, второй - четвертого и пятого, третий - третьего, четвертый - первого фиксаторов Нулевого порядка, а пятый выход- к входу управления третьего ключевого элемента: . . .:.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электропри- водах постоянного тока. Целью изобретения является повышение качества регулирования. Устройство содержит интег-; ральный и пропорциональный регулирующие элементы, пять фиксаторов нулевого порядка. В данном устройстве повышается качество регулирования тока электродвигателя за счет введения трех нелинейных элементов.