Система управления электроприводом Советский патент 1993 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах электропривода промышленных установок.

Цель изобретения - повышение быстро- действия и уменьшение динамической ошибки системы электропривода.

На чертеже приведена функциональная схема системы электропривода.

Система электропривода содержит первый элемент 1 сравнения, регулятор 2, силовой преобразователь 3, двигатель 4, датчик 5 скорости, умножитель 6, суммирующий усилитель 7, первый 8 и второй 9 инвертирующие усилители, дифференциатор 10 и второй элемент 11 сравнения, на чертеже приняты следующие обозначения: Оэ - сигнал задания, со- скорость вращения двигателя 4, е- ошибка рассогласования, Ј- ее производная, Uoc - сигнал обратной связи, идс - сигнал датчика 5 скорости. К - коэффициент умножителя 6. Первый вход первого элемента 1 сравнения соединен со входом системы, второй вход - с выходом умножителя 6, а выход - со входом регуля- тора 2, который посредством силового преобразователя 3 регулирует скорость вращения двигателя 4. выход которого соединен со входом датчика 5 скорости. Выходной сигнал датчика 5 скорости поступает на вторые входы умножителя б и второго элемента 11 сравнения, первый вход которого соединен со входом системы. Ошибка рассогласования Ј с его выхода через дифференциатор 10 и первый инвертирующий усилитель 8 поступает на первый вход и через второй инвертирующий усилитель 9 на второй вход суммирующего усилителя 7, выход которого соединен с первым входом умножителя 6.

Система электропривода работает еле- дующим образом.

Первый элемент 1 сравнения выявляет разность сигналом задания и сигналом обратной связи, которая является входным сигналом регулятора 2. Он управляет силовым преобразователем 3, выходное напряжение которого определяет скорость вращения двигателя 4. Скорость вращения двигателя 4 измеряется датчиком 5 скорости, сигнал которого поступает на второй вход умножи- теля 6, который формирует напряжение обратной связи.

Функция суммирующего усилителя 7 состоит в выработке напряжения управления для умножителя 6, соответствующего коэф- фициенту К. Второй элемент 11 сравнения выявляет сигнал ошибки рассогласования е U3 -Уде, дифференциатор 10 определяет производную Ј ошибки рассогласования.

После инвертирования и усиления этих величин соответственно инвертирующими усилителями 8 и 9 суммирующий усилитель 7 производит их суммирование с масштабными коэффициентами. Приемлемым можно считать вычисление выходного напряжения суммирующего усилителя 7 пропорциональным выражением - Ј + С к), где С - постоянный коэффициент. При малых значениях суммы -(с4С Ј ) благодаря смещению (на схеме не указано) на выходе суммирующего усилителя 7 имеется сигнал, соответствующий значению и напряжение обратной связи . Если сумма -(Ј+ С Ј) имеет положительное значение, то значение К возрастает, т.е. . При этом сигнал обратной связи возрастает, выход регулятора 2 уменьшается, соответственно система электропривода испытывает тормозящее действие и наоборот, при отрицательном значении суммы -(s+ С к), значение К уменьшается, т.е. К 1, сигнал обратной связи также уменьшается, а выход регулятора 2 увеличивается и система электропривода получает ускорение.

Разность задающего напряжения U3 и 1)лс с выхода первого элемента 1 сравнения является входным сигналом для регулятора 2 системы электропривода. При набросе нагрузочного момента на двигатель 4 его скорость вращения вначале уменьшается, а ошибка рассогласования е возрастает при Ј 0. Поэтому сумма -(Ј+ С Ј) имеет отрицательное значение, что вызывает уменьшение значения коэффициента К умножителя 6, вследствие чего уменьшается и сигнал Uoc. Входной сигнал регулятора 2 возрастает и система электропривода получает формирующее корректирующее действие, причем оно начинает действовать практически одновременно с .набросом нагрузочного момента, используя сигнал производной Ј .которая еще при малых значениях Ј имеет большое значение. В результате такой своевременной коррекции существенно уменьшается динамическая ошибка по отклонению скорости двигателя 4. В точке максимального отклонения скорости двигателя 4 производная Ј 0, но сумма - Ј +С- Ј ) сохраняет отрицательное значение благодаря большому значению Ј , поэтому корректирующее действие не меняет-своего характера и способствует теперь более быстрому возвращению скорости двигателя 4 к заданному значению. При этом производная Ј меняет свой знак, а ошибка е начинает уменьшаться. Поэтому перед достижением скорости двигателя 4 заданного значения сумма -( t:+ С F. )

переходит через ноль и становится положительной величиной, что вызывает увеличение коэффициента К умножителя 6. Сигнал Uoc резко возрастает, становится больше сигнала U3 и на входе регулятора 2 сигнал имеет отрицательное значение. В результате выход регулятора 2 уменьшается и система электропривода оказывает тормозящее действие на двигатель 4, что эффективно приводит систему в установившееся состо- яние без перерегулирования.

При набросе задающего сигнала LU и при пуске происходит разгон двигателя 4 до повышенной скорости. Наэтомучасткеошиб- ка рассогласования к имеет положительное значение и по ходу увеличения скорости двигателя 4 уменьшается до нуля. В начале дан- .юго участка сумма -fe+ С е) имеет отрицательное значение ввиду малых отрицательных значений Ј, что уменьшает ко- эффициент К умножителя 6, уменьшается и сигнал обратной связи иос. Входной сигнал регулятора 2 и. соответственно, его выходной сигнал дополнительна возрастают, в результате система электропривода получает дополнительное форсирующее действие. Это способствует ускорению разгона двигателя 4. В процессе повышения скорости вращения двигателя 4 ошибка рассогласования е уменьшается, а ее производная Ј имеет отрицательное значение и растет ее модуль. Из-за этого сумма -(к + С Ј ) перед достижением скорости двигателя 4 нового заданного значения меняет знак и становится положительной величиной. Ко- эффициент К умножителя 6 возрастает, сигнал Uoc становится больше сигнала Us, на входе регулятора 2 появляется сигнал отрицательного значения и его выход резко уменьшается. В результате двигатель 4 испытывает тормозящее действие. Следует отметить, что чем резче происходит разгон двигателя 4, тем больше по модулю значение производной fe и тем раньше сумма -(Ј + С-- ё ) перед достижением скорости двигателя 4 нового заданного значения изменит знак и станет положительной величиной. Следовательно, торможение двигателя 4 начинается

своевременно, причем чем больше модуль i: , тем сильнее торможение, что исключает перерегулирование.

Аналогичный характер корректирующих действий от уменьшения и увеличения коэффициента К умножителя 6 имеет место при сбросе нагрузочного момента на двигатель 4, а также при сбросе сигнала задания U3.. . :

Таким образом, предлагаемая система управления электроприводом путем изменения величины коэффициента умножителя 6 в цепи обратной связи по скорости вращения двигателя 4 своевременно оказывает корректирующие действия для уменьшения динамической ошибки при любых колебаниях нагрузочного момента на двигатель 4, ускоряет переходной процесс при действии возмущений и изменениях задающего сигнала и перед достижением скорости двигателя 4 заданного значения производит эффективное торможение для исключения перерегулирования и успокоения системы электропривода.

Фор мула изобретения

Система управления электроприводом, содержащая последовательно соединенные элемент сравнения, первый вход которого является задающим входом системы, регулятор, силовой преобразователь и двигатель, выход которого через датчик скорости соединен с первым входом умножителя, соединенного вторым входом с выходом суммирующего усилителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго инвертирующих усилителей, о т- л и чающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения динамической ошибки, в нее введены второй элемент сравнения и дифференциатор, причем первый вход второго элемента сравнения соединен с задающим входом системы, второй вход - с выходом датчика скорости, а выход через дифференциатор - с входом первого инвертирующего усилителя и непосредственно с входом второго инвертирующего усилителя, выход умножителя соединен с вторым входом первого элемента сравнения.

Изобретение относится к автоматиче- скому управлению в системах электропривода. Цель - повышение быстродействия и уменьшение динамической ошибки электропривода. В систему введены второй элемент 11 сравнения и дифференциатор 10, которые вместе с двумя инвертирующими Vll усилителями 8, 9 и суммирующим усилителем 7 определяют сигнал, пропорциональный сумме ошибки рассогласования и ее производной со своими масштабными коэффициентами и противоположной ей полярности. Этот сигнал изменяет коэффициент умножителя в цепи обратной связи по скорости двигателя, тем самым осуществляется коррекция системы электропривода. На основе суммы ошибки рассогласования и ее производной формируют своевременную форсирующую коррекцию при изменениях нагрузки на двигатель и сигнала задания Системы электропривода; а перед достижением скоростью двигателя заданного значения производится торможение двигателя, что эффективно приводит систему электропривода в новое установившееся состояние, 1 ил. (Л С