Адаптивный ПИ-регулятор для управляемых вентильных преобразователей Советский патент 1982 года по МПК H02P13/16 

1

Изобретение относится к cиcтe 4aм управления вентильными преобразователями и может быть использовано в качестве регулятора тока вентильного электропривода, в котором применен нереверсивный либо реверсивный вентильный преобразовгтель с раздельным или совместным рассогласованным управлением, однии из режимов работы которого является режим прерывистого тока.

Известно, что для получения оптимальных переходных процессов в соответствии с техническим оптимумом передаточная функция регулятора токи должна иметь

е,

а

о

)

И)

iV

активное сопротивление и

где г индуктивность;

S коэффициент передачи вентильного преобразователя по напряжению-,

Т, - постоянная времени фильтра, устанавливаемого на входе вентильного преобразователя и ограничивающего полосу пропускания системы регулирования.

Изменение параметров вентильного преобразователя в режиме прерывистого тока приводит при неизменной настройке регулятора к резкому ухудшению

10 качества регулирования в этом режиме. Для устранения этого недостатка необходимо в режиме прерывистого тока вентильного преобразователя изменять параметры настройки гулятора. Известно устройство, содержащее операционный усилитель RC-цепи обратной связи и включенного последовательно с ней нелинейного сопротивления, выполненного в виде

К резистора, зашунтированного стаби,литронами. Точка соединения цепи об.ратной связи операционного усилителя и нелинейного сопрстивпения сое31змерителя ЭДС наг динена с зыходом рузки вентмльного преобразователя. В режиме г:рерывистогО тока, когда падение ;- апряжения .-,в нелинейном сопротивлении г.-18ньше апряжения про боя стабил JOf-iOBj резко увеличивается 1юзо)Ф iifo-ii передачи регулятора , что у Г; .иает качает во регулирования П , Ояна;.:с. iic тема регулирования с сроп об.| адает сравнитак;- М рг J, ой помехозащищенностью в те льне i-i-v3 ь; Б истого тока из-за боль режиме ПР8 шого коэффициента усиления регулятора в этом режиме. Кроме того, в этом устройсг- ве -;е учитывается изменение зоны прерывистых токов от величины ЭДС нагрузки, так как напряжения пробоя стабилитронов неизменно. Для того, чтобы система регулирования была устойчива во всем диапазоне -:зг,енения ЗДС нагрузки, н пряжение пробоя стабилитронов выбирается Е соответствии с зоной преры вистых токов при максимальной ЭДС. При такой настройке регулятора качество рвг улирования при малых ЗДС нагрузки о(ззь вается неудовлетворит льным,. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей содержащий операционный усилитель с последовательной RC-цепью обратной связи, транзистор, коллектор ко торого связан с точкой соединения р зистора и конденсатора цепи обратной связи, блок управления с двумя входами и двумя в,ыходами, первый вы ход которого подключен к базе транзистора, и измеритель тока нагрузки выход которого соединен со входом блока управления и с первым входом подключен к: выходу задающего устрой ства, и выход операционного усилите ля соединен со входом вентильного преобразователя 2. Регулятор содержит также измеритель ЭДС нагруз ки, выход которого через вторую пос ледовательную RC-цепь подключен к третьему входу операционного усили теля, В ре) прерывистого тока 3 ;-iOMei-iTb отсутствия импульсов ток регулятор гфедставляет собой интег ральное (И) зеенО; а в режиме непрерьвного окз - пропорционально-и егрр; -.-юг: (пи С пврвдаточ1Недостаток известного регулятора аключается в том, что эквивалентные араметры указанного адаптивного реулятора в режиме прерывистого тока е учитывают нелинейность зависимоси изменения параметров вентильного реобразователя от величины тока, и оэтому не обеспечивается компенса- ия всех изменений параметров венильного преобразователя в режиме рерывистого тока. Цель изобретения - улучшение диамических характерис ик адаптивного Пи-регулятора, а также улучшение инамических характеристик при раоте на противо-ЭДС. Поставленная цель достигается ем, что адаптивный ПИ-регулятор доолнительно снабжен первым и вторым резисторами и первым транзистором, ричем первый резистор включен между коллектором дополнительного транзистора и точкой соединения первой обкладки конденсатора и резистора RCцепи обратной связи операционного усилителя, второй резистор включен между коллекторами основного и дополнительного транзисторов, при этом вторая обкладка конденсатора соединена с выходом операционного усилителя, а база первого транзистора подключена ко второму выходу блока управления. Кроме того, регулятор дополнительно снабжен третьим и четвертым резисторами и вторъ1м и третьим транзисторами, третий резистор включен между коллекторами второго и третьего транзисторов, базы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, а коллектор второго транзистора подключен к точке соединения резистора и конденсатора второй Р,С-цепи, а также второй вход блока управления подключен к выходу измерителя ЭДС нагрузки. На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого адаптивного регулятора. Адаптивный ПИ-регулятор для управляемых вентильных преобразователей состоит из операционного усилителя 1 , охваченного цепью обратной связи 5 содержащей резистор 2 и конденсатор 3, входных резисторов k и 5 по цепям заданного i- и действительного 1д значений тока, блока Ь управления, входной RC-цепи 7 и 8, предназначенной для подачи сигнала компенсации внутренней обратной связи по ЭДС нагрузки (для случая работы вентильного преобразователя на противо-ЭДС) четырех транзисторов и резисторов 13-:20. Точка соединения резистора 2 и конденсатора 3 цепи обратной связи операционного усилителя 1 через резистор 18 связана с коллектором дополнительного транзистора 10, а коллектор основно го транзистора 9 через резистор 17 также связан с коллектором транзистора 10. Точка соединения резистора 7 и конденсатора 8 входной RCцепи через резистор 20 соединена с коллектором транзистора 12, а коллектор транзистора 11 через резистор 19 также связан с коллектором транзистора 12, Базы транзистора 9 через резистор 13 и транзистора 11 через резистор 15 соединены с первым выходом блока 6 управления, а базы транзистора 10 через резистор 1 и транзистора 12 через резистор 16 подключены ко второму выходу блока 6 управ ления. Блок управления 6 может быть выполнен, например,в виде двух компа раторов с разными порогами срабатывания. Выход компаратора с более высоким порогом срабатывания является первым выходом блока управления 6, а выход компаратора с более низким порогом срабатывания образует второй выход блока управления. На входы ком-15 параторов подают модуль сигнала ток нагрузки |д и, в случае применения мерителя тока нагрузки с узкой поло сой пропускания, модуль сигнала ЭДС нагрузки 2 , В режиме непрерывного тока венти льного преобразователя на обоих выходах блока 6 управления присутствует сигнал, запирающий транзисторы . При этом сопротивление коллек торно- эмиттерных переходов транзисторов велико и передаточная функция регулятора определяется выражением - 6ppt« т.е. подбором сопротивления резистора 2 и емкости конденсатора 3 можно добиться оптимальной настройки регулятора, определяемой формулой (1). В режиме прерывистого тока в те моменты времени, когда мгновенное значение тока д меньше порога срабатывания первого компаратора 9 44 блока 6 управления, сигнал на первом выходе блока уппавления изменяет свой знак и транзистор 9(0 открывается. При этом передаточная функция регулятора принимает вид ,1 Rii -t p - -TiF (r постоянная времени интегрирования регулятора уменьшается в раза по сравнению с режимом непрерывного тока. При уменьшении мгновенного значения тока ниже порога срабатывания второго компаратора, открывается транзистор 10(12) и передаточная функция регулятора принимает вид ««Vp) VVP т.е. при этом постоянная времени интегрирования регулятора уменьшается ще больше. Если измеритель тока агрузки имеет узкую полосу пропусания, то порог срабатывания первоо компаратора блока 6 управления натраивается в соответствии с величиной ранично-непрерывного тока, а порог рабатывания второго компаратора выбирается из условия наиболее точной аппроксимации характеристики вентильного преобразователя и зависит от начального угла управления вентилями и соотношения активного и индуктивного сопротивлений силовой цепи. Обычно порог срабатывания второго компаратора выбирается равным 0,2-0,5 от величины порога срабатывания первого компаратора. Подбором сопротивлений резисторов 17, 18 и величины порогов срабатывания компараторов блока управления изменение постоянной времени интегрирования регулятора настраивается таким образом, чтобы точно скомпенсировать изменение параметров вентильного преобразователя в режиме прерывистого тока. Поскольку зона прерывистых токов с ростом ЭДС нагрузки уменьшается, то для соответствующего уменьшения порогов срабатывания компараторов блока управления на входы компараторов дополнительно подается сигнал ЭДС нагрузки f . При работе вентильного преобразователя на нагрузку, содержащую противо-ЭДС, например на двигатель, на вход регу лятора должен быть подан сигнал бд компенсирующей положительной обратной связи по ЭДС двигателя. Этот сигнал подается через RC-цепи 7 и 8 причем передаточная функция этой це пи во всех режимах должна быть равна передаточной функции ВС-цапи 2 и .3 обратной связи операционного усилителя 1. Поскольку передаточная функция RC-цепи 2 и 3 изменяется в зависимости от режима работы вентильного преобразователя, то необходимо соответственно менять параметры входной RC-цепи 7 и 8. С этой целью введены оезисторы 19, 20 и транзисторы 11, 12,базы которых через резисторы 15 и 16 подключены соответственно к первому и второму входам блока 6 управления. Таким образом, регулятор обеспечивает оптимальные переходные процессы во всем диапазоне изменения тока и ЭДС вентильного преобразователя. Формула изобретения 1. Адаптивный ПИ-регулятор для управляемых вентильных преобразователей содержащий операционный усили тель с последовательной RC-цепыо об ратной связи, транзистор, коллектор которого связан с точкой соединения резистора и конденсатора цепи обрат ной связи, блок управления с двумя входами и двумя выходами, первый вы ход которого подключен к базе транзистора, и измеритель тока нагрузки выход которого соединен со входом блока управления и с первым входом операционного усилителя, второй вхо которого подключен к выходу задающе устройства, а выход операционного у лителя соединен со входом вентильного преобразователя, содержащий из it 8 меритель ЭДС нагрузки, выход которого через вторую последовательную RC-цепь подключен к третьему входу операционного усилителя, о т л и ч.ающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, он дополнительно снабжен первым и , вторым резисторами и первым транзистором, причем первый резистор включен между коллектором дополнительного транзистора и точкой соединения первой обкладки конденсатора и резистора RC-цепи обратной связи, второй резистор включен между коллекторами транзисторов, при этом вторая обкладка конденсатора соединена с выходом операционного усилителя, а база первого транзистора подключена ко второму выходу блока управления, 2.Пи-регулятор по п.1, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик при работе на противо-ЭДС, он дополнительно снабжен третьим и четвертым резисторами и вторым и третьим транзисторами, третий резистор включен между коллекторами второго и третьего транзисторов, базы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, а коллектор второго транзистора под.ключен к точке соединения резистора и конденсатора второй RC-цепи через четвертый резистор. 3.пи-регулятор по ПП.1 и 2, о т личающийся тем, что второй вход блока управления подключен к выходу измерителя ЭДС нагрузки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № it83753, кл. Н 02 Р 13/16, 1973. 2.Buxbaum Arne. Aufbau und Funktionsweise des adaptiven Ankerstromreglers. - Technische Mitteilungen AEG-Telefunken, 1971, 61, № 7, S. 371. Лм .