CS214159B1

CS214159B1 - Circuit for control of electric drive state

Info

Publication number: CS214159B1
Application number: CS473980A
Authority: CS
Inventors: Vladislav Anderle; Vaclav Hebeda; Erhard Guba
Original assignee: Vladislav Anderle; Vaclav Hebeda; Erhard Guba
Priority date: 1980-07-03
Filing date: 1980-07-03
Publication date: 1982-04-09

Description

(54) Zapojení pro řízení stavu elektrických pohonů(54) Wiring for electrical drive status control

Vynález se týká zapojení pro řízení stavu elektrických pohonů, kde se řeší problém řízení hierarchicky uspořádaného systému regulátorů stavových veličin u elektrických pohonů s předem volenou úrovní první a druhé derivace řídící veličiny.The present invention relates to electrical drive control wiring, where the problem of controlling a hierarchically arranged system of state variable controllers in electric drives with a preselected level of the first and second derivative of the control variable is solved.

K řešení tohoto problému se užívá bu3 malých číslicových počítačů u nichž se výsledku dociluje programovými prostředky nebo zapojeními analogového charakteru určenými pro daný sneciální nřipad. Tato pracují však v omezeném rozsahu zadaných vstupních veličin a často . nelze dosáhnout požadovaného průběhu řízení bez výměny některých prvků zapojení.Either small digital computers are used to solve this problem and the result is achieved by software means or by analogue circuits designed for a given special case. However, these work to a limited extent and often. the required control sequence cannot be achieved without replacing some of the wiring elements.

Nevýhodou řešení s ííslicovým'počítačem jsou poměrně vysoké náklady, takže toto řešení není vhodné nro většinu nohonů s běžnými nároky na přesnost.The disadvantage of a solution with a digital computer is the relatively high cost, so this solution is not suitable for most legs with the usual demands on accuracy.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro řízení stavu elektrických pohonů podle vynálezu, jehož podštata snočívá v tom, že výstup odchylkového členu je současně připojen na první vstup části pro modelování parabolické závislosti a na vstup odchylkového zesilovače, jehož výstup je připojen na vstup řiditelného omezovače, jehož hladinový vstup je spojen s vvsti.ipem části nro modelování parabolické závislosti, na jejíž druhý vstup je připojen třetí vstup zapojení pro úroveň druhé derivacě řídící veličiny, který je současně připojen na hladinový vstup části s řiditelnou úrovní první a druhé derivace, na jejíž vstup je přiveden výstup z omezovače úrovně první derivace, na jehož vstup je připojen výstup přiditelného omezovače, přičemž na hladinový vstup omezovače úrovně první derivace je připojen druhý vstup zapojení pro úroveň první derivace řídící veličiny.The aforementioned drawbacks are eliminated by the electrical drive control system according to the invention, the principle of which is that the output of the offset member is simultaneously connected to the first input of the parabolic dependency modeling part and the input of the offset amplifier whose output is connected to the controllable limiter input. the level input is connected to the input of the nro parabolic dependency modeling part, to which the second input is connected the third input of the wiring for the second derivative of the control variable, which is simultaneously connected to the level input of the controllable first and second derivative level the output of the first derivative level limiter is connected to an input of an additive limiter output, the second input of the first derivative level limiter being connected to the level input of the first derivative of the control variable.

Použitím tohoto zaDojení je možno dosáhnout optimálního průběhu stavových- veličin elektrického pohonu, přičemž řízenými stavovými veličinami může být rychlost a její první a druhá derivace, nebo poloha, rychlost a první derivace rychlosti, aniž by se na zapojení cokoliv měnilo. Mění se pouze přiřazení stavových veličin jednotlivým výstupům popisovaného zapojení, které jsou řídícími veličinami, vektorem řízení, pro regulátory jednotlivých stavových veličin. Úrovně výstupů zapojení jsou spojitě řiditelné v širokém rozsahu prostřednictvím napětí úměrného řídící veličině na prvním vstupu zapojení, napětí úměrného první derivaci řídící veličiny na druhém vstupu zapojení a napětí úměrného druhé derivaci řídící veličiny na třetím v vstupu zapojení.By using this arrangement, it is possible to achieve an optimum course of the state variables of the electric drive, the controlled state variables being speed and its first and second derivative, or position, velocity and first derivative of speed without changing anything on the wiring. It only changes the assignment of the state variables to the individual outputs of the described circuit, which are the control variables, the control vector, for the controllers of the individual state variables. The wiring output levels are continuously controllable over a wide range by a voltage proportional to the control variable at the first wiring input, a voltage proportional to the first derivative of the control variable at the second wiring input and a voltage proportional to the second derivative of the control variable at the third wiring input.

Řízení lze ovlivňovat změnou vstupních veličin i v průběhu řídícího pochodu. Při realizaci zapojení se překročí rozsah jednoho modulu evropského stavebnicového systému. To znamená podstatně nižší náklady než při užití číslicového řídícího počítače, takže lze tohoto způsobu řízení s výhodou využít i v běžných elektrických pohonech.The control can be influenced by the change of input quantities also during the control process. The scope of one module of the European modular system is exceeded in the implementation of the connection. This means considerably lower costs than using a digital control computer, so that this control method can also be advantageously used in conventional electric drives.

Praktické provedení předmětu vynálezu je na přiloženém výkresu, na kterém je zobrazena struktura zapojení.A practical embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing, in which the circuit structure is shown.

Na první vstup odchylkového členu 1, je připojen první vstup 10 zapojení ;r'n požadovanou úroveň řídící veličiny W^. Výstup 13 odchylkového členu 2 je připojen jednak na první vstup 71 části 7 pro modelování parabolické závislosti a jednak na vstup 21 odchylkového členu 2_. Výstup 22 z odchylkového členu je připojen na vstup 31 řiditelného omezovače 3, na jehož hladinový vstup 32 je připojen výstup 73 části 7 nro modelování parabolické závislosti, na jejíž druhý vstup 72 je připojen třetí vstup 30 zapojení pro požadovanou úroveň druhé derivace řídící veličiny W^¹*. Výstup 33 řiditelného zesilovače je připojen na vstup 41 omezovače 4 úrovně první derivace, na jehož hladinový vstup 42 je připojen druhý vstup 20 zapojení pro požadovanou úroveň první derivace řídící veličiny W^’. Výstup 43 omezovače 4 úrovn$ první derivace je zapojen na vstup 51 části s řiditelnou úrovní první a druhé derivace, na jejíž hladinový vstup 52 je připojen třetí vstup 30 zapojení pro požadovanou úroveň druhé derivace řídící vel ičiny W-, ’ ’. První výstup 53 části £ s řiditelnou úrovní prvé i druhé derivace je jednak přippjen na vstup 61 výstupního integrátoru 6. jehož výstup je výstupem řídící veličiny X^, a jednak je výstupem prvé derivace řídící veličiny X^’. Druhý výstup 54 části jj s řiditelnou úrovní první a druhé derivace je výstupem druhé derivace řídící veličiny X^”. Výstup z výstupního integrátoru 6 je zpětnovazebně spojen se zpětnovazebním vstupem 12 odchylkového členu 1.At the first input of the deviation member 1, the first wiring input 10 is connected to the desired level of the control variable W 1. The output 13 of the deviation member 2 is connected to the first input 71 of the parabolic dependency modeling part 7 and to the input 21 of the deviation member 2. The output 22 of the deviation member is connected to the input 31 of the controllable limiter 3, to whose level input 32 the output 73 of the parabolic dependency modeling 7 is connected, to whose second input 72 the third input 30 is connected for the desired level of the second derivative ¹ *. The output 33 of the controllable amplifier is connected to the input 41 of the first derivative level limiter 4, to whose level input 42 the second wiring input 20 is connected for the desired level of the first derivative of the control variable W '. The output 43 of the first derivative level limiter 4 is connected to the input 51 of the first and second derivative controllable part, to whose level input 52 the third wiring input 30 is connected for the desired level of the second derivative of the control variable W-, ''. The first output 53 of the controllable part of the first and second derivative is connected both to the input 61 of the output integrator 6, the output of which is the output of the control variable X ^, and the output of the first derivative of the control variable X ^ '. The second output 54 of the first and second derivative controllable part jj is the output of the second derivative of the control variable X '. The output of the output integrator 6 is feedback coupled to the feedback input 12 of the offset member 1.

V odchylkovém členu 1. se vytváří odchylka mezi požadovanou úrovní řídící veličiny na prvním vstupu 10 zapojení pro požadovanou úroveň řídící veličiny a řídící veličinou X-^ výstupu výstupního integrátoru 6, která je zavedena na zpětnovazební vstup 1? odchylkového členu Výstup 13 odchylkového členu 3. je připojen jednak na vstup gl odchylkového zesilovače 2., jednak na vstup 71 části 7 pro modelování parabolické závislosti. Tato závislost je modelem nulové stavové trajektorie a je vytvořena jako odmocnina ze součinu absolutní hodnoty výstupu 12 z odchylkového členu ,1 a odmocniny požadované úrovně druhé derivace řídící veličiny která je přivedena na druhý vstup 72 části 7 pro modelování parabolické závislosti. Jejím výstupem 73 je řízen prostřednictvím hladinového vstupu 32 řiditelný omezovač 2» ^na jehož vstup 31 je přivedené signálové napětí z výstupu 22 odchylkového zesilovače 2. Při dostatečném zesílení odchylkového zesilovače 2 a pro větší hodnoty výstupu 13 z odchylkového členu 1 bude tedy absolutní hodnota výstupu z řiditelného omezovače 2 rovna velikosti výstupu z části 2 P^r° modelování parabolické závislosti. Pro menší hodnoty výstupního napětí z odchylkového zesilovače 2 než je napětí na hladinovém vstupu 32 řiditelného omezovače 2 k omezení nedojde a proto napětí na výstupu 33 řiditelného omezovače 2 bude rovno výstupnímu napětí odchylkového zesilovače 2_.In the deviation member 1, a deviation is created between the desired level of the control variable at the first wiring input 10 for the desired level of the control variable and the output variable X1 of the output integrator 6 that is applied to the feedback input 1? deviation member The output 13 of the deviation member 3 is connected both to the input gl of the amplifier 2 and to the input 71 of the parabolic dependency modeling 7. This dependency is a zero state trajectory model and is formed as a square root of the product of the absolute value of the output 12 of the deviation term, 1 and the square root of the desired level of the second derivative of the control variable. Its output 73 controls a controllable limiter 2 via its level input 32 ^to whose input 31 the signal voltage from the output 22 of the amplifier 2 is applied. With sufficient amplification of the amplifier 2 and for larger values of the output 13 of controllable limiter 2 equals the output size of part 2 P ^r ° of parabolic dependence modeling. For smaller values of the output voltage from the deviation amplifier 2 than the voltage at the level input 32 of the controllable limiter 2, there is no limitation and therefore the voltage at the output 33 of the controllable limiter 2 will be equal to the output voltage of the deviation amplifier 2.

Výstup řiditelného omezovače 2. tudíž přejde z parabolické závislosti na závislost lineární, čímž je zaručena stabilita zapojení v okolí ustáleného stavu.Thus, the output of the controllable limiter 2 switches from a parabolic dependence to a linear dependence, thereby guaranteeing a stable wiring around the steady state.

Výstup 3J z řiditelného omezovače 2 je přiveden na vstup 41 omezovače 4 úrovně první derlvace, na jehož hladinový vstup 42 je přiveden druhý vstup 20 zapojení pro požadovanou úroveň první derivace W^>. Tím na výstupu 43 omezovače 4 vznikne průběh napětí, který respektuj úrovně první a druhé derivace W·^» a W]/’ > a kterým je řízena část 2 s řiditelnou úrovní první a druhé derivace, jejíž zapojení je všeobecně známé pod různými názvy, např. rozběhová jednotka, jednotka s omezenou strmostí a ppd. Její vstup 51 je spojen s výstupem omezovače 4 úrovně první derivace, přičemž na její hladinový vstup 52 je přivedena úroveň druhé deriva ce řídící veličiny z třetího vstupu 30 zapojení pro požadovanou úroveň druhé derivace řídící veličiny W^’’ . Výstup 53 části 2 s řiditelnou úrovní první a druhé derivace je již první derivací řídící veličiny X^* a výstup 54 je druhou derivací řídící veličiny X^” . Řídící veličina X-^ se získá z vstupního integrátoru 2 tím, že výstup 53 části 2 s řiditelnou úrovní první a druhé derivace je připojen na vstup 61 integrátoru 6.The output 31 of the controllable limiter 2 is applied to the input 41 of the first dereliction level limiter 4, to whose level input 42 the second wiring input 20 is applied for the desired level of the first derivative W W. This produces a voltage waveform at the output 43 of the limiter 4, which respects the levels of the first and second derivatives W1 and W1 and which controls the part 2 with a controllable level of the first and second derivatives, the connection of which is commonly known under different names. eg start-up unit, limited slope unit and ppd. Its input 51 is connected to the output of the first derivative level limiter 4, and its level input 52 is supplied with the level of the second derivative of the control variable from the third input 30 for the desired level of the second derivative of the control variable W '. The output 53 of the part 2 with the controllable level of the first and second derivative is already the first derivative of the control variable X ^ * and the output 54 is the second derivative of the control variable X ^ ”. The control quantity X1 is obtained from the input integrator 2 by connecting the output 53 of the part 2 with a controllable level of the first and second derivative to the input 61 of the integrator 6.

Popisované zapojení má kromě toho, že umožňuje optimalizaci funkce celého poháněného zařízení, také tu podstatnou výhodu, že omezuje strmost změny momentu motoru a tím i rázy v převodech noháněného mechanismu. Užití tohoto způsobu řízení je nezbytné u pohonů rychlovýtahů, pohonů studených pásových tratí, regulace tahu v pásu, apod.In addition to allowing the operation of the entire driven device to be optimized, the circuitry described here also has the substantial advantage of limiting the steepness of the motor torque change and hence the shocks in the gears of the legged mechanism. The use of this type of control is necessary for high-lift drives, cold track drives, belt tension control, etc.

U řízení nolohy je popisované zapojení výhodné především proto, že přímo řeší problém komutace momentu motoru ve správném okamžiku, aniž by musela být činěna speciální opatření ve struktuře regulátorů pohonu. Řídící veličině X^ je potom přiřazena poloha, první derivací řídící veličiny X^ ♦ je přiřazena rychlost a druhé derivaci řídící veličiny X·^” je přiřazeno zrychlení, t.,j. dynamický moment motoru.In the case of position control, the described circuit is particularly advantageous because it directly solves the problem of commutation of the motor torque at the right moment, without having to take special measures in the structure of the drive controllers. The position is then assigned to the control variable X ^, the first derivative of the control variable X ^ ♦ is assigned the velocity and the second derivative of the control variable X · ^ ”is assigned the acceleration, i. dynamic motor torque.

Obecný význam popisovaného zapojení je v tom, že'vytváří na základě zadaných úrovní ří-The general meaning of the described circuit is that it creates

tor řízení X.^ , X^’ , X^” , sloužící k optimálnímu řízení regulačního pohonu, případně i jiných regulovatelných systémů.Controller X. ^, X ^ ´, X ^ ”for optimum control of the control drive and possibly other controllable systems.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Electrical drive control wiring consisting of a parabolic dependency moiety, a deflection Sien, a deflection amplifier, a controllable limiter, a first derivative level limiter, a first and second derivative controllable part, and an instructor output in214159, characterized in that the output (13) of the deviation member (1) is simultaneously connected to the first input (71) of the parabolic dependency modeling part (7) and to the input (21) of the amplifier (7) whose output (22) is connected to the input (31) of the controllable limiter (3); whose level input (32) is connected to the output (73) of the parabolic dependency modeling part (7), to which the second input (72) is connected the third input (30) of the wiring for the second derivative of the control variable (W ^ ”) is simultaneously connected to the level input (52) of the part (5) with a controllable level of the first and second derivative to which the input (51) is connected The output (43) of the first derivative level limiter (4) is connected to the input (41) of the controllable limiter (3) output (33) while the second input (42) of the first derivative level limiter (4) is connected ( 20) connection for the first derivative of the control variable (W ^ ').