CS229813B1 - Zapojení pro regulaci stavových veličin elektrického pohonu - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci stavových veličin elektrického pohonu, sestávajícího z komutačního členu, odchylkového členu, odchylkového zesilovače, řiditelného omezovače, omezovače úrovně první derivace, části S řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace a výstupního integrátoru.

Vynález řeší problém řízení hierarchicky uspořádaného systému regulátorů stavových veličin u elektrických pohonů s předem volenou úrovní první, druhé a třetí derivace řídicí veličiny tím, že generuje čtyřrozměrný vektor řízení stavu.

K řešení podobných problémů se obyčejně užívá číslicových počítačů, u nichž se výsledku dociluje programovými prostředky. Tento způsob řešení se však nehodí pro dynamicky náročné případy, jak je tomu například u elektrických pohonů. Další nevýhodou řešení s číslicovým počítačem jsou poměrně vysoké náklady, takže toto řešení není vhodné pro většinu pohonů s běžnými nároky na přesnost.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro řízení stavových veličin elektrického pohonu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výstup odchylkového členu je připojen na první vstup komutačního členu a současně na vstup odchylko2 vého zesilovače, jehož výstup je připojen na vstup řiditelného omezovače. Hladinový vstup řiditelného omezovače je spojen s výstupem komutačního členu, na jehož druhý vstup je připojen třetí vstup pro úroveň druhé derivace řídicí veličiny současně připojený na druhý vstup, části s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace. Třetí vstup komutačního členu je připojen na čtvrtý vstup pro úroveň třetí derivace řídicí veličiny současně připojený na třetí vstup části s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace, na jejíž první vstup je přiveden výstup z omezovače úrovně první derivace. Vstup omezovače úrovně první derivace je připojen na výstup řiditelného omezovače. Na hladinový vstup omezovače úrovně první derivace je připojen druhý vstup pro úroveň první derivace řídicí veličiny.

Praktické provedení předmětu vynálezu je zobrazeno na přiloženém výkrese.

Na první vstup odchylkového členu 1 je připojen první vstup 10 zapojení pro požadovanou úroveň řídicí veličiny W5. Výstup 13 odchylkového členu 1 je připojen jednak na pr.vní vstup 71, komutačního členu 7 a jednak na vstup 21 odchylkového zesilovače 2. Výstup 22 z odchylkového zesilovače 2, je připojen na vstup 31 řiditelného omezovače 3, na jehož hladinový vstup 32 je připojena veličina ω z výstupu 74 komutačního členu 7. Na druhý vstup 72 komutačního členu 7 je připojen třetí vstup 30 pro úroveň druhé derivace řídicí veličiny W/¹. Výstup 33 řiditelného omezovače 3 je připojen na vstup 41 omezovače 4 úrovně první derivace, na jehož hladinový vstup 42 je připojen druhý vstup 20 pro úroveň první derivace řídicí veličiny W/. Výstup 43 omezovače 4 úrovně první derivace je zapojen na vstup 31 části 5 s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace, na jejíž druhý vstup 52 je připojen třetí vstup 30 pro úroveň druhé derivace řídicí veličiny Wj“. Třetí vstup 53 části 5 :s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace je připojen na čtvrtý _; vstup 40 pro úroveň třetí derivce řídicí veličiny W/“ a současně na třetí vstup 73 komutačního členu 7. První výstup 54 části 5 s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace je jednak připojen na vstup 61 integrátoru 6, jehož výstup 62 je výstupem pro první řídicí stavovou veličinu X_b a jednak je výstupem 54 pro druhou řídicí stavovou veličinu X/. Druhý výstup 55 části 5 s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace je výstupem pro třetí řídicí stavovou veličinu X/¹ a třetí výstup 56 části 5 s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace je výstupem pro čtvrtou řídicí stavovou veličinu X/“. Výstup 62 z integrátoru 6 je spojen se zpětnovazebním vstupem 12 odchylkového členu 1.

V odchylkovém členu 1 se vytváří odchylka mezi požadovanou úrovní řídicí veličiny Wí na prvním, vstupu 18 pro požadovanou úroveň řídicí veličiny W* a řídicí veličinou X_x na výstupu integrátoru 6, která je zavedena na zpětnovazební vstup 12 odchylkového členu 1. Výstup 13 odchylkového členu 1 je připojen jednak na vstup 21 odchylkového zesilovače 2, jednak na vstup 71 komutačního členu 7, který vyhodnocuje komutační čáru podle rovnice kde veličina ω je z výstupu 74 komutačního členu 7. Závislost ω na odchylce Wj až Xi vytváří komutační čáru jako geometrické místo přechodů na brzdnou část řídicí stavové trajektorie.

Výstupem 74 komutačního členu 7 je řízen prostřednictvím hladinového vstupu 32 řiditelný omezovač 3, na jehož vstup 31 je přivedeno 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 33 z řiditelného omezovače 3 rovna velikosti výstupu 74 z komutačního členu 7. Pro menší hodnoty výstupu 22 z odchylkového zesilovače 2, než je hodnota hladinového vstupu 32 řiditelného omezovače 3 k omezení nedojde, a prot.o výstup 33 řiditelného omezovače 3 bude roven výstupu odchylkového zesilovače 2.

Výstup řiditelného omezovače 3 tudíž přejde z komutační čáry na závislost lineární, čímž je zaručena stabilita zapojení v okolí ustáleného stavu.

Výstup 33 z řiditelného omezovače 3 je přiveden na vstup 41 omezovače 4 úrovně první derivace, na jehož hladinový vstup 42 je přiveden druhý vstup 20 pro úroveň první derivace řídicí veličiny Wi*. Tím na výstupu 43 omezovače 4 vznikne průběh, který respektuje úrovně první a druhé derivace. Wj‘ a W/*, kterým je řízena část 5 s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace prostřednictvím vstupu 51. Zapojení části 5 s řiditelnou úrovní první a druhé derivace je všeobecně známé pod různými názvy, například rozběhová jednotka, jednotka s omezenou strmostí a podobně. Na její druhý vstup 52 je připojen třetí vstup 30 pro úroveň druhé derivace řídicí veličiny Wi“ a na její třetí vstup 53 je připojen čtvrtý vstup 40 pro úroveň třetí derivace řídicí vetličiny W/“. První výstup 54 části 5 s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace, který je současně výstupem první derivace řídicí veličiny X/, je připojen na vstup 61 integrátoru 6, jehož výstup je výstupem pro řídicí veličinu Xj. Druhý výstup 55 části 5 s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace je výstupem pro druhou derivaci řídicí veličiny X/‘ a konečně třetí výstup 56 části 5 je výstupem pro třetí derivaci řídicí veličiny X/“.

Zapojení generuje čtyřrozměrný vektor řízení stavu, který v případě cílové regulace polohy zaručuje optimálnost regulačního pochodu se spojitým průběhem momentu motoru. Zapojení má kromě toho, že umožňuje optimalisaci funkce celého poháněného zařízení, také tu podstatnou výhodu, že umožňuje řízení strmosti změny momentu motoru a tím i omezení rázů v převodech poháněného mechanismu.

Užití tohoto způsobu řízení je výhodné u pohonů rychlovýtahů, pásových válcovacích tratí s tak zvaným automatickým zastavováním, letmých nůžek, pil a podobně.

U tak zvané cílové regulace polohy je popisované zapojení výhodné především proto, že přímo řeší problém komutace momentu motoru ve správném okamžiku, aniž by musela být udělána speciální opatření ve struktuře regulátorů pohonu.

Použitím zapojení je možno dosáhnout optimálního á řiditelného průběhu stavových veličin, elektrického pohonu, přičemž řízenými stavovými veličinami může být rychlost a její první a druhá a třetí derivace, nebo poloha, rychlost, první a druhá derivace rychlostí. Mění se pouze přiřazení stavových veličin jednotlivým výstupům popisovaného zapojení, které jsou potom řídicími veličinami, vektorem řízení, pro regulátory jednotlivých stavových veličin. Vý229813 stupy zapojení jsou spojitě řiditelné v širokém rozsahu prostřednictvím úrovně řídicí veličiny na prvním vstupu zapojení, úrovně první derivace řídicí veličiny na druhém vstupu zapojení, úrovně druhé derivace řídicí veličiny a úrovně třetí derivace řídicí veličiny.

Řízení lze ovlivňovat změnou úrovní vstupních veličin i v průběhu řídicího pochodu. Při realizaci zapojení se nepřekročí rozsah dvou modulů evropského stavebnicového systému. To znamená podstatně nižší náklady než u číslicového počítače, takže lze tohoto způsobu řízení s výhodou využít i v běžných elektrických pohonech.

Využití tohoto způsobu řízení se pochopitelně neomezuje pouze na elektrické pohony. Stejné problémy mohou být takto řešeny i u pohonů hydraulických a jiných. Rozhodujícím činitelem je typ požadované stavové trajektorie.

Claims (1)

1. Zapojení pro regulaci stavových veličin elektrického pohonu sestávající z komutačního členu, odchylkového členu, odchylkového zesilovače, řiditelného omezovače, omezovače úrovně první derivace, části s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace a výstupního integrátoru vyznačené tím, že výstup (13) odchylkového členu (1) je připojen na první vstup (71) komutačního členu (7) a současně na vstup (21) odchylkového zesilovače (2), jehož výstup (22) je připojen na vstup (31) řiditelného omezovače (3), jehož hladinový vstup (32) je spojen s výstupem (74) komutačního členu (7), na jehož druhý vstup (72) je připojen třetí vstup (30) pro úroveň druhé derivaVYNÁLEZU ce řídicí veličiny současně připojený na druhý vstup (52) části (5) s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace, přičemž na třetí vstup (73) komutačního členu (7) je připojen čtvrtý vstup (40) pro úroveň třetí derivace řídicí veličiny současně připojený na třetí vstup (53) části (5) s řiditelnou úrovní první, druhé a třetí derivace, na jejíž první vstup (51) je přiveden výstup (43) z omezovače (4) úrovně první derivace, jehož vstup (41) je připojen na výstup (33) řiditelného omezovače (3), přičemž hladinový vstup (42) omezovače (4) úrovně první derivace je připojen druhý vstup (20) pro úroveň první derivace řídicí veličiny.

   1 list výkresů