CS229813B1

CS229813B1 - Connexion for regulation of state values of the electric drive

Info

Publication number: CS229813B1
Application number: CS721781A
Authority: CS
Inventors: Vladislav Ing Csc Anderle
Original assignee: Vladislav Ing Csc Anderle
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1984-06-18

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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a circuit for regulating the state variables of an electric drive comprising a commutating member, a deflection member, a deflection amplifier, a controllable limiter, a first derivative level limiter, a first, second and third derivative level controllable part and an output integrator.

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.The invention solves the problem of controlling a hierarchically arranged system of state variables controllers in electric drives with a preselected level of the first, second and third derivative of the control variable by generating a four-dimensional state control vector.

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.Digital computers are usually used to solve similar problems, where the result is achieved by software. However, this solution is not suitable for dynamically demanding cases, as is the case, for example, with electric drives. Another disadvantage of a digital computer solution is the relatively high cost, so this solution is not suitable for most drives with common precision requirements.

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.The aforementioned drawbacks are eliminated by the wiring for controlling the state variables of the electric drive according to the invention, which is characterized in that the output of the offset member is connected to the first input of the commutating member and simultaneously to the input of the offset amplifier. The level input of the controllable limiter is connected to the output of the commutating member to which the second input is connected the third input for the second derivative level of the control variable simultaneously connected to the second input, the parts with the controllable first, second and third derivative levels. The third input of the commutating member is coupled to the fourth input for the third derivative level of the control variable simultaneously coupled to the third input of the first, second and third derivative controllable part, the first input of which is output from the first derivative level limiter. The first derivative level limiter input is connected to the controllable limiter output. A second input for the first derivative of the control variable is connected to the level input of the first derivative level limiter.

Praktické provedení předmětu vynálezu je zobrazeno na přiloženém výkrese.A practical embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing.

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.A first input 10 for the desired level of the control variable W5 is connected to the first input of the offset member 1. The output 13 of the deviation member 1 is connected to the first input 71, the commutating member 7 and the input 21 of the deviation amplifier 2. The output 22 of the deviation amplifier 2 is connected to the input 31 of the controllable limiter 3 to which level input 32 is connected. The second input 72 of the commutation member 7 is connected to the third input 30 for the level of the second derivative of the control quantity W / ¹ . The output 33 of the controllable limiter 3 is connected to the input 41 of the first derivative level limiter 4, to whose level input 42 the second input 20 for the first derivative level of the control variable W / is connected. The output 43 of the first derivative level limiter 4 is connected to the input 31 of part 5 with a controllable first, second and third derivative levels, to whose second input 52 the third input 30 for the second derivative level of the control variable Wj 'is connected. The third input 53 of Part 5: with a controllable level of the first, second and third derivatives is connected to the fourth _; input 40 for the level of the third derivative of the control variable W / 'and simultaneously to the third input 73 of the commutating member 7. The first output 54 of the controllable first, second and third derivative level 5 is connected to input 61 of integrator 6 whose output 62 is output the first control state variable X _b and, on the other hand, is the output 54 for the second control state variable X /. The second output 55 of the first, second and third derivative controllable level 5 is the output for the third control state variable X / ¹ and the third output 56 of the first, second and third derivative controllable level 5 is the output for the fourth control state variable X / 1. The output 62 of the integrator 6 is coupled to the feedback input 12 of the offset member 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.In the deviation member 1, a deviation is created between the desired level of the control variable W1 at the first, the input 18 for the desired level of the control variable W * and the control variable X _x at the output of the integrator 6 which is applied to the feedback input 12 of the offset member 1. 1 is connected to the input 21 of the offset amplifier 2 and to the input 71 of the commutator 7 which evaluates the commutation line according to the equation where ω is from the output 74 of the commutator 7. The dependence ω on deviation Wj to Xi creates a commutation line on the braking portion of the control status trajectory.

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.The output 74 of the commutating member 7 controls a controllable limiter 3 via the level input 32, to which input 31 is applied the signal voltage from the output 22 of the amplifier 2. With sufficient amplification of the amplifier 2 and for larger values of output 13 from the error member 1 output 33 from controllable limiter 3 equals the size of output 74 from commutating member 7. For smaller values of output 22 from deviation amplifier 2 than the value of level input 32 of controllable limiter 3 there will be no limitation, and output 33 of controllable limiter 3 will be equal to output deviation amplifier 2.

Výstup řiditelného omezovače 3 tudíž přejde z komutační čáry na závislost lineární, čímž je zaručena stabilita zapojení v okolí ustáleného stavu.Thus, the output of the controllable limiter 3 goes from the commutation line to a linear dependence, thereby guaranteeing the stability of the wiring around the steady state.

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/“.The output 33 of the controllable limiter 3 is applied to the input 41 of the first derivative level limiter 4, to whose level input 42 the second input 20 for the first derivative level of the control variable Wi * is supplied. This produces a waveform at the output 43 of the limiter 4 that respects the levels of the first and second derivatives. Wj 'and W / *, which control the first, second and third derivative controllable part 5 through the input 51. The connection of the first and second derivative controllable part 5 is commonly known under different names, for example, starting unit, limited slope unit etc. Its second input 52 is connected to the third input 30 for the second derivative of the control variable Wi 'and its third input 53 is connected to the fourth input 40 for the third derivative of the control rod W /'. The first output 54 of the first, second and third derivative controllable level 5, which is simultaneously the output of the first derivative of the control variable X /, is connected to the input 61 of the integrator 6, the output of which is the output for the control variable Xj. The second output 55 of part 5 with the controllable levels of the first, second and third derivatives is the output for the second derivative of the control variable X / ‘and finally the third output 56 of the part 5 is the output for the third derivative of the control variable 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.The wiring generates a four-dimensional state control vector which, in the case of target position control, guarantees the optimum control sequence with a continuous motor torque. In addition to allowing optimization of the entire driven device, the wiring also has the substantial advantage that it allows the control of the steepness of the motor torque change and thus the reduction of shocks in the gears of the driven mechanism.

Užití tohoto způsobu řízení je výhodné u pohonů rychlovýtahů, pásových válcovacích tratí s tak zvaným automatickým zastavováním, letmých nůžek, pil a podobně.The use of this method of control is advantageous for high-lift drives, belt rolling mills with so-called automatic stopping, flying shears, saws and the like.

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.In the so-called target position control, the described connection is advantageous in particular 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.

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.By using the circuit, it is possible to achieve an optimum and controllable course of the state variables, the electric drive, wherein the controlled state variables may be the speed and its first and second and third derivatives, or the position, speed, first and second derivative of speeds. It only changes the assignment of state variables to the individual outputs of the described circuit, which are then control variables, the control vector, for the controllers of individual state variables. The degrees of engagement are continuously controllable over a wide range by the control variable level at the first circuit input, the first derivative control variable level at the second circuit input, the second control variable derivative level, and the third derivative control variable level.

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.The control can be influenced by changing the levels of input quantities also during the control process. Two modules of the European modular system shall not be exceeded in the implementation of the connection. This means considerably lower costs than a digital computer, so that this control method can also be advantageously used in conventional electric drives.

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.The use of this type of control is obviously not limited to electric drives. The same problems can be solved in hydraulic and other drives. The decisive factor is the type of state trajectory required.

Claims

A wiring for regulating electrical drive status variables consisting of a commutating member, a deflection member, a deflection amplifier, a controllable limiter, a first derivative level limiter, a first, second and third derivative controllable part, and an output integrator, characterized in that the output (13) 1) is connected to the first input (71) of the commutating member (7) and simultaneously to the input (21) of the deflection amplifier (2), whose output (22) is connected to the input (31) of the controllable limiter (3) 32) is connected to the output (74) of the commutating member (7), to which the second input (72) is connected the third input (30) for the second derivative level of the INVENTION simultaneously connected to the second input (52) of the controllable part (5) levels of the first, second and third derivatives, wherein the third input (73) of the commutator (7) is connected to the fourth input (40) for the level of the third derivative control quantities simultaneously connected to the third input (53) of the first, second and third derivative controllable part (5), to whose first input (51) the output (43) of the first derivative level limiter (4) is input, whose input (41) ) is connected to the output (33) of the controllable limiter (3), the level input (42) of the first derivative level limiter (4) being connected to the second input (20) for the level of the first derivative of the control variable.

1 sheet of drawings