CS258919B1

CS258919B1 - Electric DC Drive Controller

Info

Publication number: CS258919B1
Application number: CS856169A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Prchlik; Jiri Skalicky; Jan Skalla; Zdenek Vavra; Vladimir Vurm
Original assignee: Vojtech Prchlik; Jiri Skalicky; Jan Skalla; Zdenek Vavra; Vladimir Vurm
Priority date: 1985-08-29
Filing date: 1985-08-29
Publication date: 1988-09-16
Also published as: CS616985A1

Abstract

Řešení se týká uspořádání regulátoru elektrického stejnosměrného pohonu, jehož podstata spočívá v tom, že regulátor rychlostní smyčky je vybaven členem s nelineárním průběhem zesílení, v závislosti na výstupním napětí, uspořádaný tak, že zpětnovazební inpedance operačního zesilovače, tvořícího rychlostní regulátor, není stálá, ale závisí na přiloženém napětí. Se zvětšujícím se výstupním napětím regulátoru, jeho zesílení v pracovním bodě - tj. poměr změny výstupního napětí ke změně vstupního napětí - klesá a má spojitý průběhThe solution concerns the arrangement of a regulator of an electric DC drive, the essence of which lies in the fact that the speed loop regulator is equipped with a member with a nonlinear gain curve, depending on the output voltage, arranged in such a way that the feedback impedance of the operational amplifier forming the speed regulator is not constant, but depends on the applied voltage. With increasing output voltage of the regulator, its gain at the operating point - i.e. the ratio of the change in output voltage to the change in input voltage - decreases and has a continuous curve

Description

Vynález se týká regulátoru elektrického stejnosměrného pohonu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a controller for an electric DC drive.

V současné době je pro regulaci elektrických stejnosměrných motoiů často užíván legulátor využívající fázově řízené usměrňovače s tyristory. Společným znakem takovýchto legulé.toi ύ je skutečnost, že dynamické vlastnosti pohonu tvořeného stejnosměrným motorem a regulátorem, využívajícím fázově řízený usměrňovač, jsou závislé jednak na okamžité střední velikosti napětí, na kotvě motoru, ale zejména na okamžité velikosti středního proudu protékajícího kotvou motoru. V oblasti malých proudu, kdy proud má charakter proudových impulsu, např. přerušovaný proud, vykazuje pohon velmi špatné dynamické vlastnosti, což je charakterizováno velkou časovou konstantou. So zvětšujícím se proudem, kdy se mění šířka proudových impulsů, se zmenšuje časová konstanta pohonu, a to podle konkrétních poměrů v pohonu ve velmi širokém rozmezí. Tato okolnost velmi ztěžuje, a v řadě případů znemožňuje, optimální nastavení regulačních obvodů pohonu i regulátorů nadřazených, např. polohy a v důsledku toho vede k snížení kvality pohonu.At present, a regulator using phase-controlled rectifiers with thyristors is often used for the regulation of electric DC motors. A common feature of such legends is that the dynamic properties of a DC motor and a controller employing a phase-controlled rectifier depend on the instantaneous mean voltage magnitude, the motor armature, and in particular on the instantaneous magnitude of the medium current flowing through the motor armature. In the low current range, where the current has the character of current pulses, eg intermittent current, the drive exhibits very poor dynamic properties, which is characterized by a large time constant. As the current increases as the width of the current pulses changes, the time constant of the drive decreases according to the particular proportions in the drive over a very wide range. This circumstance makes it very difficult, and in many cases impossible, to optimize the drive control circuits and the superordinate controllers, such as positioning, and consequently to reduce the drive quality.

V praxi se tato nepříznivá skutečnost řeší několika způsoby. U tzv. šestipulsních zapojení řízeného usměrňovače se často využívá podřízená proudová smyčka s adaptivním regulátorem proudu. U jednodušších tzv. třípulsních zapojení, kde použití podřízené proudové smyčky je řídké z důvodů funkčních a zejména ekonomických, se používá zapojení s tzv. okruhovými proudy, kdy poměr změny časové konstanty pohonu při velmi malém proudu a proudu jmenovitém je pouze snížen na přijatelnou hodnotu, zatímco regulátor má konstantní parametry. Toto uspořádání neumožňuje optimální nastavení pohonu z hlediska plynulosti otáček a dynamické tuhosti, navíc je nevýhodné z hlediska energetického a přináší zvýšení chvění hřídele motoru.In practice, this unfavorable fact is addressed in several ways. The so-called six-pulse controlled rectifier circuit often uses a slave current loop with an adaptive current regulator. In simpler so-called three-pulse circuits, where the use of a sub-current loop is sparse for functional and especially economic reasons, circuit currents are used where the ratio of the time constant of the drive at very low current and rated current is only reduced to an acceptable value. while the controller has constant parameters. This arrangement does not allow optimum drive adjustment in terms of speed and dynamic stiffness, moreover, it is disadvantageous in terms of energy and increases the vibration of the motor shaft.

Mnohé z uvedených nevýhod odstraňuje regulátor podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na první vstup impedančního vazebního bloku je připojen výstup napětí, úměrného žádané hodnotě- otáček, na jeho druhý vstup je připojen výstup bloku získání napětí úměrného skutečné rychlosti otáčení. Výstup impedančního vazebního bloku je spojen s invertujícím vstupem operačního zesilovače, na který je zároveň připojen i jeden vývod RC členu. Druhý vývod RC členu je připojen na výstup děliče napětí. Výstup operačního zesilovače je spojen jednak se vstupem Členu s nelineární závislostí impedance na přiloženém napětí a jednak se vstupem spínacího obvodu. Výstup členu s nelineární závislostí impedance na přiloženém napětí je připojen na vstup děliče napětí. Výstup spínacího obvodu je spojen se vstupem výkonového bloku.Many of these disadvantages are overcome by the controller of the present invention, wherein the output of the impedance coupler block is connected to a voltage output proportional to the speed reference, and to the second input is the output of a block proportional to the actual rotational speed. The output of the impedance coupler block is connected to the inverting input of the operational amplifier, to which one RC member terminal is also connected. The second terminal of the RC element is connected to the output of the voltage divider. The output of the operational amplifier is connected both to the input of the element with non-linear dependence of impedance on the applied voltage and to the input of the switching circuit. The output of the element with non-linear impedance dependence on the applied voltage is connected to the input of the voltage divider. The output of the switching circuit is connected to the input of the power block.

Výhodou uspořádání podle vynálezu je možnost optimálního nastavení regulátoru stejnosměr něho pohonu, využívajícího fázově řízený usměrňovač s tyristory pro různé pracovní režimy a tím podstatné zlepšení jeho statických a dynamických vlastností, dále možnost snížení okruhových proudů, což vede k snížení energetické náročnosti pohonu i zmenšení chvění hřídele motoru.The advantage of the arrangement according to the invention is the possibility of optimal adjustment of the DC drive regulator using a phase controlled rectifier with thyristors for various operating modes and thus substantially improving its static and dynamic properties, further reducing the circuit currents, which leads to reduced power consumption of the drive engine.

Na připojeném výkrese je znázorněno uspořádání regulátoru elektrického stejnosměrného pohonu podle vynálezu.The attached drawing shows the configuration of the DC drive controller according to the invention.

Na první vstup impedančního vazebního bloku 1. je připojeno napětí úměrné žádané hodnotě otáček, na druhý vstup impedančního vazebního bloku 1, je připojen výstup z bloku 2 získání napětí, úměrného skutečné rychlosti otáčení, výstup z impedančního vazebního bloku 1. je připojen na invertující vstup operačního zesilovače 4_, kam je zároveň připojen i jeden vývod RC členu .3/ jehož druhý vývod je připojen na výstup děliče napětí, přičemž výstup operačního zesilovače £ je připojen jednak na vstup členu 5 s nelineární závislostí impedance na přiloženém napětí , jednak na vstup spínacího obvodu 7_, přičemž výstup členu s nelineární závislostí impedance na přiloženém napětí je připojen na vstup děliče,£ napětí a výstup spínacího obvodu 7. í^e připojen na vstup výkonového blokuThe first input of the impedance coupler block 1 is connected to a voltage proportional to the speed reference value, the second input of the impedance coupler block 1 is connected to an output from the voltage acquisition block 2 proportional to the actual rotational speed. the output of the operational amplifier 4 is connected to the input of the member 5 with non-linear dependence of impedance on the applied voltage and also to the input of the switching amplifier. circuit 7, the output element with a nonlinear dependence of the impedance on the voltage applied to the input of the divider, and the output voltage £ switching circuit 7. i ^e connected to the input power unit

Funkce regulátoru je taková, že při malých proudech výkonového bloku £, tj. při malém napětí na výstupu operačního zesilovače 4, je zesílení v rychlostní smyčce zvětšeno tak, aby l'»y3c· optimální vzhledem k časové konstantě pohonu. Při větších proudech výkonového bloku £, tj. pří většin·, napětí na výstupu operačního zesilovače 4_, se zesílení v rychlostní smyčce mění pfisobením členu jj s nelineární závislostí impedance na přiloženém napětí tak, aby pro každý proud bylo nastavení regulátoru pohonu optimální. Dělič £ napětí umožňuje nastavení celkového ztsílení regulátoru tak, aby byla zajištěna stabilita regulační smyčky. RC člen 3 zajišřuje svými přenosovými vlastnostmi optimální regulační chování pohonu, zejména vysokou tuhost a přesnost regulace otáček. Impedanční vazební blok 1. vytváří rozdíl žádané hodnoty otáček a skutečné hodnoty otáček, které jsou získány z bloku 2. získání napětí úměrného skuteč né rychlosti otáčení. Spínací obvod 7. umožňuje odpojení výstupu regulátoru od vstupu výkonového bloku 8.The function of the regulator is such that at low currents of the power block 6, i.e. at a low voltage at the output of the operational amplifier 4, the gain in the speed loop is increased so as to be optimal with respect to the time constant of the drive. At larger currents of the power block 6, i.e. at most of the voltage at the output of the operational amplifier 4, the gain in the speed loop is varied by adjusting the non-linear impedance dependence of the applied voltage so that the drive controller setting is optimal for each current. The voltage divider allows adjustment of the overall gain of the controller to ensure stability of the control loop. The RC element 3 ensures optimum control behavior of the drive, in particular high stiffness and speed control accuracy. The impedance coupler block 1 creates a difference between the speed reference value and the actual speed value obtained from the block 2 to obtain a voltage proportional to the actual speed of rotation. The switching circuit 7 allows the controller output to be disconnected from the power block input 8.

Regulátoru podle vynálezu lze zejména využít u pohonů posuvů obráběcích strojů a u manipulátorů.The regulator according to the invention can be used in particular for feed drives of machine tools and for manipulators.

Claims

An electric DC actuator characterized in that a voltage output proportional to the speed reference is connected to a first input of the impedance coupling block (1), its output is connected to a output block proportional to the actual rotation speed, its output is connected with an inverting input of the operational amplifier (4) to which is also connected one terminal of the RC member (3), the other output of which is connected to the output of the voltage divider (6), the output of the operational amplifier (4) connected 5) with a non-linear impedance dependence on the applied voltage and on the other hand with an input of the switching circuit (7), while the output of the non-linear impedance dependence on the applied voltage is connected to the input of the voltage divider (6) connected to the power block input (8).