DE1121176B

DE1121176B - Device for speed control of electromotive drives

Info

Publication number: DE1121176B
Application number: DES61899A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Geyer; Dr Claus Kessler; Dipl-Ing Ingemar Neuffer; Dipl-Ing Gerhard Stepken
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-02-25
Filing date: 1959-02-25
Publication date: 1962-01-04
Also published as: GB907438A; BE588010A

Description

Einrichtung zur Drehzahlregelung elektromotorischer Antriebe Bei drehzahlgeregelten elektromotorischen Antrieben ist es üblich, den Anker- bzw. Läuferstrom zu begrenzen, um eine Überlastung des Motors zu vermeiden. Für den Fall, daß diese Anker- bzw. Läuferstrombegrenzung Beschleunigungen zuläßt, die über einem vorgeschriebenen Wert liegen, kann man darüber hinaus auch noch eine Beschleunigungsbegrenzung anwenden. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal einer von dem Motor angetriebenen Tachodynamo differenziert und der so gewonnene Beschleunigungsistwert in den Regelkreis eingeführt.Device for speed control of electromotive drives with speed-controlled Electric motor drives, it is common to limit the armature or rotor current, to avoid overloading the motor. In the event that these anchor or Rotor current limitation allows accelerations above a prescribed value you can also use an acceleration limit. For this purpose, the output signal is a speedometer driven by the engine differentiated and the actual acceleration value obtained in this way is introduced into the control loop.

Diese Maßnahme ist jedoch mit schwerwiegenden Nachteilen behaftet. Die Ausgangsspannung einer Tachodynamo läßt sich niemals frei von Oberwellen halten. Durch den Differenziervorgang treten gerade die Oberwellen bevorzugt in Erscheinung, so daß ein Oberschwingungsgehalt von fast 100°/o im Beschleunigungsistwert keine Seltenheit darstellt. Da die Beschleunigungsbegrenzung durch eine Schwellwertschaltung erzielt wird, besteht die Gefahr, daß die Oberwellen im Beschleunigunasistwert die Schwellwertschaltung passieren. obwohl die Beschleunigung selbst noch im zulässigen Bereich liegt. Es ist daher erforderlich, die Ausgangsspannung der Tachodynamo sehr stark zu glätten. Diese Glättung ist aber zwangläufig mit einer großen Zeitkonstante behaftet, so daß die Beschleunigungsbegrenzung erst geraume Zeit nach Überschreiten der zulässigen Beschleunigung eingreifen kann.However, this measure has serious disadvantages. The output voltage of a speedometer can never be kept free from harmonics. Due to the differentiation process, it is precisely the harmonics that appear preferentially, so that a harmonic content of almost 100% in the actual acceleration value does not exist Represents rarity. As the acceleration limit is achieved by a threshold value circuit is achieved, there is a risk that the harmonics in the actual acceleration value Pass the threshold value circuit. although the acceleration itself is still within the permissible range Area lies. It is therefore necessary to adjust the output voltage of the speedometer very much strong to smooth. This smoothing is inevitably with a large time constant afflicted, so that the acceleration limit only takes some time after it has been exceeded the permissible acceleration can intervene.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, die Beschleunigung schon durch Vorgabe einer höchstzulässigen Anstiegsgeschwindigkeit des Drehzahlsollwertes in den zulässigen Grenzen zu halten. Zu diesem Zweck dienen sogenannte Hochlaufregler, die eine plötzliche Änderung des Drehzahlsollwertes am Kommandohebel in einen langsam und stetig ansteigenden wirksamen Sollwert für den Regelkreis umformen. Die Steilheit dieses Anstiegs des Drehzahlsollwertes entspricht der vom Regelkreis einzuhaltenden Beschleunigung und kann den Erfordernissen angepaßt werden.In order to avoid these disadvantages, it is known to accelerate by specifying a maximum permissible rate of increase for the speed setpoint to keep within the permissible limits. So-called run-up controllers are used for this purpose, which suddenly changes the speed setpoint on the command lever into a slow one and transform continuously increasing effective setpoints for the control loop. The steepness this increase in the speed setpoint corresponds to that to be maintained by the control loop Acceleration and can be adapted to requirements.

Diese Maßnahme führt jedoch zu keinem vollen Erfolg, wenn es darauf ankommt, Nachholrucke im Antrieb zu vermeiden. Der Hochlaufregler bleibt ja vom tatsächlichen Regelvorgang unbeeinflußt und schreibt in jedem Augenblick einen Drehzahlsollwert vor, der vom Antrieb unter gewissen Bedingungen zunächst nicht erfüllt werden kann. Nach Wegfall dieser Einflüsse wird dann unter Überschreitung der zulässigen Beschleunigung der Drehzahlfehlbetrag rasch ausgeglichen. Dies gilt insbesondere für Antriebe von Aufzügen, Fördermaschinen und Umkehrwalzenstraßen beim Lösen der Bremse, bei Feldumkehrvorgängen und beim Ansprechen der Strombegrenzung.However, this measure does not lead to complete success when it comes to it to avoid catching up in the drive. The run-up controller remains from actual control process is unaffected and writes a speed setpoint at every moment which the drive cannot initially meet under certain conditions. After these influences cease to exist, the permissible acceleration is exceeded the speed deficit quickly compensated. This applies in particular to drives from Elevators, conveyors and reversing roller lines when the brake is released, when the field is reversed and when the current limitation responds.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einem mehrschleifigen Regelkreis, der einen Drehzahlregler mit Proportionalverhalten und einen Stromregler enthält. Es wird dabei von der bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht, Regeleinrichtungen durch die Anwendung vermaschter oder mehrschleifiger Regelkreise zu vereinfachen. Die Regelstrecke wird in Teilstrecken zerlegt, die durch einfache- P-Regler in inneren Regelkreisen für sich geregelt werden können. Die Ausgangsgröße jedes einzelnen Reglers ist zugleich der Sollwert für den nachfolgenden Regler. Bei solchen mehrschleifigen Regelkreisen kann eine Begrenzung der Systemgrößen dadurch erzielt werden, daß der Ausgangswert der einzelnen Regler innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten wird.The invention relates to a device for speed control of a DC motor with a multi-loop control circuit that includes a speed controller with proportional behavior and a current controller. It is doing this by the well-known Measure made use of, control devices through the application of meshed or to simplify multi-loop control loops. The controlled system is divided into sections disassembled, which are regulated by simple P-controllers in internal control loops can be. The output variable of each individual controller is also the setpoint for the following controller. With such multi-loop control loops, a Limitation of the system sizes can be achieved that the output value of the individual Controller is kept within a certain range.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und unter allen Betriebsbedingungen eine ruckfreie Beschleunigung und Verzögerung des Antriebes herbeizuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Drehzahl- und -den Stromregler ein Beschleunigungsregler mit 14tegralverhalten geschaltet ist, der in Abhängigkeit-von der Differenz zwischen dem vom Drehzahlregler gelieferten Beschleunigungssollwert und dem Beschleunigungsistwert den Stromsollwert bestimmt..The invention has the task of eliminating the disadvantages outlined above avoid and under all operating conditions a smooth acceleration and to bring about a deceleration of the drive. This object is achieved according to the invention solved in that an acceleration controller between the speed controller and the current controller is switched with 14 integral behavior, which depends on the difference between the acceleration setpoint supplied by the speed controller and the acceleration actual value determines the current setpoint.

Der Beschleunigungsistwert kann in bekannter Weise durch Differena eben .der Ausgangsspannung einer Tachodynamo erzeugt werden. Der entscheidende Vorteil, der durch.die Erfindung erzielt wird, liegt darin, daß der Oberschwingungsgehalt dieser Beschleunigungsistwertspannung für die Einhaltung der zulässigen Beschleunigung und Verzögerung wirkungslos bleibt, da - der Beschleunigungsregler mit Integralverhalten den Oberschwingungsgehalt weitgehend unterdrückt. Seine Ausgangsgröße, d. h. der Sollwert des Stromes, wird vom Gleichspannungsanteil der Beschleunigungsistwertspannung, also von der tatsächlichen Beschleunigung bestimmt. Man kommt daher bei der Erzeugung der Beschleunigungsistwertspannung mit minimalen Glättungsmitteln aus, die keine merkliche Verzögerung der Beschleunigungsbegrenzung hervorrufen. Gegenüber dem Hochlaufregler wird durch die Erfindung erreicht, daß nunmehr bei der Vorgabe des erforderlichen Stromsollwertes die tatsächlichen Betriebsverhältnisse mitberücksichtigt werden.The actual acceleration value can be determined in a known manner by Differena the output voltage of a speedometer can be generated. The decisive advantage which is achieved by the invention is that the harmonic content this actual acceleration value voltage for compliance with the permissible acceleration and deceleration remain ineffective because - the acceleration controller with integral behavior the harmonic content is largely suppressed. Its output size, i.e. H. the Setpoint of the current, is derived from the direct voltage component of the acceleration actual value voltage, thus determined by the actual acceleration. One comes from the creation the acceleration actual value voltage with minimal smoothing agents that do not have any cause a noticeable delay in the acceleration limitation. Compared to the run-up controller is achieved by the invention that now when specifying the required Current setpoint, the actual operating conditions must also be taken into account.

Die Erfindung gestattet es, jeder Drehzahlregelabweichung nach Wunsch einen bestimmten Beschleunigungssollwert zuzuordnen, indem die Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers eingestellt und für die beiden Drehrichtungen sowie außerdem für jedes Vorzeichen der Drehzahlregelabweichung ein Grenzwert vorgegeben wird. Dies kann auf bekannte Weise durch Schwellwertschaltungen geschehen, wie sie für ähnliche Zwecke üblich sind.The invention allows any speed control deviation as desired assign a specific acceleration setpoint by using the proportional gain of the speed controller and for both directions of rotation and also a limit value is specified for each sign of the speed control deviation. This can be done in a known manner by threshold circuits, as they are for similar purposes are common.

Zur näheren Erläuterung wird die Erfindung im folgenden an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung stark schematisiert dargestellt ist.For a more detailed explanation, the invention is illustrated below using an exemplary embodiment described, which is shown very schematically in the drawing.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Gleichstromnebenschlußmotor bezeichnet, dessen Ankerstrom mit Hilfe eines Stromrichters 2 regelbar ist. Der Ankerstromkreis kann über einen Transformator 3 an das Drehstromnetz angeschlossen sein.In FIG. 1, 1 denotes a direct current shunt motor, the armature current of which can be regulated with the aid of a converter 2. The armature circuit can be connected to the three-phase network via a transformer 3.

Der mehrschleifige Regelkreis besteht aus dem Drehzahlregler 4 mit Proportionalverhalten, dem Beschleunigungsregler 5, nach der Erfindung mit Integralverhalten, und dem Ankerstromregler 6, der ein PI-Regler (proportional-integral wirkender Regler) sein kann. Mit Hilfe eines Handstellers 7 kann der gewünschte Drehzahlsollwert n+ vorgegeben werden. Der Drehzahlistwert n wird aus einer Tachodynamo 8 entnommen, die mit dem Motoranker 1 mechanisch gekuppelt ist. Die Ausgangsgröße des Drehzahlreglers 4 bildet den Beschleunigungssollwert b-` für den Integralregler 5, dessen Beschleunigungsistwert b über ein Differenzierglied 9 aus der Tachodynamo 8 entnommen wird. Die Ausgangsgröße des Beschleunigungsreglers 5 dient als Ankerstromsollwert I+ für den Ankerstromregler 6. Der Ankerstromistwert 1 wird über einen Gleichstromwandler 10, beispielsweise einen Hauwandler, aus dem Ankerstromkreis entnommen. Der Ankerstromregler 6 beeinflußt einen Gittersteuersatz 11 für. den Stromrichter 2. Dem Ausführungsbeispiel liegt eine Feldumkehrsteuerung zugrunde, so daß zwischen Beschleunigungsregler 5 und Ankerstromregler 6 ein Glied zur Bildung des Absolutwertes der Ausgangsgröße des Beschleunigungsreglers eingeschaltet werden muß. Das Vorzeichen der Ausgangsgröße beeinflußt einen Regler 12 für die Feldumkehr, der den Erregerstrom für die Erregerwicklung 13 des Mors steuert. Die Ausbildung dieses Feldregelkreises ist für die Erfin- dung unwesentlich und wird daher nicht näher be- handelt. Das Vorzeichen des Drehzahlistwertes @ inmt über ein Begrenzungsglied 14 die statische Knie des Drehzahlreglers 4. Dies sei an Hand der Ftg. 2 und 3 erläutert. Die Fig. 2 zeigt den Beschleunigungssollwert 6+ in Abhängigkeit von Größe und Richtung der Dreh7ahlregelabweichung d n = n+ - n. Bei kleinen Drehzahlregelabweichungen folgt der Beschleunigungssollwert dieser Regelabweichung zunächst mit einem bestimmten Proportionalitätsfaktor, der für sich eingestellt werden kann. Dies ist durch den Doppelpfeil an dem linear ansteigenden Teil der Charakteristik angedeutet. Bei positiver Drehzahl ist der Beschleunigungssollwert auf den stark ausgezogenen Maximalwert begrenzt, wie aus Fig. 3 ersichtlich. In Fig. 3 sind die zulässigen Bereiche von Beschleunigungs-bzw. Verzögerungssollwert für positive und negative Drehzahlen angedeutet, wie sie durch das Begrenzungsglied 14 vorgeschrieben werden. Bei negativen Drehzahlen (gestrichelte Kennlinien) können also Beschleunigungs- bzw. Verzögerungshöchstwerte vorgeschrieben werden, die sich von den Höchstwerten bei positiven Drehzahlen unterscheiden. Dies ist bei vielen Antriebsproblemen von Bedeutung.The multi-loop control circuit consists of the speed controller 4 with proportional behavior, the acceleration controller 5, according to the invention with integral behavior, and the armature current controller 6, which can be a PI controller (proportional-integral controller). The desired speed setpoint n + can be specified with the aid of a manual controller 7. The actual speed value n is taken from a speedometer 8 which is mechanically coupled to the motor armature 1. The output variable of the speed controller 4 forms the acceleration setpoint b-for the integral controller 5, the acceleration actual value b of which is taken from the tacho dynamometer 8 via a differentiating element 9. The output variable of the acceleration controller 5 serves as the armature current setpoint I + for the armature current controller 6. The armature current actual value 1 is taken from the armature circuit via a DC converter 10, for example a Hau converter. The armature current regulator 6 influences a grid control rate 11 for. the converter 2. The embodiment is based on a field reversal control, so that a member for forming the absolute value of the output variable of the acceleration controller must be switched on between the acceleration controller 5 and armature current controller 6. The sign of the output variable influences you Controller 12 for the field reversal, the excitation current controls for the excitation winding 13 of the Mors. the The formation of this field control loop is essential for the application is insignificant and is therefore not acts. The sign of the actual speed value @ inmt Via a limiting member 14 the static knee of the speed controller 4. This is based on Fig. 2 and 3 explained. 2 shows the acceleration setpoint 6+ as a function of the size and direction of the speed control deviation dn = n + - n. In the case of small speed control deviations, the acceleration setpoint initially follows this control deviation with a certain proportionality factor that can be set individually. This is indicated by the double arrow on the linearly increasing part of the characteristic. In the case of a positive speed, the acceleration setpoint is limited to the strongly drawn-out maximum value, as can be seen from FIG. 3. In Fig. 3, the permissible ranges of acceleration or. Delay setpoint for positive and negative speeds indicated, as prescribed by the limiting element 14. In the case of negative speeds (dashed characteristics), maximum acceleration and deceleration values can be specified that differ from the maximum values at positive speeds. This is important with many drive problems.

Die Einstellung von Steilheit und Grenzwerten der Charakteristik des Beschleunigungssollwertes ist beim Erfindungsgegenstand auf einfachere Weise möglich als bei Verwendung von Hochlaufreglern und gestattet die Anpassung des Regelkreises an alle auftretenden Betriebsbedingungen. Da die Beschleunigungsbegrenzung nicht erst bei Überschreiten des zulässigen Wertes und durch Glättungsglieder verzögert eingreift, sondern von vornherein ein begrenzter Sollwert vorgegeben wird, kann man unzulässige Beschle:Ünigungen mit Sicherheit vermeiden. Das Integralverhalten des Beschleunigungsreglers gewährleistet darüber hinaus, daß Drehzahländerungen bzw. Ausregelungen von Laststößen unter allen Umständen ruckfrei ablaufen.The setting of the slope and limit values of the characteristic of the Acceleration setpoint is possible in a simpler way with the subject matter of the invention than when using run-up controllers and allows the control loop to be adapted to all operating conditions that occur. Because the acceleration limit is not only when the permissible value is exceeded and delayed by smoothing elements intervenes, but a limited setpoint is specified from the outset, can one inadmissible acceleration: Avoid practicing with certainty. The integral behavior of the acceleration controller also ensures that speed changes or regulation of load surges run smoothly under all circumstances.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for speed control of electric motor drives with a multi-loop control circuit which contains a speed controller with proportional behavior and a current controller, characterized in that an acceleration controller with integral behavior is connected between the speed controller and the current controller, which depends on the difference between the The acceleration setpoint supplied by the speed controller and the acceleration actual value determines the current setpoint.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the acceleration setpoint as the output variable of the speed controller for each direction of rotation as well as for each sign of the Speed control deviation on one each Maximum value is limited, which can be set independently of each other.

3. Establishment according to claims 1 and 2, characterized in that the limitation of the acceleration setpoint takes place via threshold value valves by means of auxiliary voltages, which are dependent on the direction of rotation can be switched.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the actual acceleration value is obtained by differentiating the output voltage a speedometer dynamo is generated.