PL226992B1 - Układ adaptacji parametrów regulatora predkosci silnika elektrycznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ adaptacji parametrów regulatora prędkości silnika elektrycznego, stosowany w układach sterowania silnikami elektrycznymi.

Znane jest z opisu patentowego EP 0203550 rozwiązanie układu adaptacyjnego sterowania silnika elektrycznego, w którym za pomocą pętli kontroli z regulatorem proporcjonalno-całkująco-różniczkującym tylko jednej zmiennej realizowane jest sterowanie uwzględniające dynamiczne zmiany obciążenia silnika za pomocą sygnału sterującego. Sygnał sterujący jest funkcją zmiany prędkości silnika podzieloną przez całkę prądu silnika w tym samym przedziale czasowym.

Znane jest z opisu patentowego DE1998145353 rozwiązanie dotyczące urządzenia do regulacji prędkości obrotowej silnika z czujnikiem prędkości, na podstawie którego sygnału, bezpośrednio lub poprzez pośrednio przetwarzany sygnał uzyskuje się w zależności od prędkości obrotowej silnika ciąg impulsów prędkości silnika. Ponadto sygnał impulsu napięcia zmienia się w impuls częstotliwości zależny od napięcia DC sygnału zmieniającego się przemiennie. Zgodnie z tym wynalazkiem, przetwornik zawiera generator impulsowy do wytwarzania sygnału zegarowego (TS) w odniesieniu do występującej maksymalnej częstotliwości impulsów w impulsie sygnału częstotliwości. Większa część impulsów przetwarzania sygnału, która podczas każdej zmiany poziomu sygnału impulsowego napięcia zawiera pulsacyjny sygnał zegarowy jest wyeliminowana, a otrzymany sygnał i sygnał pochodzący od niego synchronicznie wychodzą do przetwarzania (PS). Pozwala to na szybki czas reakcji i kontrolę odchyleń prędkości w zakresie bardzo niskich prędkości. Ponadto znane są urządzenia stosowane w przemyśle i opisywane w literaturze, które wykorzystują kontrolę prędkości obrotowej silnika w postaci tak zwanych systemów kodera, w którym część czujnika składa się z nadajnika oświetlonego w świetle odbitym lub przechodzącym. W ten sposób, sygnał świetlny jest generowany z różnymi jasnościami i przekształcany do odpowiedniego impulsu napięcia, którego poziom odpowiada sekwencji częstotliwości. W ten sposób dokonywany jest unikalny pomiar prędkości silnika.

Celem wynalazku jest stworzenie układu adaptacji parametrów regulatora prędkości silnika elektrycznego minimalizującego negatywny wpływ nieliniowego charakteru oporów ruchu w funkcji prędkości wirnika silnika na jakość regulacji prędkości silnika.

Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku, w którym układ adaptacji parametrów regulatora prędkości silnika elektrycznego zawierający regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący, blok estymatora momentu obciążenia i prędkości silnika, sumatory oraz mnożnika sprzężenia od momentu obciążenia charakteryzuje się tym, że falownik połączony jest szeregowo z estymatorem posiadającym dwa wyjścia z których jedno podłączone jest z adapterem parametrów, a drugie podłączone jest z mnożnikiem sprzężenia i dalej z sumatorem, natomiast blok adaptacji parametrów połączony jest szeregowo z blokiem regulacji prędkości i dalej z sumatorem, a następnie poprzez mnożnik stałej z falownikiem do którego podłączony jest silnik z czujnikiem prędkości obrotowej. Układ adaptacji ma blok adaptacji parametrów zawierający bloki wyznaczania wartości bezwzględnej oraz do których podłączony jest poprzez sumator blok detekcji znaku oraz zawiera blok przełącznika dwóch sygnałów do którego podpięta jest pamięć z zapisaną charakterystyką wzmocnienia a także pamięć z zapisaną charakterystyką zdwojenia.

Zaletą takiego rozwiązania jest minimalizacja szkodliwego wpływu zmienności tarcia w funkcji prędkości na regulację prędkości serwonapędu. Adaptacja parametrów regulatora PID do określonych przedziałów prędkości obciążonego silnika umożliwi minimalizację czasu martwego regulacji prędkości przy prędkościach bliskich zeru oraz minimalizację przesterowań bez utraty dynamiki układu w różnych przedziałach prędkości.

Przykład wykonania układu adaptacji parametrów regulatora prędkości silnika elektrycznego według wynalazku pokazano na rysunkach, w których fig. 1 przedstawia schemat ideowo-blokowy układu adaptacji parametrów regulatora, a fig. 2 przedstawia schemat ideowo-blokowy bloku adaptacji parametrów regulatora i opisano poniżej.

W przykładzie wykonania układ adaptacji parametrów regulatora prędkości silnika elektrycznego zawiera regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący zwany regulatorem PID, blok estymatora momentu obciążenia i prędkości silnika, sumatory oraz mnożnik sprzężenia od momentu obciążenia.

Sygnał prędkości estymowej C_EST pochodzący z estymatora 2 oraz sygnał prędkości zadanej Ω_ζ trafiają do bloków wyznaczania wartości bezwzględnej 11 oraz 12. Stąd jako zmienione sygnały o wartościach bezwzględnych Ω_Ζ1 oraz Ω_3Τ1 trafiają do podłączonego szeregowo sumatora 13 i stamtąd jako jeden sygnał dc, wprowadzany on jest do bloku detekcji 14. Opuszcza on ten blok jako sygnał control

PL 226 992 B1 i kierowany jest do przełącznika dwóch sygnałów 15, do którego niezależnie trafia sygnał prędkości estymowej Q_EST oraz sygnał prędkości zadanej Ω_ζ. W przypadku kiedy wartości sygnału control równa się wartości 1, następuje przełączenie sygnału Ω_ζ na wyjście bloku przełącznika dwóch sygnałów 15, a w przypadku kiedy wartość sygnału control równa jest wartości 0, to następuje przełączenie sygnału Ω^_τ na wyjście bloku przełącznika dwóch sygnałów 15. Sygnał control osiąga wartość 1 gdy wartość bezwzględna sygnału Ω_ζ jest większa od wartości bezwzględnej sygnału Ωε_3Τ, natomiast wartość 0 gdy wartość bezwzględna sygnału Ω_ζ jest mniejsza od wartości bezwzględnej sygnału Ωε_3Τ. Wychodzący sygnał jest w postaci sygnału Ω^μρ będącego argumentem dla charakterystyki adaptacji wzmocnienia 16 oraz charakterystyki adaptacji zdwojenia 17. Sygnał ten trafia do pamięci z zapisaną charakterystyką wzmocnienia K_p w funkcji prędkości 16 oraz pamięci z zapisaną charakterystyką zdwojenia T_I w funkcji prędkości 17. Następnie obydwa sygnały K_p oraz T_I przekazywane są do regulatora PID 1, w którym po przetworzeniu na wartość wyjściową M_Z sygnał kierowany jest do sumatora 10, do którego trafia również skalowany w mnożniku sprzężenia od momentu obciążenia 8 sygnał M_K pochodzący z estymatora 2. Wychodzący z sumatora 10 sygnał M_ZO przesyłany jest poprzez mnożnik stałej K_t 7 do falownika 4 i dalej do silnika elektrycznego 5, do którego podłączony jest czujnik prędkości obrotowej 6. Czujnik odczytuje prędkość wirnika silnika i wysyła sygnał Ω^ do sumatora 9, z którego przekierowywany jest do regulatora PID 1.

Przedmiot według wynalazku może być stosowany w sterowaniu napędami głowic optoelektronicznych oraz sterowaniu ciężkich platform obrotowych jak na przykład armat. Ponadto układ może być stosowany wszędzie tam, gdzie sterowanie ruchem ciężkich obiektów, dla których zmienność tarcia dynamicznego w funkcji prędkości jest duża, jak również różnica między wartościami tarcia statycznego i dynamicznego dla prędkości bliskiej zero jest bardzo istotna.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ adaptacji parametrów regulatora prędkości silnika elektrycznego zawierający regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący, blok estymatora momentu obciążenia i prędkości silnika, sumatory oraz mnożnika sprzężenia od momentu obciążenia, znamienny tym, że falownik (4) połączony jest szeregowo z estymatorem (2) posiadającym dwa wyjścia, z których jedno podłączone jest z adapterem parametrów (3), a drugie podłączone jest z mnożnikiem sprzężenia (8) i dalej z sumatorem (10), natomiast blok adaptacji parametrów (3) połączony jest szeregowo z blokiem regulacji prędkości (1) i dalej z sumatorem (10), a następnie poprzez mnożnik stałej (7) z falownikiem (4), do którego podłączony jest silnik (5) z czujnikiem prędkości obrotowej (6).

2. Układ adaptacji, znamienny tym, że blok adaptacji parametrów (3) zawiera bloki wyznaczania wartości bezwzględnej (11) oraz (12) do których podłączony jest poprzez sumator (13) blok detekcji znaku (14) oraz zawiera blok przełącznika dwóch sygnałów (15), do którego podpięta jest pamięć z zapisaną charakterystyką wzmocnienia (16) a także pamięć z zapisaną charakterystyką zdwojenia (17).