RU204338U1 - Intensity generator for electric drive - Google Patents

Intensity generator for electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU204338U1
RU204338U1 RU2020132926U RU2020132926U RU204338U1 RU 204338 U1 RU204338 U1 RU 204338U1 RU 2020132926 U RU2020132926 U RU 2020132926U RU 2020132926 U RU2020132926 U RU 2020132926U RU 204338 U1 RU204338 U1 RU 204338U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
link
differentiating
key element
Prior art date
Application number
RU2020132926U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Владимирович Аржанов
Original Assignee
Кирилл Владимирович Аржанов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кирилл Владимирович Аржанов filed Critical Кирилл Владимирович Аржанов
Priority to RU2020132926U priority Critical patent/RU204338U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU204338U1 publication Critical patent/RU204338U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к управлению автоматизированными электроприводами и может быть использована в станках с ЧПУ и в робототехнических комплексах.Задатчик интенсивности для электропривода, содержащий усилитель с насыщением, дифференцирующее звено, нелинейное звено с зоной нечувствительности, релейный элемент, второе дифференцирующее звено и ключевой элемент, в устройство дополнительно введены третье дифференцирующее звено, второй ключевой элемент и резистор, причем вход третьего дифференцирующего звена подключен к выходу второго дифференцирующего звена, выход третьего дифференцирующего звена подключен к входу второго ключевого элемента, а выход второго ключевого элемента через резистор подключен к инвертирующему входу усилителя с насыщением, управляющий вход второго ключевого элемента подключен к выходу релейного элемента.Применение заявляемого задатчика интенсивности в электроприводах станков с ЧПУ и в робототехнических комплексах повышает производительность производственных механизмов, за счет увеличения быстродействия, сокращения времени переходных процессов и увеличения полосы пропускания частот электропривода, особенно при малых амплитудах входного гармонического сигнала.The utility model relates to the control of automated electric drives and can be used in CNC machine tools and in robotic systems. An intensity sensor for an electric drive, containing an amplifier with saturation, a differentiating link, a nonlinear link with a dead zone, a relay element, a second differentiating link and a key element, in the device additionally introduced a third differentiating link, a second key element and a resistor, and the input of the third differentiating link is connected to the output of the second differentiating link, the output of the third differentiating link is connected to the input of the second key element, and the output of the second key element through a resistor is connected to the inverting input of the amplifier with saturation , the control input of the second key element is connected to the output of the relay element. The use of the proposed intensity generator in electric drives of CNC machines and in robotic systems increases the productivity of production fur by increasing the speed, reducing the time of transient processes and increasing the frequency bandwidth of the drive, especially at low amplitudes of the input harmonic signal.

Description

Полезная модель относится к управлению автоматизированными электроприводами и может быть использована в станках с ЧПУ и в робототехнических комплексах.The utility model relates to the control of automated electric drives and can be used in CNC machines and in robotic systems.

Известен задатчик интенсивности для быстродействующего электропривода [1], который содержит усилитель с насыщением, дифференцирующее звено, нелинейное звено с зоной нечувствительности, при этом выход усилителя с насыщением подключен к входу дифференцирующего звена, выход которого соединен с входом нелинейного звена с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу усилителя с насыщением.Known intensity generator for a high-speed electric drive [1], which contains an amplifier with saturation, a differentiating link, a nonlinear link with a dead zone, while the output of the amplifier with saturation is connected to the input of the differentiating link, the output of which is connected to the input of a nonlinear link with a dead zone, the output of which connected to the amplifier input with saturation.

Недостатком данного устройства является то, что динамические свойства электропривода с задатчиком интенсивности невысоки, даже если сигнал с выхода дифференцирующего звена не превышает величину зоны нечувствительности нелинейного звена, и передаточная функция задатчика интенсивности имеет вид функции без инерционного звена. При этом выходной сигнал задатчика интенсивности не форсирует переходные процессы в электроприводе.The disadvantage of this device is that the dynamic properties of an electric drive with an intensity generator are low, even if the signal from the output of the differentiating link does not exceed the value of the dead zone of the nonlinear link, and the transfer function of the intensity generator has the form of a function without an inertial link. In this case, the output signal of the ramp generator does not force transients in the electric drive.

Наиболее близким к заявляемому устройству является задатчик интенсивности для быстродействующего электропривода [2], который содержит усилитель с насыщением, выход которого подключен к входу дифференцирующего звена, соединенного своим выходом с нелинейным звеном типа зоны нечувствительности, выход которого подключен к входу усилителя с насыщением, релейный элемент, второе дифференцирующее звено и ключевой элемент, при этом вход второго дифференцирующего звена подключен к первому входу усилителя с насыщением являющемуся входом задатчика интенсивности, а выход второго дифференцирующего звена подключен к входу ключевого элемента, выход которого соединен со входом усилителя с насыщением, а управляющий вход ключевого элемента через релейный элемент подключен к выходу нелинейного звена с зоной нечувствительности.The closest to the claimed device is an intensity generator for a high-speed electric drive [2], which contains an amplifier with saturation, the output of which is connected to the input of the differentiating link, connected by its output to a non-linear link such as a dead zone, the output of which is connected to the input of the amplifier with saturation, a relay element , the second differentiating link and the key element, while the input of the second differentiating link is connected to the first input of the amplifier with saturation, which is the input of the intensity generator, and the output of the second differentiating link is connected to the input of the key element, the output of which is connected to the input of the amplifier with saturation, and the control input of the key element through a relay element is connected to the output of the nonlinear link with a dead zone.

Недостатком данного устройства является то, что динамические свойства электропривода с задатчиком интенсивности невысоки, ввиду отсутствия дополнительного форсирующего звена (второго дифференцирующего звена в прямом канале). Объектом управления является двигатель постоянного тока, который является звеном второго порядка, поэтому для существенного улучшения динамических характеристик необходимо вводить вторую производную (второе дифференцирующее звено) от задающего сигнала. The disadvantage of this device is that the dynamic properties of an electric drive with an intensity generator are low, due to the absence of an additional forcing link (the second differentiating link in the direct channel). The control object is a direct current motor, which is a second-order link, therefore, to significantly improve the dynamic characteristics, it is necessary to introduce the second derivative (second differentiating link) of the reference signal.

Задачей, на которую направлено предлагаемое решение полезной модели, является улучшение динамических характеристик электропривода, а именно, форсирование переходных процессов в электроприводе.The task to which the proposed solution of the utility model is directed is to improve the dynamic characteristics of the electric drive, namely, to force transient processes in the electric drive.

Задатчик интенсивности для электропривода по заявляемой полезной модели, так же как и прототип, содержит усилитель с насыщением, дифференцирующее звено, нелинейное звено с зоной нечувствительности, релейный элемент, второе дифференцирующее звено и ключевой элемент.The intensity generator for the electric drive according to the claimed utility model, as well as the prototype, contains an amplifier with saturation, a differentiating link, a nonlinear link with a dead zone, a relay element, a second differentiating link and a key element.

В отличие от прототипа, в устройство дополнительно введены третье дифференцирующее звено, второй ключевой элемент и резистор, причем вход третьего дифференцирующего звена подключен к выходу второго дифференцирующего звена, выход третьего дифференцирующего звена подключен к входу второго ключевого элемента, а выход второго ключевого элемента через резистор подключен к инвертирующему входу усилителя с насыщением, управляющий вход второго ключевого элемента подключен к выходу релейного элемента.Unlike the prototype, a third differentiating link, a second key element and a resistor are additionally introduced into the device, and the input of the third differentiating link is connected to the output of the second differentiating link, the output of the third differentiating link is connected to the input of the second key element, and the output of the second key element is connected through a resistor to the inverting input of the amplifier with saturation, the control input of the second key element is connected to the output of the relay element.

Задатчик интенсивности для электропривода содержит усилитель с насыщением 1, выходом подключенный к входу первого дифференцирующего звена 2, которое подключено выходом к входу нелинейного элемента 3 с зоной нечувствительности, которое выходом соединено со входом релейного элемента 4, второе дифференцирующее звено 5, входом соединенное с входом задатчика (Uз), а выходом - с первым ключевым элементом 6, выход первого ключевого элемента 6 соединен с входом усилителя с насыщением 1, третье дифференцирующее звено 7 входом соединено с выходом второго дифференцирующего звена 5, выход третьего дифференцирующего звена 7 соединен со входом второго ключевого элемента 8, выход которого подключен через резистор 9 к инвертирующему входу усилителя с насыщением 1, управляющий вход ключевого элемента 8 подключен к выходу релейного элемента 4. The intensity generator for the electric drive contains an amplifier with saturation 1, the output is connected to the input of the first differentiating link 2, which is connected by the output to the input of the nonlinear element 3 with a dead zone, which is connected by the output to the input of the relay element 4, the second differentiating link 5, by the input connected to the input of the setpoint (Uз), and the output is with the first key element 6, the output of the first key element 6 is connected to the input of the amplifier with saturation 1, the third differentiating element 7 is connected by the input to the output of the second differentiating element 5, the output of the third differentiating element 7 is connected to the input of the second key element 8, the output of which is connected through a resistor 9 to the inverting input of the amplifier with saturation 1, the control input of the key element 8 is connected to the output of the relay element 4.

Задатчик интенсивности для электропривода работает следующим образом.The intensity generator for the electric drive works as follows.

Выходной сигнал усилителя 1 с насыщением подается на первое дифференцирующее звено 2, которое предназначено для определения производной выходного сигнала задатчика интенсивности. Сигнал с дифференцирующего звена 2 поступает на нелинейное звено 3, и, в зависимости от величины производной выходного сигнала задатчика интенсивности, на выходе нелинейного звена 3 сигнал есть или нет. Сигнал с выхода нелинейного звена 3 поступает на вход усилителя 1 с насыщением и на вход релейного элемента 4. Релейный элемент 4 управляет ключевыми элементами 6 и 8. The output signal of the amplifier 1 with saturation is fed to the first differentiating element 2, which is intended to determine the derivative of the output signal of the intensity generator. The signal from the differentiating link 2 is fed to the nonlinear link 3, and, depending on the magnitude of the derivative of the output signal of the intensity generator, there is a signal at the output of the nonlinear link 3 or not. The signal from the output of nonlinear link 3 is fed to the input of amplifier 1 with saturation and to the input of relay element 4. Relay element 4 controls key elements 6 and 8.

На вход усилителя 1 с насыщением также поступают сигналы пропорциональные первой и второй производной от входного задающего сигнала задатчика интенсивности. Осуществляется это с помощью второго дифференцирующего звена 5 и третьего дифференцирующего звена 7, подключенного к выходу первого дифференцирующего звена 5. Сигнал со второго дифференцирующего звена 5 через ключевой элемент 6 поступает на вход усилителя 1 с насыщением, также поступает сигнал с третьего дифференцирующего звена 7 через ключевой элемент 8 и резистор 9 на вход усилителя 1 с насыщением. При отсутствии сигнала на выходе релейного элемента 4 ключевые элементы 6 и 8 выключены. При наличии сигнала на выходе релейного элемента 4 ключевые элементы 6 и 8 включены.The input of the amplifier 1 with saturation also receives signals proportional to the first and second derivatives of the input setting signal of the intensity generator. This is done with the help of the second differentiating link 5 and the third differentiating link 7, connected to the output of the first differentiating link 5. The signal from the second differentiating link 5 through the key element 6 is fed to the input of the amplifier 1 with saturation, and the signal from the third differentiating link 7 through the key element 8 and resistor 9 to the input of amplifier 1 with saturation. In the absence of a signal at the output of relay element 4, key elements 6 and 8 are turned off. When there is a signal at the output of relay element 4, key elements 6 and 8 are turned on.

Если в задатчике интенсивности производная выходного сигнала (сигнал на выходе дифференцирующего звена 2) превышает пороговое значение, а именно, величину зоны нечувствительности нелинейного звена 3, выходной сигнал этого звена поступает на вход усилителя 1 с насыщением и на вход релейного элемента 4, на выходе которого формируется большой по величине сигнал, осуществляющий включение ключевых элементов 6 и 8. При этом сигнал с выхода второго дифференцирующего звена 5 и с третьего дифференцирующего звена 7 не поступает на вход усилителя 1 с насыщением. При этом передаточная функция задатчика интенсивности имеет вид:If in the intensity generator the derivative of the output signal (the signal at the output of the differentiating link 2) exceeds the threshold value, namely, the value of the dead zone of the nonlinear link 3, the output signal of this link goes to the input of the amplifier 1 with saturation and to the input of the relay element 4, at the output of which a large signal is formed, which switches on the key elements 6 and 8. In this case, the signal from the output of the second differentiating link 5 and from the third differentiating link 7 does not enter the input of the amplifier 1 with saturation. In this case, the transfer function of the intensity generator has the form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где K1 - коэффициент передачи усилителя 1 с насыщением;where K1 is the gain of amplifier 1 with saturation;

T1 - постоянная времени дифференцирующего звена 2; T1 is the time constant of the differentiating link 2;

p - оператор Лапласа. p is the Laplace operator.

Передаточная функция задатчика интенсивности для электропривода идентична передаточной функции известного задатчика интенсивности. При этом происходит ограничение скорости изменения выходного сигнала задатчика интенсивности, благодаря чему эффективно уменьшается величина перерегулирования по скорости в электроприводе.The transfer function of the ramp-function generator for the electric drive is identical to the transfer function of the known ramp-function generator. In this case, the rate of change of the output signal of the ramp generator is limited, due to which the amount of overspeed in the electric drive is effectively reduced.

При малых скоростях изменения задающего сигнала задатчика интенсивности, что имеет место при гармоническом входном сигнале малой частоты и амплитуды, величина сигнала, получаемого на входе дифференцирующего звена 2, не превышает зону нечувствительности звена 3. При этом сигнал на выходе нелинейного звена 3 нулевой и на выходе выходного релейного элемента 4 отсутствует, ключевые элементы 6 и 8 выключены. Сигнал с выхода второго дифференцирующего звена 5 через ключевой элемент 6 поступает на вход усилителя 1 с насыщением, и также сигнал с выхода третьего дифференцирующего звена 7 через ключевой элемент 8 и резистор 9 поступает на вход усилителя 1 с насыщением. Передаточная функция задатчика интенсивности в данном режиме имеет вид: At low rates of change of the setting signal of the intensity generator, which occurs with a harmonic input signal of low frequency and amplitude, the value of the signal received at the input of the differentiating link 2 does not exceed the dead zone of link 3. In this case, the signal at the output of the nonlinear link 3 is zero and at the output output relay element 4 is missing, key elements 6 and 8 are off. The signal from the output of the second differentiating link 5 through the key element 6 is fed to the input of the amplifier 1 with saturation, and also the signal from the output of the third differentiating element 7 through the key element 8 and the resistor 9 is fed to the input of the amplifier 1 with saturation. The transfer function of the intensity generator in this mode is as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

где K1 - коэффициент передачи усилителя 1 с насыщением;where K1 is the gain of amplifier 1 with saturation;

T2 - постоянная времени второго дифференцирующего звена 5;T2 is the time constant of the second differentiating link 5;

T3 - постоянная времени третьего дифференцирующего звена 7.T3 - time constant of the third differentiating link 7.

Передаточная функция задатчика имеет вид форсирующего звена второго порядка. На вход регулятора скорости электропривода с выхода задатчика интенсивности подается как сам входной сигнал задатчика интенсивности, так и его первая и вторая производные в виде положительной параллельной связи. Это обеспечивает улучшение динамических свойств электропривода путем форсировки переходных процессов, а также производит расширение полосы пропускания частот электропривода при малых амплитудах входного гармонического сигнала.The transfer function of the master has the form of a forcing link of the second order. To the input of the speed controller of the electric drive from the output of the intensity generator, both the input signal of the intensity generator itself and its first and second derivatives in the form of a positive parallel connection are fed. This provides an improvement in the dynamic properties of the drive by forcing transient processes, and also expands the frequency bandwidth of the drive at small amplitudes of the input harmonic signal.

Настройка величины зоны нечувствительности нелинейного звена 3 осуществляется так, что на выходе этого звена сигнал появляется лишь при частоте задающего гармонического сигнала, превышающей заданную полосу пропускания в электроприводе. При этом ограничение скорости изменения выходного сигнала задатчика интенсивности осуществляется лишь на частотах, превышающих заданную полосу пропускания быстродействующего электропривода. В электроприводе улучшаются динамические свойства, а именно, уменьшается время переходных процессов в электроприводе и расширяется полоса пропускания частот при малых амплитудах входного гармонического сигнала без увеличения заданной величины перерегулирования скорости в электроприводе. Setting the value of the dead zone of the nonlinear link 3 is carried out in such a way that at the output of this link the signal appears only when the frequency of the master harmonic signal exceeds the specified bandwidth in the drive. In this case, the rate of change of the output signal of the intensity generator is limited only at frequencies exceeding the specified bandwidth of the high-speed electric drive. In the electric drive, the dynamic properties are improved, namely, the time of transient processes in the electric drive is reduced and the bandwidth of the frequencies is expanded at low amplitudes of the input harmonic signal without increasing the set value of the speed overshoot in the electric drive.

Применение заявляемого задатчика интенсивности в быстродействующих электроприводах постоянного тока повышает производительность производственных механизмов, в которых устанавливается электропривод. Например, в механизмах подач металлорежущих станков с ЧПУ повышается производительность труда путем улучшения динамических свойств электропривода, а именно уменьшается время переходных процессов, увеличивается величина полосы пропускания частот электропривода, особенно при малых амплитудах входного гармонического сигнала. При этом сокращается время, затрачиваемое на обработку деталей.The use of the proposed intensity generator in high-speed DC electric drives increases the productivity of production mechanisms in which the electric drive is installed. For example, in the feed mechanisms of CNC metal-cutting machines, labor productivity is increased by improving the dynamic properties of the electric drive, namely, the time of transient processes is reduced, the frequency bandwidth of the electric drive increases, especially at small amplitudes of the input harmonic signal. This reduces the time spent on processing parts.

Используемые источникиSources used

1. Авторское свидетельство № 900389.1. Copyright certificate No. 900389.

2. Авторское свидетельство SU № 1073866 А.2. Copyright certificate SU No. 1073866 A.

Claims (1)

Задатчик интенсивности для электропривода, содержащий усилитель с насыщением, дифференцирующее звено, нелинейное звено с зоной нечувствительности, релейный элемент, второе дифференцирующее звено и ключевой элемент, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третье дифференцирующее звено, второй ключевой элемент и резистор, причем вход третьего дифференцирующего звена подключен к выходу второго дифференцирующего звена, выход третьего дифференцирующего звена подключен к входу второго ключевого элемента, а выход второго ключевого элемента через резистор подключен к инвертирующему входу усилителя с насыщением, управляющий вход второго ключевого элемента подключен к выходу релейного элемента.An intensity generator for an electric drive, containing an amplifier with saturation, a differentiating link, a nonlinear link with a dead zone, a relay element, a second differentiating link and a key element, characterized in that a third differentiating element, a second key element and a resistor are additionally introduced into it, and the input of the third the differentiating link is connected to the output of the second differentiating link, the output of the third differentiating link is connected to the input of the second key element, and the output of the second key element through a resistor is connected to the inverting input of the amplifier with saturation, the control input of the second key element is connected to the output of the relay element.
RU2020132926U 2020-10-07 2020-10-07 Intensity generator for electric drive RU204338U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132926U RU204338U1 (en) 2020-10-07 2020-10-07 Intensity generator for electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132926U RU204338U1 (en) 2020-10-07 2020-10-07 Intensity generator for electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU204338U1 true RU204338U1 (en) 2021-05-21

Family

ID=76034129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020132926U RU204338U1 (en) 2020-10-07 2020-10-07 Intensity generator for electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU204338U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU900389A1 (en) * 1980-04-07 1982-01-23 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Intensity setting device for high-speed electric drive
SU1073866A2 (en) * 1982-08-17 1984-02-15 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Intensity setter for quick-action electric drive
GB2377509A (en) * 2001-03-29 2003-01-15 Ford Global Tech Inc Sensorless control system for induction motor
RU159100U1 (en) * 2015-10-27 2016-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) ELECTRIC DRIVE INTENSITY

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU900389A1 (en) * 1980-04-07 1982-01-23 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Intensity setting device for high-speed electric drive
SU1073866A2 (en) * 1982-08-17 1984-02-15 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники Intensity setter for quick-action electric drive
GB2377509A (en) * 2001-03-29 2003-01-15 Ford Global Tech Inc Sensorless control system for induction motor
RU159100U1 (en) * 2015-10-27 2016-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) ELECTRIC DRIVE INTENSITY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
GB1509089A (en) System controlling a machine tool by sensing and controlling the vibration and lateral force on a cutting tool
JPS57199004A (en) Sample value adaptive process controller
CN105269571A (en) Robot control system having stop function
RU204338U1 (en) Intensity generator for electric drive
GB1203643A (en) Improvements in or relating to electrical discharge machining
SU753373A3 (en) Control device for glow discharge installing
US20010026137A1 (en) Motor control device
GB922323A (en) Position control apparatus
SU1073866A2 (en) Intensity setter for quick-action electric drive
SU1180844A2 (en) Self-adjusting velocity control system
JP2020086485A (en) Numerical control device
Lee et al. Development of a machining monitoring and chatter suppression device
RU2011286C1 (en) Dc electric drive
CN102195546A (en) Motor driving device
SU1307526A2 (en) Electric drive with dependent parameter control
SU1163450A1 (en) D.c.drive
JPS571643A (en) Feed control equipment of machine tool
JP2000222040A (en) Abnormality detecting device for servo system
GB1330355A (en) Automatically operating on a workpiece with a cutting or forming tool
SU1087303A1 (en) Method of feeding cutting tool in machining non-rigid parts by turning
SU900389A1 (en) Intensity setting device for high-speed electric drive
SU1181106A1 (en) D.c. drive
SU954196A1 (en) Apparatus for limiting vibration in metal cutting machine
SU1649503A2 (en) Device for adaptive control of two-coordinate machine tool
SU1667008A1 (en) Device for adaptive controlling metal-cutting machine tool