RU2316886C1 - Method for controlling interconnected electric motors (variants) - Google Patents
Method for controlling interconnected electric motors (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2316886C1 RU2316886C1 RU2006114515/09A RU2006114515A RU2316886C1 RU 2316886 C1 RU2316886 C1 RU 2316886C1 RU 2006114515/09 A RU2006114515/09 A RU 2006114515/09A RU 2006114515 A RU2006114515 A RU 2006114515A RU 2316886 C1 RU2316886 C1 RU 2316886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric
- total mass
- coordinates
- depending
- formation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления реверсивными многодвигательными электроприводами с индивидуальными силовыми преобразователями и упругими механическими передачами с зазорами от электродвигателей к общей массе, применяемыми в опорно-поворотных устройствах различного назначения, металлообрабатывающих станках, механизмах металлургического производства и т.п.The invention relates to electrical engineering and can be used to control reversible multi-motor drives with individual power converters and elastic mechanical gears with gaps from electric motors to the total mass used in slewing rings for various purposes, metalworking machines, metallurgical production mechanisms, etc.
К числу основных требований, предъявляемых к указанным электроприводам, относятся высокие показатели надежности работы, а также точности и быстродействия при управлении движением общей массы.The main requirements for these drives include high reliability indicators, as well as accuracy and speed when controlling the movement of the total mass.
Известен [1, 2] способ управления двухдвигательным электроприводом с зазорами в кинематических передачах по принципам электромеханического торсиона (распора) и подчиненного регулирования координат (тока и скорости), основанный на раздельном формировании управляющих воздействий на каждый электродвигатель в зависимости от разности заданного и действительного значений скорости общей массы, применении корректирующих воздействий на электродвигатели по сумме их скоростей таким образом, что в определенном диапазоне скоростей и моментов нагрузки общей массы электродвигатели развивают моменты разного знака (направления), исключая тем самым влияние зазоров на динамику системы, а за пределами этого диапазона работают в тандеме, развивая одинаковые по величине и знаку моменты и обеспечивая тем самым максимальную перегрузочную способность объединенного электропривода.There is a known [1, 2] method of controlling a twin-engine electric drive with gaps in kinematic transmissions according to the principles of electromechanical torsion (thrust) and subordinate regulation of coordinates (current and speed), based on the separate formation of control actions on each electric motor depending on the difference between the set and actual speed values the total mass, the application of corrective actions on electric motors by the sum of their speeds in such a way that in a certain range of speeds and moments on loads of total mass, electric motors develop moments of a different sign (direction), thereby eliminating the influence of gaps on the dynamics of the system, and outside this range they work in tandem, developing moments of the same magnitude and sign and thereby ensuring maximum overload capacity of the combined electric drive.
Однако при выходе значений скорости и нагрузочного момента общей массы за пределы установленного диапазона происходит раскрытие зазоров передач, возникают колебательные процессы в электрической и механической частях электропривода, что приводит к их повышенному износу, снижению надежности системы и ухудшению качества управления движением рабочего органа. При наличии упругих звеньев в кинематических передачах ухудшения показателей качества и надежности становятся более значительными.However, when the values of speed and load moment of the total mass go beyond the specified range, the transmission gaps open, oscillatory processes occur in the electrical and mechanical parts of the electric drive, which leads to their increased wear, reduced system reliability and poor quality of the movement of the working body. In the presence of elastic links in kinematic gears, deterioration of quality and reliability indicators become more significant.
Известен также [3] способ управления двухдвигательным электроприводом по тем же принципам электромеханического распора и подчиненного регулирования тока и скорости с раздельным формированием управляющих воздействий на электродвигатели в зависимости от результата сравнения заданного и действительного значений скорости общей массы, формированием корректирующих воздействий на электродвигатели в зависимости от суммы их скоростей с той разницей, что момент одного из электродвигателей во всем диапазоне скоростей и нагрузочных моментов общей массы устанавливается меньше момента другого электродвигателя, а при нулевой скорости эти моменты оказываются равными по величине и противоположными по знаку.There is also known [3] a method of controlling a twin-motor drive according to the same principles of electromechanical expansion and subordinate regulation of current and speed with the separate formation of control actions on electric motors depending on the result of comparing the set and actual values of the speed of the total mass, the formation of corrective actions on electric motors depending on the amount their speeds with the difference that the moment of one of the electric motors in the entire range of speeds and load moments the total mass is set less than the moment of another electric motor, and at zero speed these moments are equal in magnitude and opposite in sign.
Это снижает вероятность раскрытия зазоров в различных режимах работы электропривода при использовании жестких кинематических передач и тем самым способствует повышению показателей качества и надежности, но не исключает вероятность перемещения кинематических передач через зазор при реверсе электропривода и не позволяет сохранить высокие технические показатели при наличии упругих кинематических звеньев (звеньев малой жесткости), поскольку возможности управления движением общей массы по принципу подчиненного регулирования отдельных координат электропривода оказываются при этом ограниченными.This reduces the likelihood of opening gaps in various modes of operation of the electric drive when using hard kinematic gears and thereby improves the quality and reliability indicators, but does not exclude the likelihood of kinematic gears moving through the gap when reversing the electric drive and does not allow maintaining high technical indicators in the presence of elastic kinematic links ( links of low rigidity), since the ability to control the movement of the total mass according to the principle of subordinate regulation is separate x electric coordinates are thus limited.
Наиболее близким техническим решением является [4, 5] способ управления взаимосвязанными электроприводами с упругими звеньями и зазорами в кинематических передачах от электродвигателей к общей массе по принципу электромеханического распора путем формирования противоположных по знаку основных управляющих воздействий для задания движущих моментов электроприводов в зависимости от заданной и действительной скоростей общей массы, а также суммы скоростей электродвигателей и формирования дополнительного управляющего воздействия на каждый электропривод в зависимости от тока его электродвигателя и заданного момента распора.The closest technical solution is [4, 5] a method for controlling interconnected electric drives with elastic links and gaps in kinematic transmissions from electric motors to the total mass according to the principle of electromechanical expansion by forming opposite in sign basic control actions for setting the driving moments of the electric drives depending on the given and actual speeds of the total mass, as well as the sum of the speeds of the electric motors and the formation of an additional control action on each first actuator, depending on its current motor and a predetermined torque thrust.
При таком способе управления электроприводами с жесткими связями может быть полностью исключена возможность перемещения элементов кинематических передач через зазоры, поскольку каждый электродвигатель всегда развивает момент только одного направления (знака), снижается вероятность возникновения резонансных электромеханических колебаний при наличии упругих кинематических звеньев. Этим достигается максимальное снижение износа кинематических передач и повышение надежности системы, а также обеспечиваются наиболее высокие показатели точности и быстродействия при управлении движением общего рабочего органа, благодаря исключению неблагоприятного влияния зазоров.With this method of controlling electric drives with rigid connections, the possibility of moving kinematic transmission elements through gaps can be completely eliminated, since each electric motor always develops a moment of only one direction (sign), and the likelihood of resonant electromechanical vibrations in the presence of elastic kinematic links is reduced. This achieves the maximum reduction in the wear of kinematic gears and increases the reliability of the system, as well as provides the highest accuracy and speed when controlling the movement of a common working body, due to the exclusion of the adverse effect of gaps.
Однако при снижении жесткостей кинематических передач указанные показатели качества системы существенно ухудшаются из-за недостаточных возможностей управления электроприводами со сложной механической частью по ограниченному количеству координат состояния (на основе принципа подчиненного регулирования тока и скорости).However, with a decrease in the rigidity of kinematic gears, the indicated quality indicators of the system significantly deteriorate due to insufficient control capabilities of electric drives with a complex mechanical part in a limited number of state coordinates (based on the principle of subordinate regulation of current and speed).
Технический результат заключается в повышении надежности работы электроприводов, а также точности и быстродействия управления движением общего рабочего органа при наличии упругих элементов и зазоров в кинематических передачах.The technical result consists in increasing the reliability of electric drives, as well as the accuracy and speed of controlling the movement of a common working body in the presence of elastic elements and gaps in the kinematic gears.
В первом варианте способа технический результат обеспечивается тем, что дополнительное управляющее воздействие на каждый электропривод формируют в зависимости от полного вектора состояния этого электропривода, определяемого координатами его силового преобразователя, электродвигателя и кинематической передачи, считая общую массу неподвижной, а основные управляющие воздействия формируют в зависимости от суммы значений одноименных координат полных векторов состояния электроприводов и от координат общей массы, причем темп формирования дополнительных управляющих воздействий задают единым и устанавливают выше темпа формирования основных управляющих воздействий.In the first variant of the method, the technical result is ensured by the fact that an additional control action on each electric drive is formed depending on the complete state vector of this electric drive, determined by the coordinates of its power converter, electric motor and kinematic transmission, considering the total mass as stationary, and the main control actions form depending on the sum of the values of the coordinates of the same name of the full state vectors of the electric drives and the coordinates of the total mass, and the rate of formation The lines of additional control actions are set unified and set higher than the rate of formation of the main control actions.
Указанные признаки являются отличительными от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна».These signs are distinctive from the prototype, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."
При таком управлении движущий электропривод, обеспечивающий заданное направление вращения общей массы, работает в режиме высокодинамичного источника скорости, а тормозящий - в режиме еще более динамичного источника тормозного момента распора. При смене направления вращения общей массы функции электроприводов также меняются, но направления создаваемых ими моментов, воздействующих на общую массу, остаются постоянными. Формирование основных управляющих воздействий с использованием значений координат полных векторов состояния электроприводов и координат общей массы позволяет обеспечить высокое качество управления рабочим органом, несмотря на влияние упругостей кинематических передач и повышенную сложность механической части, при условии компенсации влияния зазора с темпом, существенно превышающим темп процессов управления рабочим органом. Такая компенсация обеспечивается высокой динамикой создания тормозного момента распора, благодаря формированию дополнительного управляющего воздействия на тормозящий электропривод по полному вектору его состояния, несмотря на влияние упругостей кинематической передачи, причем с темпом, превышающим темп управления общей массой со стороны движущего электропривода. Суммирование значений одноименных координат электроприводов при формировании разнополярных основных управляющих воздействий позволяет реализовать логику «ИЛИ», т.е. логику управления по координатам состояния одного или другого электропривода, являющегося в данный момент времени движущим. Задание единого темпа формирования дополнительных управляющих воздействий позволяет однозначно учесть его при формировании основных управляющих воздействий и тем самым сохранить необходимое качество управления рабочим органом при смене направления вращения.With this control, the driving electric drive, providing a given direction of rotation of the total mass, works in the highly dynamic source of speed, and the braking one in the mode of an even more dynamic source of braking torque. When changing the direction of rotation of the total mass, the functions of the electric drives also change, but the directions of the moments created by them, affecting the total mass, remain constant. The formation of the main control actions using the values of the coordinates of the full state vectors of the electric drives and the coordinates of the total mass allows us to ensure high quality control of the working body, despite the influence of the elasticities of the kinematic gears and increased complexity of the mechanical part, provided that the influence of the gap is compensated with a pace significantly exceeding the pace of the control body. Such compensation is ensured by the high dynamics of creating the braking torque of the thrust due to the formation of an additional control action on the braking electric drive along the full vector of its state, despite the influence of the kinematic transmission elasticities, moreover, with a rate exceeding the rate of control of the total mass from the side of the moving electric drive. The summation of the values of the coordinates of the same name of the electric drives during the formation of bipolar main control actions allows you to implement the logic "OR", ie control logic according to the coordinates of the state of one or another electric drive, which is currently moving. Setting a single pace of formation of additional control actions allows you to unambiguously take it into account when forming the main control actions and thereby maintain the necessary quality of control of the working body when changing the direction of rotation.
Такой способ управления позволяет не только обеспечить высокие показатели точности, быстродействия и надежности при движении рабочего органа в заданных направлениях, но позволяет также сохранить эти показатели непосредственно в режимах реверса, т.е. в процессах смены направления вращения общей массы, поскольку и в этих режимах темп формирования тормозящего момента сохраняется опережающим, влияние зазоров передач оказывается своевременно скомпенсированным, а неблагоприятное влияние упругих звеньев обоих электроприводов на динамику системы устраняется путем организации соответствующих управляющих воздействий по векторам состояний электроприводов.This control method allows not only to provide high accuracy, speed and reliability when the working body moves in predetermined directions, but also allows you to save these indicators directly in reverse modes, i.e. in processes of changing the direction of rotation of the total mass, since even in these modes the rate of formation of the braking moment is kept ahead of the curve, the influence of the transmission clearances is timely compensated, and the adverse effect of the elastic links of both electric drives on the dynamics of the system is eliminated by organizing the corresponding control actions according to the state vectors of the electric drives.
Недостатком данного способа является снижение показателей качества при управлении электроприводами с большим различием параметров. Кроме того, предложенный способ не позволяет обеспечить астатическую (с нулевой ошибкой) стабилизацию тормозного момента электропривода, поскольку использование интегральной составляющей момента при формировании дополнительного управляющего воздействия потребует корректировки обратной связи по скорости общей массы при формировании основных управляющих воздействий, чем нарушит логику изменения функций электроприводов (движущий-тормозящий) при смене направления вращения общей массы. Применение статического принципа регулирования тормозного момента приводит к его вариациям при изменениях скорости электропривода, требует завышения значений момента распора, что в определенной мере снижает энергетические показатели системы.The disadvantage of this method is the reduction in quality indicators when controlling electric drives with a large difference in parameters. In addition, the proposed method does not provide astatic (with zero error) stabilization of the braking torque of the electric drive, since the use of the integral component of the moment during the formation of an additional control action will require adjustment of feedback on the speed of the total mass during the formation of the main control actions, thereby violating the logic of changing the functions of the electric drives ( moving-braking) when changing the direction of rotation of the total mass. The application of the static principle of regulation of the braking torque leads to its variations with changes in the speed of the electric drive, requires an overestimation of the moment of pressure, which to some extent reduces the energy performance of the system.
Этих недостатков лишен второй вариант способа, в котором технический результат достигается тем, что дополнительное управляющее воздействие на каждый электропривод формируют в зависимости от значений координат полного вектора состояния этого электропривода, а также интегральной составляющей момента упругости его кинематической передачи, считая общую массу неподвижной, а основные управляющие воздействия формируют в зависимости от суммы значений моментов упругости кинематических передач и от координат общей массы, причем темпы формирования дополнительных управляющих воздействий устанавливают выше темпа формирования основных управляющих воздействий.The second variant of the method is deprived of these drawbacks, in which the technical result is achieved in that an additional control action on each electric drive is formed depending on the coordinates of the full state vector of this electric drive, as well as the integral component of the elastic moment of its kinematic transmission, considering the total mass as stationary, and the main control actions form depending on the sum of the values of the moments of elasticity of the kinematic gears and on the coordinates of the total mass, and the rate of formation rations of additional control actions are set higher than the rate of formation of the main control actions.
Указанные признаки являются отличительными от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна».These signs are distinctive from the prototype, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."
В этом случае использование интегральной составляющей момента упругости кинематической передачи при формировании дополнительного управляющего воздействия на каждый электропривод позволяет обеспечить астатическую стабилизацию момента распора при любом уровне скорости общей массы и снизить потери энергии. Достижение технического результата в условиях отсутствия информации о значениях координат силовых преобразователей и электродвигателей при формировании основных управляющих воздействий, а также в условиях различий параметров электроприводов обеспечивается более значительным повышением темпа формирования дополнительных управляющих воздействий, а также сохранением обратных связей по сумме моментов упругости кинематических передач и координатам общей массы.In this case, the use of the integral component of the moment of elasticity of the kinematic transmission during the formation of an additional control action on each electric drive allows the astatic stabilization of the thrust moment at any level of the total mass velocity and the reduction of energy loss. The achievement of the technical result in the absence of information on the coordinate values of power converters and electric motors during the formation of the main control actions, as well as in the conditions of differences in the parameters of the electric drives, provides a more significant increase in the rate of formation of additional control actions, as well as maintaining feedback on the sum of the elastic moments of the kinematic gears and coordinates total mass.
Недостаток второго варианта способа состоит в том, что более значительное повышение темпа формирования дополнительных управляющих воздействий, необходимое для достижения того же технического результата, что и в первом варианте, а также для компенсации различий параметров электроприводов требует соответствующего увеличения установленной мощности силовых элементов электроприводов и приводит к повышению их стоимости.The disadvantage of the second variant of the method is that a more significant increase in the rate of formation of additional control actions necessary to achieve the same technical result as in the first embodiment, as well as to compensate for differences in the parameters of the electric drives, requires a corresponding increase in the installed power of the power elements of the electric drives and leads to increase their value.
Этого недостатка лишен третий вариант способа, в котором технический результат достигается тем, что дополнительное управляющее воздействие на каждый электропривод формируют в зависимости от полного вектора состояния этого электропривода, определяемого координатами его силового преобразователя, электродвигателя и кинематической передачи, считая общую массу неподвижной, а основное управляющее воздействие формируют на каждый электропривод в зависимости от значений координат полного вектора состояния этого электропривода и от координат общей массы, причем темпы формирования дополнительных управляющих воздействий устанавливают выше темпов формирования основных управляющих воздействий.The third variant of the method is deprived of this drawback, in which the technical result is achieved in that an additional control action on each electric drive is formed depending on the complete state vector of this electric drive, determined by the coordinates of its power converter, electric motor and kinematic transmission, considering the total mass to be fixed, and the main control the effect is formed on each electric drive depending on the coordinate values of the full state vector of this electric drive and on the coordinate tension total mass, the rate of formation of additional control actions is set higher than the rate of formation of the main control influences.
Указанные признаки являются отличительными от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна».These signs are distinctive from the prototype, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."
Раздельное формирование основных управляющих воздействий на электроприводы в зависимости от их собственных координат состояния позволяет обеспечить достижение технического результата при значительном различии параметров электроприводов. При этом темпы формирования дополнительных управляющих воздействий также могут быть различными. Однако так же, как и в первом варианте способа, здесь исключается астатическая стабилизация момента распора, и, кроме того, более сложной оказывается техническая реализация решения.Separate formation of the main control actions on the electric drives depending on their own state coordinates allows to achieve a technical result with a significant difference in the parameters of the electric drives. Moreover, the rate of formation of additional control actions can also be different. However, in the same way as in the first version of the method, astatic stabilization of the thrust moment is excluded here, and, in addition, the technical implementation of the solution is more complicated.
Таким образом, объединение трех технических решений в одну заявку обусловлено тем, что все способы относятся к объектам одного вида, имеют одинаковое назначение и обеспечивают достижение одного и того же технического результата при некоторых различиях дополнительных факторов.Thus, the combination of three technical solutions in one application is due to the fact that all methods relate to objects of the same type, have the same purpose and ensure the achievement of the same technical result with some differences of additional factors.
Формирование управляющего воздействия на ведущий электропривод многодвигательной системы в зависимости от полного вектора состояния этого электропривода и общей массы и формирование опережающего по темпу управляющего воздействия на ведомый электропривод такой системы с использованием информации о полном векторе его состояния при условной неподвижности общей массы, является известным техническим решением [6].The formation of the control action on the leading electric drive of a multi-engine system depending on the complete state vector of this electric drive and the total mass and the formation of a control action faster on the slave electric drive of such a system using information on the full vector of its state with the conditional immobility of the total mass is a known technical solution [ 6].
Однако известный способ решает задачу повышения качества управления движением общей массы за счет точной динамической синхронизации электроприводов по всем координатам их состояния в условиях отсутствия зазоров кинематических передач. При этом оба электропривода всегда являются движущими. Управление ведомым электроприводом осуществляют не по самим координатам вектора его состояния, а по разности значений одноименных координат ведущего и ведомого электроприводов.However, the known method solves the problem of improving the quality of motion control of the total mass due to the accurate dynamic synchronization of electric drives in all coordinates of their state in the absence of gaps of kinematic gears. In this case, both electric drives are always driving. The control of the driven electric drive is carried out not by the coordinates of its state vector, but by the difference in the values of the coordinates of the same name of the leading and the driven electric drives.
Непосредственное применение этого способа для высокодинамичного формирования распора путем назначения электроприводам принципиально различных функций движущего и тормозящего каналов (т.е. фактической рассинхронизации электроприводов по координатам состояния) и повышение на этой основе качества и надежности управления движением общей массы в условиях влияния зазоров упругих кинематических передач оказывается невозможным.The direct application of this method for highly dynamic spreading by assigning to the drives fundamentally different functions of the driving and braking channels (i.e., the actual desynchronization of the drives according to the state coordinates) and improving on this basis the quality and reliability of controlling the movement of the total mass under the influence of elastic kinematic transmission gaps is impossible.
В заявленных технических решениях более высокий темп формирования дополнительного управляющего воздействия тормозящего электропривода при условной неподвижности общей массы обеспечивает не его синхронизацию с движущим электроприводом по всем координатам состояния, а высокодинамичное формирование тормозного момента распора и упреждающую выборку (компенсацию) зазоров обеих кинематических передач. Только после этого становится возможным обеспечить высокое качество и надежность управления движением общей массы со стороны движущего электропривода при использовании информации о полном векторе состояния этого электропривода и общей массы.In the claimed technical solutions, a higher rate of formation of an additional control action of the braking electric drive with conditional immobility of the total mass does not ensure its synchronization with the moving electric drive in all state coordinates, but the highly dynamic formation of the braking torque of the thrust and the anticipatory selection (compensation) of the gaps of both kinematic gears. Only after this it becomes possible to ensure high quality and reliability of controlling the movement of the total mass from the side of the moving electric drive when using information about the full state vector of this electric drive and the total mass.
Таким образом, только в совокупности с логикой формирования основных управляющих воздействий на движущий и тормозящий электроприводы в зависимости от результата сравнения заданной и действительной скоростей общей массы и своевременного перераспределения функций движущего и тормозящего электроприводов при изменениях направления движения рабочего органа обеспечивается достижение искомого технического результата.Thus, only in conjunction with the logic of the formation of the main control actions on the driving and braking electric drives, depending on the result of comparing the set and actual speeds of the total mass and timely redistribution of functions of the moving and braking electric drives when the direction of movement of the working body changes, the desired technical result is achieved.
Применение интегральных составляющих в законах управления различными координатами состояния объектов для повышения точности в статике и динамике является известным решением, широко применяемым в различных областях техники. Однако специфика его применения во втором варианте способа состоит в том, что повышение точности стабилизации момента распора не приводит к ухудшению динамических показателей управления движением общей массы при смене направления вращения, благодаря предложенным процедурам формирования основных управляющих воздействий на взаимосвязанные электроприводы.The use of integral components in the laws of control of various coordinates of the state of objects to increase accuracy in statics and dynamics is a well-known solution widely used in various fields of technology. However, the specifics of its application in the second variant of the method is that increasing the stabilization accuracy of the thrust moment does not lead to a deterioration in the dynamic indicators of controlling the movement of the total mass when changing the direction of rotation, due to the proposed procedures for the formation of the main control actions on interconnected electric drives.
Другие известные решения с признаками, сходными с отличительными от прототипа признаками изобретения, не обнаружены.Other well-known solutions with features similar to those distinguishing from the prototype features of the invention were not found.
Вышеизложенное дает основание сделать вывод о соответствии заявленного способа во всех трех его вариантах критерию «существенные отличия» и подтверждает изобретательский уровень технического решения.The above gives reason to conclude that the claimed method in all three variants meets the criterion of "significant differences" and confirms the inventive step of the technical solution.
На фиг.1, 2, 3 представлены функциональные схемы систем управления взаимосвязанными электроприводами постоянного тока, реализующие соответственно первый, второй и третий варианты заявленного способа. На фиг.4 и 5 приведены диаграммы изменений основных координат состояния электроприводов при пуске, реверсе и останове без момента нагрузки общей массы для системы, реализующей первый вариант заявленного способа, а на фиг.6 и 7 - аналогичные диаграммы для систем, реализующих соответственно второй и третий варианты заявленного способа. При этом графики на фиг.4 соответствуют случаю использования одинаковых электроприводов, а графики на фиг.5, 6 и 7 - случаю использования электроприводов с различными параметрами: момент инерции электродвигателя первого электропривода в 4 раза больше, чем момент инерции электродвигателя второго электропривода; в механической передаче от первого электропривода к общей массе коэффициент жесткости в 7 раз больше и зазор в 2 раза больше, чем в кинематической цепи соединения второго электропривода с общей массой.Figure 1, 2, 3 presents the functional diagrams of control systems for interconnected DC electric drives that implement the first, second and third variants of the claimed method, respectively. Figures 4 and 5 show diagrams of changes in the main coordinates of the state of electric drives during start-up, reverse, and shutdown without loading the total mass for a system that implements the first variant of the claimed method, and Figures 6 and 7 show similar diagrams for systems that implement the second and third options of the claimed method. Moreover, the graphs in Fig. 4 correspond to the case of using the same electric drives, and the graphs in Figs. 5, 6 and 7 correspond to the case of using electric drives with various parameters: the moment of inertia of the electric motor of the first electric drive is 4 times greater than the moment of inertia of the electric motor of the second electric drive; in mechanical transmission from the first electric drive to the total mass, the stiffness coefficient is 7 times larger and the gap is 2 times larger than in the kinematic chain of the connection of the second electric drive with the total mass.
На графических изображениях приняты следующие обозначения координат электроприводов: U1, I1, ω1 и M1 - напряжение, ток, угловая скорость электродвигателя и момент упругости кинематической передачи первого электропривода; U2, I2, ω2 и М2 - напряжение, ток, угловая скорость электродвигателя и момент упругости кинематической передачи второго электропривода; ω3, ω и Mc - заданное, действительное значения скорости и момент нагрузки общей массы, Мр - момент распора.The following notation of the coordinates of the electric drives is adopted on the graphic images: U 1 , I 1 , ω 1 and M 1 — voltage, current, angular speed of the electric motor and the moment of elasticity of the kinematic transmission of the first electric drive; U 2 , I 2 , ω 2 and M 2 - voltage, current, angular velocity of the electric motor and the moment of elasticity of the kinematic transmission of the second electric drive; ω 3 , ω and M c - the set, the actual value of the speed and load moment of the total mass, M p - moment of thrust.
На фиг.1, 2, 3 электродвигатели 1, 2 первого и второго электроприводов связаны через соответствующие упругие кинематические передачи 3, 4, содержащие зазоры, с общей массой (общим рабочим органом) 5.In figure 1, 2, 3, the
Силовая цепь электродвигателя 1 с датчиком 6 тока подключена к выходу силового преобразователя 7, напряжение которого измеряется датчиком 8 напряжения, а силовая цепь электродвигателя 2 со своим датчиком 9 тока соединена с выходом силового преобразователя 10, напряжение которого контролируется датчиком 11 напряжения.The power circuit of the
Датчики 12, 13 скорости установлены на валах соответствующих электродвигателей 1, 2, а датчики 14, 15 момента - на соответствующих кинематических передачах 3, 4.The
При этом элементы 1, 3, 7 составляют первый электропривод, а элементы 2, 4, 10 - второй электропривод.In this case,
Датчик скорости 16 установлен на валу общей массы 5.The
Силовой преобразователь 7 первого электропривода подсоединен своим входом через сумматор 17 к катоду диода 18 и к выходу модального регулятора 19 момента, неинвертирующий вход которого связан с задатчиком 20 положительного момента распора, а соответствующие инвертирующие входы раздельно связаны с датчиком 8 напряжения, датчиком 6 тока, датчиком 12 скорости и датчиком 14 момента.The
Силовой преобразователь 10 второго электропривода подключен своим входом через сумматор 21 к аноду диода 22 и к выходу модального регулятора 23 момента, неинвертирующий вход которого связан с задатчиком 24 отрицательного момента распора, а соответствующие инвертирующие входы раздельно связаны с датчиком 11 напряжения, датчиком 9 тока, датчиком 13 скорости и датчиком 15 момента.The
При этом на катоде диода 18 и аноде диода 22 формируются основные управляющие воздействия для задания движущих моментов соответственно первому и второму электроприводам, а на выходах модальных регуляторов 19 и 23 - дополнительные управляющие воздействия соответственно первому и второму электроприводам.At the same time, the main control actions are formed on the cathode of the
На фиг.1 модальный регулятор 25 скорости подключен своим неинвертирующим входом к задатчику 26 скорости, одним из инвертирующих входов - к выходу датчика 16 скорости общей массы, а другими инвертирующими входами через посредство сумматоров 27, 28, 29 и 30 раздельно связан с выходами одноименных датчиков 8, 11 напряжения, датчиков 6, 9 тока, датчиков 12, 13 скорости и датчиков 14, 15 момента обоих электроприводов. Выход модального регулятора 25 скорости подключен к аноду диода 18 и катоду диода 22.In figure 1, the
На фиг.2 модальный регулятор 25 скорости подключен своим неинвертирующим входом к задатчику 26 скорости, одним из инвертирующих входов - к выходу датчика 16 скорости общей массы, а другим инвертирующим входом через посредство сумматора 30 связан с выходами датчиков 14, 15 момента обеих кинематических передач. Выход модального регулятора 25 скорости подключен к аноду диода 18 и катоду диода 22. Дополнительный инвертирующий вход модального регулятора 19 момента соединен с выходом первого интегратора 31, своим входом связанного с выходом датчика 14 момента, а дополнительный инвертирующий вход модального регулятора 23 момента подключен к выходу второго интегратора 32, своим входом подключенного к выходу датчика 15 момента.In figure 2, the
На фиг.3 задатчик 26 скорости подключен к входу первого модального регулятора 33 скорости и входу второго модального регулятора 34 скорости, у каждого из которых один из инвертирующих входов связан с выходом датчика 16 скорости общей массы. Остальные инвертирующие входы первого модального регулятора 33 скорости раздельно подключены к соответствующим выходам датчиков 8 напряжения, 6 тока, 12 скорости и 14 момента, а его выход соединен с анодом диода 18. Оставшиеся инвертирующие входы второго модального регулятора 34 скорости раздельно подключены к соответствующим выходам датчиков 11 напряжения, 9 тока, 13 скорости и 15 момента, а его выход соединен с катодом диода 22.In figure 3, the
Все модальные регуляторы и сумматоры могут быть выполнены на базе суммирующих операционных усилителей или реализованы как усилители-сумматоры на элементах цифровой техники. В качестве задатчиков скорости и момента могут использоваться регулируемые источники напряжения, а в качестве интеграторов - операционные усилители в режиме интегрирования или блоки цифрового интегрирования. В качестве датчиков координат электроприводов и общей массы могут использоваться соответствующие измерительные устройства любого типа.All modal controllers and combiners can be made on the basis of summing operational amplifiers or implemented as combiner-amplifiers based on elements of digital technology. Adjustable voltage sources can be used as speed and torque adjusters, and operational amplifiers in integration mode or digital integration blocks can be used as integrators. Corresponding measuring devices of any type can be used as sensors for the coordinates of electric drives and the total mass.
Представленная на фиг.1 система, реализующая первый вариант заявленного способа управления, работает следующим образом.Presented in figure 1, a system that implements the first version of the claimed control method operates as follows.
Параметры каждого из модальных регуляторов 19, 23 момента, формирующих дополнительные управляющие воздействия на первый и второй электроприводы, настраиваются так, чтобы обеспечить заданное распределение корней характеристического уравнения каждого электропривода, полученного при условии отсутствия движения общей массы. Это распределение корней должно обеспечить более быструю (в несколько раз) динамику процессов формирования моментов распора по сравнению с динамикой управления скоростью общей массы и при любом ее движении гарантировать надежную компенсацию влияния зазоров за счет стабилизации значений тормозных моментов на уровнях, определяемых задатчиками 20 и 24, несмотря на присутствие упругих звеньев в кинематических передачах.The parameters of each of the
Параметры общего модального регулятора 25 скорости рассчитываются так, чтобы обеспечить заданное распределение корней характеристического уравнения системы, состоящей из одного электропривода с присоединенной общей массой. Это распределение корней должно обеспечивать требуемую техническим заданием динамику управления движением рабочего органа со стороны движущего электропривода. После этого расчетные параметры, определяющие силу обратных связей по всем координатам состояния электропривода, корректируются с учетом параметров (коэффициентов усиления) обратных связей, уже введенных по этим координатам на входы модальных регуляторов момента. Для более точной коррекции параметров единого регулятора скорости темпы формирования дополнительных управляющих воздействий на электроприводы со стороны регуляторов момента должны задаваться одинаковыми. В итоге совокупное действие модальных регуляторов скорости и момента обеспечивает высокие показатели точности и быстродействия при управлении движением общей массы в соответствии с задаваемыми блоком 26 уровнями ее скорости, несмотря на присутствие зазоров и упругостей в кинематических передачах.The parameters of the general
При изменениях блоком 26 заданного уровня или направления скорости общей массы, а также под воздействием внешних возмущений может изменяться знак выходного сигнала регулятора 25. При этом разделительные диоды 18, 22 формируют основное управляющее воздействие соответствующего знака только на тот электропривод, который в данный момент должен быть движущим. Сумматоры 27-30 обеспечивают одновременное поступление на входы модального регулятора 25 скорости сигналов обратных связей по координатам состояния обоих электроприводов, что исключает задержки времени при смене функций электроприводов (движущий-тормозящий) и при наличии разделительных диодов 18, 22, не допускающих одновременной работы электроприводов в движущем режиме, сохраняет высокие динамические показатели системы при реверсе.When the
При работе взаимосвязанных электроприводов во всех режимах, включая режим задания нулевой скорости общей массы, модальными регуляторами 19, 23 обеспечивается высокое качество стабилизации моментов распора, благодаря чему исключается раскрытие зазоров кинематических передач, повышается их износостойкость и надежность работы.When interconnected electric drives are operating in all modes, including the mode of setting the zero speed of the total mass, the
Приведенные на фиг.4 графики изменений координат электроприводов в различных переходных режимах подтверждают достижение технического результата в системе, реализующий первый вариант заявленного способа управления электроприводами с одинаковыми параметрами. Однако, как показывают графики на фиг.5, показатели качества управления в данной системе существенно ухудшаются при значительных различиях параметров первого и второго электроприводов, поскольку общий регулятор скорости может настраивается только на параметры одного из электроприводов. Кроме того, как показывают графики на фиг.4, в этой системе не удается исключить вариаций моментов распора при изменениях уровня скорости общей массы, что приводит к определенному повышению расхода электроэнергии при работе в верхней части скоростного диапазона.Shown in figure 4 graphs of changes in the coordinates of the electric drives in various transient conditions confirm the achievement of the technical result in the system that implements the first version of the claimed method of controlling electric drives with the same parameters. However, as the graphs in Fig. 5 show, the control quality indicators in this system significantly deteriorate with significant differences in the parameters of the first and second electric drives, since the general speed controller can only be adjusted to the parameters of one of the electric drives. In addition, as the graphs in Fig. 4 show, in this system it is not possible to exclude variations in the pressure of the moment when the speed level of the total mass changes, which leads to a certain increase in power consumption when working in the upper part of the speed range.
Представленная на фиг.2 система, реализующая второй вариант заявленного способа управления, работает следующим образом.Presented in figure 2, the system that implements the second version of the claimed control method, operates as follows.
Работа модальных регуляторов 19, 23 момента здесь строится аналогично первому варианту системы (фиг.1) с той разницей, что на дополнительный инвертирующий вход каждого регулятора подается интегральная составляющая момента упругости кинематической передачи соответственно первого и второго электроприводов, а при расчете параметров регуляторов темп формирования дополнительных управляющих воздействий задают более высоким. Как иллюстрируют графики на фиг.6, это позволяет исключить вариации моментов распора при изменениях скоростных режимов движения общей массы.The work of
Работа модального регулятора 25 скорости здесь также осуществляется аналогично первому варианту системы (фиг.1). Отличие состоит в том, что здесь на него не заводятся обратные связи по суммам напряжений, токов и скоростей электродвигателей, а сохранение высоких показателей точности и быстродействия управления движением общей массы обеспечивается усилением обратных связей, вводимых по этим координатам электроприводов модальными регуляторами 19, 23 момента.The work of the
Кроме того, в данной системе удается компенсировать различия электромеханических параметров первого и второго электроприводов, благодаря независимой настройке их модальных регуляторов момента и общего модального регулятора скорости.In addition, in this system, it is possible to compensate for the differences in the electromechanical parameters of the first and second electric drives, thanks to the independent adjustment of their modal moment controllers and the general modal speed controller.
Достижение технического результата при управлении электроприводами с существенно различающимися параметрами иллюстрируют графики на фиг.6, однако необходимость обеспечения дополнительных форсировок при управлении моментами требует соответствующего повышения установленной мощности и стоимости электроприводов.The achievement of the technical result in the control of electric drives with significantly different parameters is illustrated in the graphs in Fig. 6, however, the need to provide additional boosts when controlling moments requires a corresponding increase in the installed capacity and cost of electric drives.
Представленная на фиг.3 система, реализующая третий вариант заявленного способа управления, работает следующим образом.Presented in figure 3, a system that implements the third version of the claimed control method operates as follows.
Формирование дополнительных управляющих воздействий на электроприводы модальными регуляторами 19, 23 момента осуществляется здесь аналогично тому, как это происходит в системе на фиг.1, реализующей первый вариант способа. Отличие состоит в том, что темпы формирования дополнительных управляющих воздействий могут быть неодинаковыми.The formation of additional control actions on the electric drives by
Другим отличием системы является то, что формирование основных управляющих воздействий осуществляется не одним, а двумя модальными регуляторами 33, 34 скорости. При этом на регулятор 33 поступают обратные связи по координатам состояния первого электропривода, а на регулятор 34 - обратные связи по координатам состояния второго электропривода. Расчетные параметры модальных регуляторов 33, 34 должны быть скорректированы с учетом параметров обратных связей, уже введенных соответствующими модальными регуляторами 19, 23 момента.Another difference of the system is that the formation of the main control actions is carried out not by one, but by two
Сигналы заданной и действительной скоростей общей массы подаются на оба регулятора скорости, которые работают независимо, обеспечивая близкие темпы формирования основных управляющих воздействий, но разделительные диоды 18, 22 разрешают прохождение только положительных значений управления на первый и отрицательных значений - на второй электроприводы в соответствии с принятой логикой работы электромеханического торсиона (распора).Signals of a given and actual speeds of the total mass are fed to both speed controllers, which operate independently, providing close rates of formation of the main control actions, but
Такое решение позволяет обеспечить заданный темп и качество управления движением общей массы со стороны каждого электропривода, несмотря на различие их параметров, и, как свидетельствуют графики на фиг.7, достичь искомого технического результата. Тем не менее, реализовать астатическую стабилизацию моментов распора при изменениях скорости общей массы, как и в первом варианте системы (фиг.1), здесь не удается, что вызывает повышенный расход энергии при работе электроприводов.This solution allows you to provide a given pace and quality control the movement of the total mass from the side of each electric drive, despite the difference in their parameters, and, as shown by the graphs in Fig.7, to achieve the desired technical result. Nevertheless, it is not possible to realize the astatic stabilization of torques during changes in the speed of the total mass, as in the first version of the system (Fig. 1), which causes an increased energy consumption during operation of electric drives.
Таким образом, каждый из предложенных вариантов заявленного способа обеспечивает достижение технического результата при определенных различиях дополнительных факторов, которые должны быть проанализированы и учтены перед окончательным выбором оптимального решения.Thus, each of the proposed variants of the claimed method ensures the achievement of a technical result with certain differences of additional factors that must be analyzed and taken into account before the final choice of the optimal solution.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР № 864477, кл. H 05 P 5/46, 1981.1. USSR copyright certificate No. 864477, cl. H 05
2. Авторское свидетельство СССР № 1075360, кл. H 05 P 5/46, 1984.2. USSR author's certificate No. 1075360, cl. H 05
3. Авторское свидетельство СССР № 1115191, кл. H 05 P 5/46, B 23 Q 15/00, 1984.3. Copyright certificate of the USSR No. 1115191, cl. H 05
4. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1982, с.226-230.4. Basharin A.V., Novikov V.A., Sokolovsky G.G. Electric drive control. L .: Energy Publishing House, Leningrad Branch, 1982, p.226-230.
5. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005, с.252-254.5. Terekhov V.M., Osipov O.I. Electric drive control systems. M.: Academy, 2005, p. 252-254.
6. Авторское свидетельство СССР № 1767692, кл. H 02 P 7/68, 1992.6. Copyright certificate of the USSR No. 1767692, cl. H 02
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114515/09A RU2316886C1 (en) | 2006-04-27 | 2006-04-27 | Method for controlling interconnected electric motors (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114515/09A RU2316886C1 (en) | 2006-04-27 | 2006-04-27 | Method for controlling interconnected electric motors (variants) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2316886C1 true RU2316886C1 (en) | 2008-02-10 |
Family
ID=39266399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006114515/09A RU2316886C1 (en) | 2006-04-27 | 2006-04-27 | Method for controlling interconnected electric motors (variants) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2316886C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655723C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-05-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of the interconnected electric drives coordinates adjustment |
| RU2726951C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-07-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method and device for selection of backlash in kinematic transmission of support-rotary device with two interconnected electric drives |
-
2006
- 2006-04-27 RU RU2006114515/09A patent/RU2316886C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655723C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-05-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of the interconnected electric drives coordinates adjustment |
| RU2726951C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-07-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method and device for selection of backlash in kinematic transmission of support-rotary device with two interconnected electric drives |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2326488C1 (en) | Multimotor frequency regulated electric drive | |
| US9317028B2 (en) | Electric motor control device | |
| CN110034707B (en) | Torque ripple suppression method for low-speed direct-drive permanent magnet motor servo system | |
| JP2010271854A (en) | Servo control apparatus that performs dual-position feedback control | |
| CN107294429B (en) | Multiple motor drive Servocontrol devices | |
| RU2316886C1 (en) | Method for controlling interconnected electric motors (variants) | |
| JPS615302A (en) | Controller of manipulator | |
| US11340578B2 (en) | Machine control system, machine controller, and vibration suppression command generation method | |
| WO1998053962A1 (en) | Robot control method and device | |
| JP2004326252A (en) | Twin synchronous control method | |
| JP2014046425A (en) | Driving device | |
| US10747194B2 (en) | Motor control device and motor control method | |
| CN102201784A (en) | Motor drive | |
| KR100752473B1 (en) | A method of regulating a rotary machine, and power supply circuit for such a machine | |
| RU2655723C1 (en) | Method of the interconnected electric drives coordinates adjustment | |
| CN114714364A (en) | Robot joint friction compensation adjusting method and robot friction compensation method | |
| JP3954818B2 (en) | Motor control device | |
| JP2006121806A (en) | Friction compensation method of motor control device, and the motor control device | |
| JP2002331477A (en) | Robot controlling method and device | |
| JP7353208B2 (en) | Inverter device and control method for inverter device | |
| CN110873839A (en) | Self-commissioning of bearingless motor drives | |
| JP7416396B2 (en) | Attitude control device | |
| CN1052754A (en) | Be connected in the operating control device of at least two Thermal Motors on the same drive shaft of alternator | |
| JP2002186270A (en) | Servo controller | |
| JP4949786B2 (en) | Electric motor control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110428 |