RU2446552C2 - Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link - Google Patents
Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446552C2 RU2446552C2 RU2010125623/07A RU2010125623A RU2446552C2 RU 2446552 C2 RU2446552 C2 RU 2446552C2 RU 2010125623/07 A RU2010125623/07 A RU 2010125623/07A RU 2010125623 A RU2010125623 A RU 2010125623A RU 2446552 C2 RU2446552 C2 RU 2446552C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- integrator
- current
- link
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к разделу управления и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного тока, соединенных с объектом управления вязкоупругими кинематическими связями.The invention relates to the control section and can be used to control the parameters of complex electromechanical systems, for example, direct current electric drives connected to the object of control of viscoelastic kinematic bonds.
Известен «Автоматизированный электропривод постоянного тока» (патент РФ №2065660, МПК Н02 P 5/06, 1996), построенный по принципу подчиненного регулирования. Устройство содержит задатчик и датчик скорости, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам регулятора скорости, выходом подключенного к суммирующему входу регулятора тока, выход которого через усилитель мощности подключен к якорной обмотке двигателя, последовательно с которой включен датчик тока, а параллельно датчик напряжения, выход которого через блок выделения модуля подключен к первому входу блока перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока. Для повышения качества регулирования в широком диапазоне изменения нагрузок и управляющих воздействий в устройство дополнительно введен блок выделения максимального по модулю значения, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно блока перемножения и датчика тока, а выход подключен к вычитающему входу регулятора тока. При наличии на валу двигателя нагрузки меньше номинальной устройство выполняет свои основные функции. Но при необходимости введения ограничения координат, например тока, превышение указанного параметра сверх допустимого значения приводит к выходу из строя электрического двигателя. Следовательно, основным недостатком устройства является отсутствие возможности ограничения тока электродвигателя. Кроме этого работоспособность устройства нарушается при использовании его для управления объектом, связанным с электродвигателем упругими связями, например валопроводом с переменным моментом инерции, имеющим переменную жесткость и кинематические погрешности.The well-known "Automated DC electric drive" (RF patent No. 2065660, IPC Н02
Известен «Электропривод постоянного тока с переменными параметрами механической части» (патент РФ №2070766, МПК Н02Р 5/06, 1996) с упругой механической связью между двигателем и механизмом с переменным моментом инерции, содержащий последовательно соединенные задатчик частоты вращения, второй регулятор частоты вращения, регулятор упругого момента, первый регулятор частоты вращения, регулятор тока, систему формирования импульсов и тиристорный силовой блок, подключенный к электродвигателю, датчик тока, датчик частоты вращения электродвигателя и механизма, первый пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход с третьим входом регулятора тока, первый дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а выход - с вторым входом регулятора тока, второй пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а выход - с третьим входом первого регулятора частоты вращения, третий пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения механизма, а выход - с третьим входом второго регулятора частоты вращения, пятый дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения механизма, а выход - с вторым входом четвертого дифференцирующего блока, второй дифференцирующий, четвертый пропорционально-дифференцирующий, причем входы второго дифференцирующего и четвертого пропорционально-дифференцирующего блоков соединены с первым входом четвертого дифференцирующего блока, а выходы второго дифференцирующего, четвертого пропорционально-дифференцирующего и четвертого дифференцирующего блоков соединены соответственно с вторым входом первого регулятора частоты вращения, с третьим входом регулятора упругого момента и с вторым входом второго регулятора частоты вращения, третий дифференцирующий блок, выход которого соединен с вторым входом регулятора упругого момента, отличающийся тем, что в него введены датчик упругого момента и шестой дифференцирующий блок, первый и второй входы датчика упругого момента соединены с выходами соответственно датчика частоты вращения электродвигателя и датчика тока, а выход - с входом второго дифференцирующего блока, выход шестого дифференцирующего блока соединен с первым входом третьего дифференцирующего блока, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя. Когда нагрузка на валу электродвигателя не превышает номинальной устройство выполняет возложенные на него функции, но не обладает способностью токоограничения, что снижает его эксплуатационные возможности. Кроме этого при реализации требуется достаточно сложный датчик упругого момента.The well-known "DC drive with variable parameters of the mechanical part" (RF patent No. 2070766, IPC Н02Р 5/06, 1996) with an elastic mechanical connection between the engine and the mechanism with a variable moment of inertia, containing a rotational speed controller, a second speed controller, elastic moment regulator, first speed controller, current controller, pulse generation system and thyristor power unit connected to an electric motor, current sensor, electric motor speed sensor and a mechanism, the first proportional-differentiating unit, the input of which is connected to the output of the current sensor, and the output with the third input of the current regulator, the first differentiating unit, the input of which is connected to the output of the motor speed sensor, and the output - with the second input of the current controller, the second - a differentiating unit, the input of which is connected to the output of the engine speed sensor, and the output - with the third input of the first speed controller, the third proportionally differentiating unit, the input of which o connected to the output of the speed sensor of the mechanism, and the output to the third input of the second speed controller, the fifth differentiating unit, the input of which is connected to the output of the speed sensor of the mechanism, and the output to the second input of the fourth differentiating unit, the second differentiating, fourth proportionally differentiating, and the inputs of the second differentiating and fourth proportionally differentiating blocks are connected to the first input of the fourth differentiating block, and the outputs of the second differentiating its fourth proportional-differentiating and fourth differentiating blocks are connected respectively to the second input of the first speed controller, to the third input of the elastic moment controller and to the second input of the second speed controller, the third differentiating unit, the output of which is connected to the second input of the elastic moment controller, different the fact that an elastic moment sensor and a sixth differentiating unit are introduced into it, the first and second inputs of the elastic moment sensor are connected to the outputs corresponding continuously speed sensor and the motor current sensor and an output - to an input of the second differentiator, the output of the sixth differentiator block is connected to a first input of the third differentiator, a second input coupled to an output of the motor speed sensor. When the load on the motor shaft does not exceed the rated value, the device performs the functions assigned to it, but does not have the ability of current limitation, which reduces its operational capabilities. In addition, the implementation requires a fairly complex sensor of elastic moment.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является система управления электроприводом постоянного тока (статья Тарарыкин С.В., Тютиков В.В., Копылова Л.Г. «Формирование переходных процессов электропривода путем частотной коррекции контура токоограничения» // Вестник ИГЭУ, 2007, Вып.3), принятая за прототип. Она состоит из тиристорного преобразователя, через датчик тока соединенного с двигателем постоянного тока, который механически связан с первым датчиком скорости и через вязкоупругую передачу с исполнительным механизмом, задатчик интенсивности, выход которого подключен к неинвертирующему входу сумматора, инвертирующий вход сумматора соединен с электрическим выходом второго датчика скорости, механически соединенного с валом исполнительного механизма, выход первого сумматора через интегратор подключен к первому входу суммирующего усилителя, второй вход суммирующего усилителя через первый усилитель соединен с информационным выходом датчика тока, третий вход суммирующего усилителя через второй усилитель соединен с электрическим выходом первого датчика скорости, четвертый вход суммирующего усилителя через третий усилитель соединен со вторым датчиком скорости, выход суммирующего усилителя подключен к управляющему входу тиристорного преобразователя, а информационный выход датчика тока через нелинейный элемент контура токовой отсечки и линейный элемент контура токовой отсечки подключен к инвертирующему входу суммирующего усилителя, при этом линейный элемент контура токовой отсечки представлен последовательным соединением ПИ и ИД звеньев. Решая поставленные для него задачи в режимах «больших» отклонений координат, существенно повышая эффективность работы астатических систем, система управления имеет недостаток, связанный с тем, что техническая реализация интеграторов достаточно сложна. Это объясняется тем, что в процессе эксплуатации интегратор накапливает сигнал, что при цифровой реализации устройства может привести к необходимости запоминания им информации большого объема, а значит, и большой разрядности. Подтвердить данное утверждение можно результатами компьютерного моделирования электромеханической системы.Closest to the proposed technical solution is a DC electric drive control system (article Tararykin S.V., Tyutikov V.V., Kopylova L.G. “Formation of transient processes of an electric drive by frequency correction of the current limiting circuit” // Vestnik IGEU, 2007, Issue .3) adopted as a prototype. It consists of a thyristor converter, through a current sensor connected to a DC motor, which is mechanically connected to the first speed sensor and through a viscoelastic transmission with an actuator, an intensity adjuster, the output of which is connected to the non-inverting input of the adder, the inverting input of the adder is connected to the electrical output of the second sensor speed mechanically connected to the shaft of the actuator, the output of the first adder through an integrator is connected to the first input of the summing or amplifier, the second input of the summing amplifier through the first amplifier is connected to the information output of the current sensor, the third input of the summing amplifier through the second amplifier is connected to the electrical output of the first speed sensor, the fourth input of the summing amplifier through the third amplifier is connected to the second speed sensor, the output of the summing amplifier is connected to the control the input of the thyristor converter, and the information output of the current sensor through a nonlinear element of the current cutoff circuit and a linear element of the circuit t the shunt cutoff is connected to the inverting input of the summing amplifier, while the linear element of the current cutoff circuit is represented by the serial connection of the PI and the ID links. Solving the tasks posed for it in the regimes of "large" deviations of coordinates, significantly increasing the efficiency of astatic systems, the control system has a drawback due to the fact that the technical implementation of integrators is quite complicated. This is due to the fact that during operation, the integrator accumulates a signal, which with the digital implementation of the device can lead to the need for them to memorize large amounts of information, and hence large bit depths. This statement can be confirmed by the results of computer simulation of an electromechanical system.
Для определенности примем следующие значения параметров объекта:For definiteness, we accept the following values of the object parameters:
КСП=22 - коэффициент передачи силового преобразователя;K SP = 22 - transmission coefficient of the power converter;
ТСП=0,008 с - постоянная времени силового преобразователя;T SP = 0.008 s - time constant of the power converter;
Ra=0,177 Ом - активное сопротивление якорной цепи двигателя постоянного тока;R a = 0.177 Ohm - active resistance of the anchor circuit of a DC motor;
Та=0,02 с - постоянная времени якорной цепи двигателя;T a = 0.02 s is the time constant of the anchor chain of the engine;
С=0,976 Вб - конструктивная постоянная двигателя постоянного тока;C = 0.976 Vb - structural constant of a DC motor;
ωн=220 рад/с - номинальная скорость двигателя постоянного тока;ω n = 220 rad / s is the rated speed of the DC motor;
Iн=30 А - номинальный ток двигателя постоянного тока;I n = 30 A - rated current of a DC motor;
J1=0,11 кг·м2 - момент инерции ротора двигателя постоянного тока;J 1 = 0.11 kg · m 2 - moment of inertia of the rotor of the DC motor;
k1=0,05 - коэффициент усиления первого усилителя;k 1 = 0.05 is the gain of the first amplifier;
k2=0,9 - коэффициент усиления второго усилителя;k 2 = 0.9 - gain of the second amplifier;
k3=78,4 - коэффициент усиления третьего усилителя;k 3 = 78.4 - gain of the third amplifier;
k5=1504 - коэффициент передачи интегратора;k 5 = 1504 - transfer coefficient of the integrator;
kTO=200 - коэффициент передачи линейного элемента контура токовой отсечки;k TO = 200 - transmission coefficient of the linear element of the circuit current cutoff;
τ1=0,007 с - постоянная времени ПИ звена линейного элемента контура токовой отсечки;τ 1 = 0.007 s is the time constant of the PI link of the linear element of the current cutoff circuit;
τ2=0,01 с - постоянная времени ИД звена линейного элемента контура токовой отсечки;τ 2 = 0.01 s is the time constant of the ID of the link of the linear element of the current cutoff circuit;
J2=0,56 кг·м2 - момент инерции исполнительного механизма;J 2 = 0.56 kg · m 2 - moment of inertia of the actuator;
k4=38,3 - коэффициент усиления четвертого усилителя (в прототипе входит в состав математической модели вязкоупругой передачи);k 4 = 38.3 is the gain of the fourth amplifier (in the prototype it is part of the mathematical model of viscoelastic transmission);
C12=14 Н·м/рад - приведенный коэффициент жесткости кинематической передачи;C 12 = 14 N · m / rad - reduced coefficient of rigidity of the kinematic transmission;
b=0,22 Н·м - коэффициент внутреннего вязкого трения кинематической передачи.b = 0.22 N · m is the coefficient of internal viscous friction of the kinematic transmission.
Следует отметить, что величины коэффициентов k1, k2, k3, k4, k5 и kTO, а также постоянные времени получены путем синтеза параметров регулятора по методике, представленной в источнике-прототипе.It should be noted that the values of the coefficients k 1 , k 2 , k 3 , k 4 , k 5 and k TO , as well as time constants, were obtained by synthesizing the controller parameters according to the methodology presented in the prototype source.
Пусть требуется обеспечить время нарастания переходной характеристики системы в линейной зоне ее работы не более 0,2 с при отсутствии перерегулирования по скорости исполнительного механизма и при отсутствии статической ошибки стабилизации его скорости. Эффективное ограничение тока электродвигателя необходимо поддерживать на уровне Iдоп=63 А (двукратное увеличение по сравнению с номинальным значением тока) в режимах его перегрузки.Let it be required to provide a rise time of the transition characteristic of the system in the linear zone of its operation not more than 0.2 s in the absence of overshooting of the actuator speed and in the absence of a static error of stabilization of its speed. An effective limitation of the electric motor current must be maintained at the level I extra = 63 A (a twofold increase in comparison with the rated current value) in the modes of its overload.
Результаты проведенного компьютерного моделирования рассматриваемого технического решения приведены на фиг.1. Они представлены переходными процессами тока I, скорости вала двигателя постоянного тока Ω1, скорости вала исполнительного механизма Ω2, сигнала на выходе интегратора U1 и сигнала на выходе ПИ звена (U2) в режимах:The results of computer modeling of the considered technical solution are shown in figure 1. They are represented by transients of current I, shaft speed of the DC motor Ω 1 , shaft speed of the actuator Ω 2 , the signal at the output of the integrator U 1 and the signal at the output of the PI link (U 2 ) in the modes:
- пуска исследуемой электромеханической системы с задатчиком интенсивности первого порядка и нелинейным контуром токоограничения на скорость, равную половине номинальной при наличии номинального момента на валу исполнительного механизма (от начала координат до t=5 с);- start-up of the electromechanical system under study with a first-order intensity adjuster and a non-linear current limiting circuit at a speed equal to half the rated speed if there is a rated torque on the actuator shaft (from the origin to t = 5 s);
- последующего увеличения момента нагрузки до трехкратного номинального значения (в момент времени t=5 с);- a subsequent increase in the load moment to three times the nominal value (at time t = 5 s);
- дальнейшего уменьшения нагрузки (при t=7 с) до значения Ia=0,1·Iнoм (режим малых токов).- further reducing the load (at t = 7 s) to a value of I a = 0.1 · I nom (low current mode).
Анализ полученных результатов указывает на то, что система справляется с задачей стабилизации скорости вращения вала исполнительного механизма при различных вариантах воздействия на него момента статического сопротивления. Однако на интервале времени от t=5 с до t=8 с (наброс нагрузки и снижение ее до значения Ia=0,1·Iнoм) в системе наблюдается резкое увеличение сигнала на выходе интегратора U1, который достигает в эксперименте на математической модели величины 1,6×105 относительных единиц. На правой части оси сигнала U1 с выхода интегратора приведены те значения разрядности цифрового блока, выполняющего функцию интегратора, которые необходимы для практической реализации устройства. Анализ сигнала U1 на фиг.1 показывает, что требуемая разрядность интегратора при его цифровой реализации достигает 18. Подобное поведение системы при выходе из режима перегрузки объясняется тем, что за время работы контура токовой отсечки (интервал времени от t=5 с до t=7 с) интегратор в главном контуре управления успевает накопить значительный по величине сигнал вследствие подавления контуром токовой отсечки на этом отрезке времени работы напряжения обратной связи основного контура регулирования скорости. На фиг.1 это хорошо заметно при анализе напряжения U1. То есть в режиме перегрузки (токовая отсечка включена) снижение скорости приводит к уменьшению сигнала обратной связи, действующей на входе интегратора, и чем продолжительнее перегрузочный режим, тем большее значение выходного сигнала накапливает интегратор. Тем самым активное накопление интегратором информации происходит в период действия контура токовой отсечки, когда главная обратная связь основного контура управления становится слабой. Следует особо отметить, что такое увеличение U1 наблюдается только при одном цикле наброса и сброса нагрузки. Если же такой цикл следует за первым, сигнал на выходе интегратора еще больше возрастает, что усугубляет проблему технической реализации интегратора. И чем чаще работает контур ограничения тока, тем больший сигнал накапливает интегратор.An analysis of the results indicates that the system copes with the task of stabilizing the speed of rotation of the shaft of the actuator with various options for the impact on it of the moment of static resistance. However, in the time interval from t = 5 s to t = 8 s (load surge and decrease to I a = 0.1 · I nom ), a sharp increase in the signal at the output of the integrator U 1 is observed in the system, which reaches experimentally in mathematical models of magnitude 1.6 × 10 5 relative units. On the right side of the axis of the signal U 1 from the output of the integrator are those bit values of a digital unit that performs the function of an integrator, which are necessary for the practical implementation of the device. Analysis of the signal U 1 in Fig. 1 shows that the required integrator bit capacity during its digital implementation reaches 18. Such a behavior of the system when exiting the overload mode is explained by the fact that during the operation of the current cutoff circuit (time interval from t = 5 s to t = 7 c) the integrator in the main control loop manages to accumulate a significant signal due to the suppression of the current cutoff circuit at this time interval of the feedback voltage of the main speed control loop. In figure 1, this is clearly visible when analyzing the voltage U 1 . That is, in the overload mode (current cutoff is on), a decrease in speed leads to a decrease in the feedback signal acting at the input of the integrator, and the longer the overload mode, the greater the value of the output signal the integrator accumulates. Thus, the integrator actively accumulates information during the period of the current cutoff circuit, when the main feedback of the main control loop becomes weak. It should be specially noted that such an increase in U1 is observed only with one cycle of surge and load shedding. If such a cycle follows the first, the signal at the output of the integrator increases even more, which exacerbates the problem of the technical implementation of the integrator. And the more often the current limiting circuit works, the larger the signal is accumulated by the integrator.
Следовательно, использование технического решения, предложенного в прототипе, требует специальных мер, предотвращающих насыщение интегратора. Попытки реализовать устройство-прототип с интегратором, выполненным на операционном усилителе с ограничением выходного напряжения, не решают возникшей проблемы, поскольку уровень ограничения должен быть связан со скоростью, на которую разгоняется вал исполнительного механизма. То есть при разгоне на полную скорость величина напряжения, ограничивающего сигнал на выходе первого интегратора, должна быть одной, а при разгоне, например, на половинную скорость, ограничение должно быть скорректировано. Если же интегратор реализуется на цифровом принципе, явление накопления сигнала на выходе интегратора требует запоминания большого объема информации, что значительно усложняет схемотехнику регулятора.Therefore, the use of the technical solution proposed in the prototype requires special measures to prevent saturation of the integrator. Attempts to implement a prototype device with an integrator performed on an operational amplifier with output voltage limiting do not solve the problem, since the level of limitation must be related to the speed at which the actuator shaft accelerates. That is, during acceleration to full speed, the voltage limiting the signal at the output of the first integrator should be one, and during acceleration, for example, at half speed, the limitation should be adjusted. If the integrator is implemented on a digital principle, the phenomenon of signal accumulation at the integrator output requires storing a large amount of information, which greatly complicates the controller circuitry.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении разрядности интегратора при технической реализации устройства на цифровых элементах.The technical result of the invention is to reduce the capacity of the integrator in the technical implementation of the device on digital elements.
Такой результат достигается за счет того, что устройство, содержащее тиристорный преобразователь, через датчик тока, соединенный с двигателем постоянного тока, который механически связан с первым датчиком скорости и через кинематическую вязкоупругую передачу с исполнительным механизмом, на валу которого размещен второй датчик скорости, задатчик интенсивности, выход которого подключен к неинвертирующему входу сумматора, первый инвертирующий вход сумматора соединен с электрическим выходом второго датчика скорости, выход сумматора через интегратор подключен к первому входу суммирующего усилителя, второй вход суммирующего усилителя через первый усилитель соединен с информационным выходом датчика тока, третий вход суммирующего усилителя через второй усилитель соединен с электрическим выходом первого датчика скорости, четвертый вход суммирующего усилителя через третий усилитель подключен к выходу второго датчика скорости, информационный выход датчика тока через последовательно соединенные нелинейный элемент, интегрально-дифференциальное звено и линейный элемент соединен с инвертирующим входом суммирующего усилителя, выход которого подключен к управляющему входу тиристорного преобразователя, дополнительно имеет пропорциональное звено, выход линейного элемента соединен со входом пропорционального звена, а выход пропорционального звена подключен к второму инвертирующему входу сумматора, причем пропорциональное звено имеет передаточный коэффициент ,This result is achieved due to the fact that the device containing the thyristor converter, through a current sensor connected to a DC motor, which is mechanically connected to the first speed sensor and through a kinematic viscoelastic transmission with an actuator, on the shaft of which there is a second speed sensor, an intensity adjuster the output of which is connected to the non-inverting input of the adder, the first inverting input of the adder is connected to the electrical output of the second speed sensor, the output of the adder is Without an integrator connected to the first input of the summing amplifier, the second input of the summing amplifier through the first amplifier is connected to the information output of the current sensor, the third input of the summing amplifier through the second amplifier is connected to the electrical output of the first speed sensor, the fourth input of the summing amplifier through the third amplifier is connected to the output of the second sensor speed, information output of the current sensor through series-connected non-linear element, integral-differential link and linear element t is connected to the inverting input of the summing amplifier, the output of which is connected to the control input of the thyristor converter, additionally has a proportional link, the output of the linear element is connected to the input of the proportional link, and the output of the proportional link is connected to the second inverting input of the adder, and the proportional link has a gear ratio ,
где K5 - коэффициент усиления интегратора;where K 5 is the gain of the integrator;
τ1 - постоянная времени интегрально-дифференциального звена.τ 1 is the time constant of the integral-differential link.
На фиг.2 изображена блок-схема устройства для автоматического управления электромеханической системой, на фиг.3 приведены результаты компьютерного моделирования работы устройства, на фиг.4 представлена передаточная характеристика нелинейного элемента контура токовой отсечки.Figure 2 shows a block diagram of a device for automatic control of an electromechanical system, figure 3 shows the results of computer simulation of the device, figure 4 shows the transfer characteristic of a nonlinear element of the circuit current cutoff.
Для фиг.2 введены следующие обозначения: 1 - тиристорный преобразователь, который, получая синусоидальное входное напряжение Uc от сети, формирует регулируемое напряжение U, через датчик тока 2 поступающее на якорную обмотку двигателя постоянного тока 3 независимого возбуждения. Двигатель постоянного тока 3 механически связан с первым датчиком скорости 4 и через кинематическую вязкоупругую передачу 5 - с исполнительным механизмом 6. Исполнительный механизм оснащен вторым датчиком скорости 7. Величина скорости вращения вала двигателя постоянного тока 3 обозначена на фиг.2 как Ω1, измеряется первым датчиком скорости 4 и преобразуется им в напряжение UΩ1, пропорциональное скорости вращения двигателя постоянного тока 3. Величина скорости вращения вала исполнительного механизма 6 обозначена на фиг.2 как Ω2, измеряется вторым датчиком скорости 7 и преобразуется им в напряжение UΩ2, пропорциональное скорости вращения вала исполнительного механизма 6. Задатчик интенсивности 8, работающий под управлением входного задающего напряжения UΩ3, формирует закон изменения во времени напряжения UΩ3(t), определяющий темп его нарастания в режиме пуска и регулирования. Выход задатчика интенсивности 8 соединен с неинвертирующим входом сумматора 9, первый инвертирующий вход которого соединен с электрическим выходом второго датчика скорости 7. Сюда поступает напряжение UΩ2. Выход сумматора 9 (напряжение ΔU) через интегратор 10 (имеющий передаточную функцию , где S - комплексный оператор Лапласа) в виде напряжения U1 подключен к первому входу суммирующего усилителя 11, второй вход суммирующего усилителя 11 через первый усилитель 12 (его коэффициент усиления - K1) соединен с информационным выходом датчика тока 2, формирующим напряжение Ui, пропорциональное току якорной обмотки двигателя постоянного тока 3. При этом напряжение на выходе первого усилителя 12 обозначено на фиг.2 как U2. Третий вход суммирующего усилителя 11 через второй усилитель 13, обладающий коэффициентом усиления К2 (на фиг.2 - напряжение U3), соединен с электрическим выходом первого датчика скорости 4 (на фиг.2 - напряжение UΩ1). Четвертый вход суммирующего усилителя 11 (напряжение U4) через третий усилитель 14 с коэффициентом усиления К3 подключен к выходу второго датчика скорости 7 (на фиг.2 - напряжение UΩ2). Выход суммирующего усилителя 11 подключен к управляющему входу тиристорного преобразователя 1 в виде напряжения UУ. Кроме этого информационный выход датчика тока 2 в виде напряжения Ui через нелинейный элемент 15 контура токовой отсечки (Uнэ) и интегрально-дифференциальное звено 16 с передаточной функцией (на фиг.2 напряжение U5), а также линейный элемент 17 с коэффициентом усиления Кто (на фиг.2 U6) подключен к инвертирующему входу суммирующего усилителя 11. Передаточная характеристика нелинейного элемента 15 представлена на фиг.4 и иллюстрирует вид зависимости Uнэ от тока I (вид характеристики - «зона нечувствительности»). В свою очередь, пропорциональное звено 18, обладающее передаточным коэффициентом и получающее информацию от линейного элемента 17 в виде напряжения U6, подключено к второму инвертирующему входу сумматора 9. Напряжение на выходе пропорционального звена 18 обозначено на фиг.2 как U7.For FIG. 2, the following notation is introduced: 1 - a thyristor converter, which, receiving a sinusoidal input voltage Uc from the network, generates an adjustable voltage U, which is supplied to the armature winding of a
Назначение пропорционального звена 18 заключается в следующем. ПИ-звено в контуре токовой отсечки устройства-прототипа, имеющее передаточную функцию , можно представить в виде параллельного соединения двух звеньев - безынерционного единичного коэффициента усиления и интегратора с передаточной функцией . Воспользовавшись правилами эквивалентных структурных преобразований, можно перенести задержанную обратную связь по току, содержащую интегрирующий элемент , со входа суммирующего усилителя 11, управляющего тиристорным преобразователем 1, на вход сумматора 9, подающего сигнал на вход интегратора 10, обладающего передаточной функцией и обеспечивающего астатизм основного регулятора. При этом с учетом коэффициента усиления К5 интегратора 10 основного контура необходимо скорректировать коэффициент усиления этой перенесенной параллельной ветви контура токовой отсечки, который следует разделить на K5. Таким образом, получаем скорректированный коэффициент усиления перенесенной параллельной ветви контура токовой отсечки (передаточный коэффициент пропорционального звена 18) в виде . Безынерционный единичный коэффициент усиления (вторая параллельная ветвь ПИ-звена контура токовой отсечки) ничего не меняет в структуре контура токовой отсечки, и напряжение U6, как и ранее, приходит на инвертирующий вход суммирующего усилителя 11, управляющего тиристорным преобразователем 1.The purpose of the proportional link 18 is as follows. PI link in the current cutoff circuit of the prototype device having a transfer function , can be represented as a parallel connection of two links - inertia-free unit gain and integrator with transfer function . Using the rules of equivalent structural transformations, it is possible to transfer delayed current feedback containing an integrating element , from the input of the summing
Указанное преобразование позволяет совместить в пропорциональном звене 18 интегральные части основного регулятора и регулятора контура токоограничения. При этом сохраняются характер и качество переходных процессов по току и скоростям первой и второй масс рассматриваемой системы, и они оказываются аналогичными процессам управления в системе без выполнения дополнительных структурных изменений. Однако теперь сигнал на входе интегратора 10 в случае снижения величины UΩ2 и повышении тока якоря двигателя постоянного тока 3 сверх заданной величины не увеличивается так, как в прототипе. Это объясняется тем, что появляющееся напряжение U7, приходящее на второй инвертирующий вход сумматора 9 от пропорционального звена 18, уменьшает величину ΔU. Интегратор не накапливает сигнал на своем выходе, величина U1 на выходе интегратора ограничивается и по форме определяется сигналом со второго датчика скорости 7 исполнительного механизма 6.This transformation allows you to combine in the proportional link 18 the integral parts of the main controller and the current limiting circuit controller. At the same time, the nature and quality of transients in the current and velocities of the first and second masses of the system under consideration are preserved, and they turn out to be similar to the control processes in the system without performing additional structural changes. However, now the signal at the input of the
Устройство автоматического управления электромеханической системой с вязкоупругой кинематической связью работает следующим образом. В начальный момент пуска электропривода до скорости вращения в половину от номинальной на вход задатчика интенсивности 8 подают напряжение UΩ3, величина которого определяет интенсивность разгона двигателя постоянного тока 3 и исполнительного механизма 6. Задатчик интенсивности 8 меняет напряжение UΩ3(t) на своем выходе линейно, обеспечивая необходимую стабильность заданного переходного процесса пуска и ограничивая величину тока якорной обмотки двигателя постоянного тока 3 в нашем случае на уровне 60 А. При этом скорости вращения Ω1 двигателя постоянного тока 3 и Ω2 исполнительного механизма 6 начинают возрастать с нуля, и датчики скорости первый 4 и второй 7 в начальный момент вырабатывают на своих выходах напряжения UΩ1=0 и UΩ2=0, что обеспечивает появление напряжения ΔUΩ на входе интегратора 10. Поскольку ток I двигателя постоянного тока 3 в начальный момент времени нулевой, напряжение Ui, снимаемое с информационного выхода датчика тока 2, также нулевое, контур токовой отсечки, представленный нелинейным элементом 15, интегрально-дифференциальным звеном 16 и линейным элементом 17 не вступает в действие. Следовательно, интегратор 10 начинает интегрировать величину ΔU с нулевого значения. Суммирующий усилитель 11, основная функция которого - учет величины всех обратных связей устройства, напряжения на соответствующие входы которого поступают от датчиков с заранее выбранными коэффициентами (за это отвечают усилители с первого по третий), вырабатывает напряжение Uy, которое, будучи поданным на управляющий вход тиристорного преобразователя 1, увеличивает напряжение U, подаваемое на якорную обмотку двигателя постоянного тока 3. Тот, в свою очередь, разгоняется и меняет скорость вращения Ω1. За счет кинематической вязкоупругой передачи 5 это изменение передается на вал исполнительного механизма 6. Из-за вязкоупругих свойств кинематической передачи 5 скорости Ω1 и Ω2 могут быть не равны. На этапе разгона двигателя постоянного тока 3 и исполнительного механизма 6 (временной интервал от 0 до 5 с) в устройстве наблюдается значительное увеличение тока I якорной обмотки. При этом задатчик интенсивности 8 настраивается таким образом, чтобы в процессе пуска (интервал от 0 до 2,5 с) ток I стремился к величине 60 А. Если же происходит превышение указанной величины, вступает в действие токовая отсечка. Как только величина тока якоря двигателя постоянного тока 3 превысит значение 63 А, установленное характеристикой нелинейного элемента 15 (фиг.4), последовательно соединенные нелинейный элемент 15, интегрально-дифференциальное звено 16 и линейный элемент 17 начинают вырабатывать сигнал обратной связи по току U6, который поступает на инвертирующий вход суммирующего усилителя 11. Поскольку обратная связь по току, как и все, заведенные на соответствующие входы суммирующего усилителя 11 от датчиков обратные связи, отрицательна, указанные контуры воздействуют на тиристорный преобразователь 1 и на напряжение якорной цепи двигателя постоянного тока 3 так, что стремятся стабилизировать измеренные датчиками 2, 4 и 7 параметры. Для тока I это приводит к тому, что на временной диаграмме фиг.3 наблюдается участок стабилизации тока (интервал 0.3-2.5 с). Величина U7, образующаяся на выходе пропорционального звена 18, определяемая величиной U6, приведенной на фиг.3 и передаточным коэффициентом пропорционального звена 18, незначительна. Поэтому влияние данной обратной связи сказывается на интенсивности разгона несущественно. Переходные процессы скоростей Ω1 двигателя постоянного тока 3 и Ω2 исполнительного механизма 6 практически не отличаются от переходных процессов прототипа (фиг.1).A device for automatically controlling an electromechanical system with a viscoelastic kinematic coupling works as follows. At the initial moment of the start-up of the electric drive, the voltage U Ω3 , the value of which determines the acceleration rate of the
Анализ временной диаграммы выходного напряжения U1 интегратора 10 по фиг.3 указывает на то, что на этапе разгона двигателя это напряжение не превышает 8,5×103 относительных единиц, как и в прототипе.Analysis of the timing diagram of the output voltage U 1 of the integrator 10 of figure 3 indicates that at the stage of acceleration of the engine, this voltage does not exceed 8.5 × 10 3 relative units, as in the prototype.
В дальнейшем при отработке управляющих и возмущающих воздействий, перечень и порядок приложения которых такой же, как и для устройства-прототипа, вступают в работу все обратные связи, аналогично процессам, представленным в режиме пуска. Согласно фиг.3, на которой приведены временные зависимости тока I, скорости вала двигателя постоянного тока Ω1, скорости вала исполнительного механизма Ω2, сигнала на выходе интегратора U1 и сигнала на выходе линейного блока U6, полученные в результате компьютерного моделирования устройства в тех же режимах, что и для устройства-прототипа, никаких изменений в динамике первых трех из указанных параметров не происходит. Иначе говоря, показатели качества переходных процессов для исполнительного механизма 6 и двигателя постоянного тока 3 остаются такими же высокими, как и в исходном варианте. Анализ же временной диаграммы переходного процесса для сигнала U1 на выходе интегратора 10 указывает на значимые отличия от прототипа, особенно заметные на временном интервале 5-8 с. На этом этапе наброс нагрузки приводит к превышению током величины 63 А. За счет снижения скорости вращения исполнительного механизма величина UΩ2 снижается. Однако задатчик интенсивности, отработавший процесс пуска, поддерживает на неинвертирующем входе сумматора 9 постоянное напряжение UΩ(t), которое после окончания переходного процесса пуска неизменно. Следовательно, разница (UΩ3(t)-UΩ2) начинает возрастать, как и в прототипе, но в отличие от него на втором инвертирующем входе сумматора 9 с выхода пропорционального звена 18 появляется напряжение U7, определяемое величиной сигнала U6, что снижает разность ΔU до величины (UΩ3(t)-UΩ2-U7). Как показано на временной диаграмме фиг.3 после срабатывания нелинейного элемента 15, настроенного на величину 63 А, за счет интегрально-дифференциального звена 16 величина U6 увеличивается, а значит, пропорционально ей растет и U7. Это приводит к снижению ΔU, величина U1 на интервале от 5 до 7 секунды снижается, чрезмерного накопления информации на выходе интегратора 10 не происходит. При сбросе нагрузки (интервал 7-8 с) скорость исполнительного механизма 6 начинает возрастать, UΩ2 растет, но при этом снижается величина U6, а значит, и пропорциональная ей U7. Это объясняется тем, что интегрально-дифференциальное звено 16, отрабатывая величину сигнала UНЭ, уменьшает напряжение U5 на своем выходе. Разность (UΩ3(t)-UΩ2-U7) начинает возрастать, напряжение U1 увеличивается. Поскольку на этом этапе напряжение U7 все еще присутствует на втором инвертирующем входе сумматора 9, накопленный сигнал U1 на выходе интегратора 10 в данном режиме достигает только значения 8,5*103 относительных единиц. Это почти в 20 раз меньше того значения (1,6×105 относительных единиц), которое было получено при моделировании работы устройства-прототипа на аналогичном временном интервале. При этом повторные набросы и следующие за ними уменьшения нагрузки не приводят к накоплению сигнала интегратором 10.In the future, when testing control and disturbing influences, the list and application procedure of which is the same as for the prototype device, all feedbacks come into operation, similar to the processes presented in the start-up mode. According to figure 3, which shows the time dependence of the current I, the shaft speed of the DC motor Ω 1 , the shaft speed of the actuator Ω 2 , the signal at the output of the integrator U 1 and the signal at the output of the linear unit U 6 , obtained as a result of computer simulation of the device in in the same modes as for the prototype device, no changes in the dynamics of the first three of these parameters occur. In other words, the quality indicators of transients for the
Таким образом, удается избежать продолжительного интегрирования входной информации и, в конечном счете, переполнения элементов памяти, на которых реализуется интегрирующая часть устройства. Подобные процессы никаким образом не отражаются на качестве переходных процессов устройства по регулируемым параметрам. Если провести сравнение переходных процессов для выходных сигналов интеграторов заявляемого устройства и прототипа с учетом того, что, как и при анализе переходных процессов в прототипе, на правой части оси сигналов U1 с выхода интегратора на фиг.3 указаны значения разрядности цифрового блока, выполняющего функцию интегратора, можно сделать вывод о том, что в данном варианте реализации разрядность интегратора снижается до 14, что на 4 разряда меньше, чем в прототипе.Thus, it is possible to avoid prolonged integration of input information and, ultimately, overflow of memory elements on which the integrating part of the device is implemented. Such processes in no way affect the quality of the transient processes of the device in terms of adjustable parameters. If we compare the transients for the output signals of the integrators of the claimed device and the prototype, taking into account the fact that, as in the analysis of transients in the prototype, on the right side of the axis of the signals U 1 from the output of the integrator in Fig. 3, the bit values of the digital unit performing the function integrator, we can conclude that in this embodiment, the capacity of the integrator is reduced to 14, which is 4 bits less than in the prototype.
Тем самым предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить разрядность интеграторов при технической реализации устройства на цифровых элементах.Thus, the proposed technical solution allows to reduce the bit depth of integrators in the technical implementation of the device on digital elements.
Claims (1)
где К5 - коэффициент усиления интегратора;
τ1 - постоянная времени интегрально-дифференциального звена. A device for controlling an electromechanical system with a viscoelastic kinematic coupling, comprising a thyristor converter, through a current sensor connected to a DC motor, which is mechanically connected to the first speed sensor and through a kinematic viscoelastic transmission with an actuator, on the shaft of which a second speed sensor, an intensity adjuster, the output of which is connected to the non-inverting input of the adder, the first inverting input of the adder is connected to the electrical output of the second speed sensor, the output of the adder through an integrator is connected to the first input of the summing amplifier, the second input of the summing amplifier through the first amplifier is connected to the information output of the current sensor, the third input of the summing amplifier through the second amplifier is connected to the electrical output of the first speed sensor, the fourth input of the summing amplifier through the third amplifier connected to the output of the second speed sensor, the information output of the current sensor through series-connected non-linear element, integral differential The differential link and the linear element is connected to the inverting input of the summing amplifier, the output of which is connected to the control input of the thyristor converter, characterized in that a proportional link is inserted into it, the output of the linear block is connected to the input of the proportional link, and the output of the proportional link is connected to the second inverting input of the adder moreover, the proportional link has a transfer function ,
where K 5 is the gain of the integrator;
τ 1 is the time constant of the integral-differential link.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010125623/07A RU2446552C2 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010125623/07A RU2446552C2 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010125623A RU2010125623A (en) | 2011-12-27 |
RU2446552C2 true RU2446552C2 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=45782294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010125623/07A RU2446552C2 (en) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446552C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2539631C1 (en) * | 2013-08-28 | 2015-01-20 | Сергей Иванович Малафеев | Electric drive for rolling mill |
RU2576594C1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method for automatic compensation of influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2108726A5 (en) * | 1970-09-30 | 1972-05-19 | Philips Nv | |
SU1760622A1 (en) * | 1989-11-28 | 1992-09-07 | Краснодарский политехнический институт | Direct-current drive |
DE4427697A1 (en) * | 1993-08-11 | 1995-02-16 | Fuji Electric Co Ltd | Control device for a variable rotation speed motor |
RU2066087C1 (en) * | 1992-11-25 | 1996-08-27 | Кубанский государственный технологический университет | Direct current electric drive |
RU2144729C1 (en) * | 1998-07-29 | 2000-01-20 | Новосибирский государственный технический университет | Vector method for converter control |
JP2003058213A (en) * | 2001-08-22 | 2003-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | Numerical controller |
RU67796U1 (en) * | 2007-07-02 | 2007-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | DEVICE FOR FORMING A DIAGRAM FOR MOVING AN ELECTRIC DRIVE WITH AN ELASTIC SHAFT WITH OPTIMUM OPTIMUM CLOSE OPTIMAL DURING LIMITATIONS ON THE CURRENT TIME AND THE SPEED OF THE MECHANISM OF RESISTANCE TO THE TYPE OF TYPE |
-
2010
- 2010-06-22 RU RU2010125623/07A patent/RU2446552C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2108726A5 (en) * | 1970-09-30 | 1972-05-19 | Philips Nv | |
GB1364568A (en) * | 1970-09-30 | 1974-08-21 | Philips Electronic Associated | Control of motors |
US3947742A (en) * | 1970-09-30 | 1976-03-30 | U.S. Philips Corporation | Method of controlling an electric motor |
SU1760622A1 (en) * | 1989-11-28 | 1992-09-07 | Краснодарский политехнический институт | Direct-current drive |
RU2066087C1 (en) * | 1992-11-25 | 1996-08-27 | Кубанский государственный технологический университет | Direct current electric drive |
DE4427697A1 (en) * | 1993-08-11 | 1995-02-16 | Fuji Electric Co Ltd | Control device for a variable rotation speed motor |
RU2144729C1 (en) * | 1998-07-29 | 2000-01-20 | Новосибирский государственный технический университет | Vector method for converter control |
JP2003058213A (en) * | 2001-08-22 | 2003-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | Numerical controller |
RU67796U1 (en) * | 2007-07-02 | 2007-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | DEVICE FOR FORMING A DIAGRAM FOR MOVING AN ELECTRIC DRIVE WITH AN ELASTIC SHAFT WITH OPTIMUM OPTIMUM CLOSE OPTIMAL DURING LIMITATIONS ON THE CURRENT TIME AND THE SPEED OF THE MECHANISM OF RESISTANCE TO THE TYPE OF TYPE |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2539631C1 (en) * | 2013-08-28 | 2015-01-20 | Сергей Иванович Малафеев | Electric drive for rolling mill |
RU2576594C1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method for automatic compensation of influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010125623A (en) | 2011-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101223669B1 (en) | Engine bench system control system | |
JP4685509B2 (en) | AC motor drive control device and drive control method | |
KR101597084B1 (en) | Motor drive device | |
JP5113862B2 (en) | Motor control device | |
JP2011257205A (en) | Axial torque controller for dynamometer system | |
WO2009119263A1 (en) | Vehicle velocity control device | |
RU2428735C1 (en) | Automatic control device of electromechanical system | |
RU2446552C2 (en) | Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link | |
RU2414048C1 (en) | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation | |
JPH026308B2 (en) | ||
JP2008079478A5 (en) | ||
RU2399080C1 (en) | Self-tuning electric drive | |
JP6981135B2 (en) | Induction motor control device | |
US20030169004A1 (en) | Motor controller | |
WO2015186616A1 (en) | Control device for chassis dynamometer | |
JPH07337057A (en) | Mechanical resonance detector and vibration controller for motor control system | |
RU2399079C2 (en) | Electric drive with automatic control of input harmonic signal frequency | |
RU2589718C1 (en) | System for automatic control of rotor | |
RU2060530C1 (en) | Self-tuning drive | |
RU2513871C1 (en) | Direct current drive with elastic couplings | |
RU131508U1 (en) | SELF-ADJUSTING SPEED CONTROL SYSTEM | |
KR100360373B1 (en) | Control algorithm for suppressing vibration of shaft at rolling mill | |
RU2372185C1 (en) | Self-tuning electric drive of manipulation robot | |
RU2605946C1 (en) | Electric motor adaptive control system | |
CN104779862B (en) | A kind of transient control system and method for generator constant speed governing system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160623 |