RU2513871C1 - Direct current drive with elastic couplings - Google Patents
Direct current drive with elastic couplings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513871C1 RU2513871C1 RU2012144926/07A RU2012144926A RU2513871C1 RU 2513871 C1 RU2513871 C1 RU 2513871C1 RU 2012144926/07 A RU2012144926/07 A RU 2012144926/07A RU 2012144926 A RU2012144926 A RU 2012144926A RU 2513871 C1 RU2513871 C1 RU 2513871C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- sensor
- speed
- scaling
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области систем управления электроприводами, содержащими в кинематике механического объекта управления упругие или упругодиссипативные элементы, в частности электроприводы испытательных стендов электроэнергетических объектов, таких как газотурбинные двигатели газоперекачивающих станций и газотурбинных электростанций, бумагоделательных машин, прокатных станов и др.The invention relates to the field of control systems for electric drives containing elastic or elastic-dissipative elements in the kinematics of a mechanical control object, in particular, electric drives of test benches of electric power objects, such as gas turbine engines of gas pumping stations and gas turbine power plants, paper machines, rolling mills, etc.
Основной управляемой фазовой переменной в большинстве электромеханических объектов управления является угловая скорость вращения исполнительного механизма (рабочего органа - РО), а основной режим работы - стабилизация этой координаты в заданном диапазоне с высокой точностью при изменениях нагрузки на валу РО. Рабочий орган в силу наличия редуктора (мультипликатора) или длинного вала содержит упругодиссипативные кинематические связи, что усложняет процесс управления выходной координатой - скоростью вращения вала рабочего органа.The main controlled phase variable in most electromechanical control objects is the angular speed of rotation of the actuator (working body - RO), and the main mode of operation is the stabilization of this coordinate in a given range with high accuracy when the load on the shaft of the RO changes. The working body, due to the presence of a gearbox (multiplier) or a long shaft, contains elastic-dissipative kinematic connections, which complicates the process of controlling the output coordinate — the speed of rotation of the shaft of the working body.
Известны технические решения, обеспечивающие оптимальное движение РО на основе контроля скорости вращения приводного электродвигателя с подчиненным регулированием координат электропривода.Known technical solutions that provide optimal movement of the RO based on the control of the rotation speed of the drive motor with subordinate control of the coordinates of the electric drive.
Известен электропривод с упругими связями, содержащий последовательно включенные регуляторы скорости и тока, силовой преобразователь энергии, электродвигатель, редуктор, рабочий орган, а также датчик скорости вращения вала электродвигателя и датчик тока, включенные в обратные связи соответствующих регуляторов [Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Тиристорные системы электропривода с упругими связями. - Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1979.-160 с.].Known electric drive with elastic connections, containing sequentially connected speed and current controllers, power energy converter, electric motor, gearbox, working body, as well as a motor shaft rotation speed sensor and current sensor included in the feedbacks of the respective controllers [Bortsov Yu.A., Sokolovsky G.G. Thyristor electric drive systems with elastic couplings. - L .: Energy, Leningrad. Department, 1979.-160 p.].
Недостатком известного электропривода является то, что при настройке системы управления на технический или симметричный оптимум и наличии упругих связей в объекте требуется либо механическое демпфирование скорости рабочего органа, либо снижения быстродействия контура регулирования скорости электродвигателя в два и более раз по сравнению с системой без упругих связей.A disadvantage of the known electric drive is that when the control system is set to a technical or symmetric optimum and the elastic connections in the object require either mechanical damping of the speed of the working body or a decrease in the speed of the motor speed control loop by two or more times compared to a system without elastic ties.
Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу преобразователя, и последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, усилитель-ограничитель, регулятор тока, выход которого соединен с входом преобразователя, датчики тока якоря и частоты вращения, выходы которых подключены к входам соответствующих регуляторов. Регулятор скорости включает дифференцирующее звено, подключенное входом к выходу датчика частоты вращения, устройство выборки-хранения, первый и второй узлы сравнения, причем входы первого узла сравнения подключены к первому выходу блока задания и выходу датчика скорости вращения. В него введены первый, второй и третий масштабные усилители, третий узел сравнения и генератор тактовых импульсов, причем входы второго узла сравнения соединены с вторым выходом блока задания и выходом дифференцирующего звена, выходы первого и второго узлов сравнения подключены к входам первого и второго масштабных усилителей, выход датчика тока якоря соединен с входом третьего масштабного усилителя, выходы масштабных усилителей соединены с входами третьего узла сравнения, выход которого соединен с входом устройства выборки-хранения, выход которого подключен к входу усилителя-ограничителя, выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющим входом устройства выборки-хранения [авторское свидетельство №1399878, кл. Н02Р 5/06, 1988]. Известный электропривод позволяет получить оптимальные по быстродействию переходные процессы как при ступенчатом, так и при линейном задании скорости вращения, а также астатизм регулирования скорости при изменении нагрузки на валу РО.Known DC electric drive containing an electric motor connected to the output of the converter, and series-connected task unit, speed controller, amplifier-limiter, current controller, the output of which is connected to the converter input, armature current and speed sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the respective controllers . The speed controller includes a differentiating element connected by an input to the output of the speed sensor, a sample-storage device, first and second comparison nodes, the inputs of the first comparison node being connected to the first output of the reference unit and the output of the speed sensor. The first, second and third scale amplifiers, the third comparison node and the clock generator are introduced into it, the inputs of the second comparison node being connected to the second output of the reference unit and the output of the differentiating link, the outputs of the first and second comparison nodes are connected to the inputs of the first and second scale amplifiers, the output of the armature current sensor is connected to the input of the third large-scale amplifier, the outputs of large-scale amplifiers are connected to the inputs of the third comparison node, the output of which is connected to the input of the sample-storage device, the output of which is connected to the input of the amplifier-limiter, the output of the clock generator is connected to the control input of the sampling-storage device [copyright certificate No. 1399878, class.
Недостатком известного электропривода является отсутствие схемно-технических и алгоритмических возможностей демпфирования колебаний вала РО при наличии упругих связей в его кинематике и, как следствие, появление колебаний при любых аддитивных воздействиях как со стороны изменения задающих воздействий, так и изменения возмущений со стороны нагрузки на валу РО.A disadvantage of the known electric drive is the lack of circuit-technical and algorithmic possibilities of damping oscillations of the shaft of the shaft in the presence of elastic bonds in its kinematics and, as a result, the appearance of oscillations in any additive action both from the side of changing the driving actions and the change of disturbances from the load on the shaft of the shaft .
Наиболее эффективны в отношении подавления колебаний упруговязких электромеханических систем, обеспечивающих высокие показатели качества стабилизации заданной скорости вращения рабочего органа, являются технические решения, базирующиеся на принципах электромеханического демпфирования.The most effective in relation to the suppression of oscillations of visco-elastic electromechanical systems providing high quality indicators of stabilization of a given rotation speed of the working body, are technical solutions based on the principles of electromechanical damping.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электропривод с упругими связями, в котором реализованы обратные связи не только по скорости двигателя, но и по скорости рабочего органа и упругому моменту. Электропривод содержит последовательно включенные блок задания скорости, регулятор скорости, замкнутый контур регулирования тока с датчиком тока якоря, электродвигатель, РО с упругими связями. Датчики скорости вращения вала электродвигателя и скорости вращения вала РО подключены через соответствующие обратным связям масштабирующие элементы и заведены на узел сложения, выход которого включен в отрицательную обратную связь узла сравнения регулятора скорости. Выход с регулятора скорости через узел сравнения, в который через соответствующий масштабирующий элемент включен датчик упругого момента (угла скручивания упругих валов), подается на замкнутый контур регулирования тока [Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. - 2-е изд., перераб. и доп.- СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербург, отд-ние, 1992.-288 с.]. Данное устройство принято за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is an electric drive with elastic couplings, in which feedbacks are implemented not only in terms of engine speed, but also in speed of the working body and elastic moment. The electric drive contains serially connected speed setting unit, speed controller, closed loop current control with armature current sensor, electric motor, PO with elastic couplings. The sensors for the rotational speed of the motor shaft and the rotational speed of the RO shaft are connected via scaling elements corresponding to the feedbacks and are connected to the addition unit, the output of which is included in the negative feedback of the speed controller comparison unit. The output from the speed controller through the comparison node, into which the sensor of elastic moment (the angle of twisting of the elastic shafts) is connected through the corresponding scaling element, is fed to a closed current control loop [Yu. A. Bortsov, G. Automated electric drive with elastic connections. - 2nd ed., Revised. and add. - St. Petersburg: Energoatomizdat. St. Petersburg, det., 1992.-288 p.]. This device is taken as a prototype.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявленным изобретением: последовательно соединенные блок задания скорости, регулятор скорости, замкнутый контур регулирования тока с датчиком тока якоря, электромеханическая часть двигателя, рабочий орган с упругими связями; датчик скорости вала рабочего органа; датчик скорости вала двигателя; датчик упругого момента, установленный на валу рабочего органа.Signs of the prototype, which are common with the claimed invention: serially connected speed setting unit, speed controller, closed loop current control with armature current sensor, electromechanical part of the engine, working body with elastic connections; speed sensor shaft of the working body; engine shaft speed sensor; an elastic moment sensor mounted on the shaft of the working body.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является низкое качество отработки задающих и возмущающих воздействий. При этом скорость вращения РО не отвечает ни требованиям предельного быстродействия, ни требованиям минимума динамической ошибки отработки аддитивных воздействий.A disadvantage of the known device adopted for the prototype is the low quality of the development of the master and disturbing influences. In this case, the rotation speed of the RO does not meet either the requirements of the maximum speed or the minimum dynamic error in developing additive effects.
Задачей изобретения является обеспечение наибольшего быстродействия и минимума динамической погрешности при регулировании скорости РО в электромеханической системе с упругими связями.The objective of the invention is to provide the highest speed and minimum dynamic error when regulating the speed of PO in an electromechanical system with elastic connections.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном электроприводе, содержащем последовательно соединенные блок задания скорости, регулятор скорости, замкнутый контур регулирования тока с датчиком тока якоря, электромеханическую часть двигателя, рабочий орган с упругими связями, а также датчик скорости вала рабочего органа, датчик скорости вала двигателя и датчик упругого момента, установленный на валу рабочего органа, согласно изобретению на валу рабочего органа механизма дополнительно установлен датчик статической нагрузки, а регулятор скорости включает дифференцирующее звено, подключенное к выходу блока задания скорости, семь масштабирующих элементов и последовательно соединенные суммирующий элемент и интерполятор нулевого порядка, при этом вход первого масштабирующего элемента подключен к выходу блока задания скорости, вход второго масштабирующего элемента подключен к дифференцирующему звену, вход третьего масштабирующего элемента подключен к выходу датчика статической нагрузки, вход четвертого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика тока якоря, вход которого подключен к выходу замкнутого контура регулирования тока, вход пятого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика скорости вала двигателя, вход шестого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика упругого момента, вход седьмого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика скорости вала рабочего органа, выходы всех масштабирующих элементов подключены к входам суммирующего элемента.The problem is solved due to the fact that in the well-known electric drive containing a speed setting unit, a speed controller, a closed current control loop with an armature current sensor, an electromechanical part of the engine, a working body with elastic couplings, and a shaft speed sensor of the working body, a sensor the speed of the motor shaft and the elastic moment sensor mounted on the shaft of the working body, according to the invention, on the shaft of the working body of the mechanism, an additional static load sensor and the speed controller includes a differentiating element connected to the output of the speed setting unit, seven scaling elements and series-connected summing element and zero order interpolator, while the input of the first scaling element is connected to the output of the speed setting unit, the input of the second scaling element is connected to the differentiating element, the input the third scaling element is connected to the output of the static load sensor, the input of the fourth scaling element is connected to the output of the sensor the armature current, the input of which is connected to the output of the closed current control loop, the input of the fifth scaling element is connected to the output of the motor shaft speed sensor, the input of the sixth scaling element is connected to the output of the elastic moment sensor, the input of the seventh scaling element is connected to the output of the working shaft shaft speed sensor, the outputs all scaling elements are connected to the inputs of the summing element.
Отличительные признаки предлагаемого устройства от прототипа - датчик статической нагрузки, установленный на валу рабочего органа механизма; регулятор скорости включает дифференцирующее звено, подключенное к выходу блока задания скорости, семь масштабирующих элементов и последовательно соединенные суммирующий элемент и интерполятор нулевого порядка; вход первого масштабирующего элемента подключен к выходу блока задания скорости; вход второго масштабирующего элемента подключен к дифференцирующему звену; вход третьего масштабирующего элемента подключен к выходу датчика статической нагрузки; вход четвертого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика тока якоря, вход которого подключен к выходу замкнутого контура регулирования тока; вход пятого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика скорости вала двигателя; вход шестого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика упругого момента; вход седьмого масштабирующего элемента подключен к выходу датчика скорости вала рабочего органа; выходы всех масштабирующих элементов подключены к входам суммирующего элемента.Distinctive features of the proposed device from the prototype is a static load sensor mounted on the shaft of the working body of the mechanism; the speed controller includes a differentiating element connected to the output of the speed setting unit, seven scaling elements and series-connected summing element and zero order interpolator; the input of the first scaling element is connected to the output of the speed setting unit; the input of the second scaling element is connected to a differentiating element; the input of the third scaling element is connected to the output of the static load sensor; the input of the fourth scaling element is connected to the output of the armature current sensor, the input of which is connected to the output of a closed current control loop; the input of the fifth scaling element is connected to the output of the motor shaft speed sensor; the input of the sixth scaling element is connected to the output of the elastic moment sensor; the input of the seventh scaling element is connected to the output of the shaft speed sensor of the working body; the outputs of all scaling elements are connected to the inputs of the summing element.
Отличительные признаки в сочетании с известными позволяют обеспечить наибольшее быстродействие и минимум динамической погрешности при отработке задания скорости рабочего органа и изменениях нагрузки на его валу.Distinctive features in combination with the known ones provide the highest speed and minimum dynamic error when working out the task of the speed of the working body and load changes on its shaft.
На фиг.1 представлена функциональная схема электропривода.Figure 1 presents the functional diagram of the electric drive.
На фиг.2 приведены графики переходных процессов пяти координат системы электропривода при ступенчатом приращении заданной скорости.Figure 2 shows the transient graphs of the five coordinates of the electric drive system in incremental increments of a given speed.
На фиг.3 приведены графики переходных процессов пяти координат системы электропривода при ступенчатом приращении нагрузки на валу РО в начальный момент времени.Figure 3 shows the transient graphs of the five coordinates of the electric drive system with a stepwise increment of the load on the shaft of the RO at the initial time.
На фиг.4 приведена схема моделирования динамики системы регулирования скорости рабочего органа в пакете Matlab Simulink.Figure 4 shows a simulation of the dynamics of the speed control system of the working body in the package Matlab Simulink.
На фиг.5 приведены переходные процессы в системе электропривода при ступенчатых приращениях задания и нагрузки на валу электропривода.Figure 5 shows the transients in the electric drive system with stepwise increments of the task and the load on the drive shaft.
Электропривод постоянного тока с упругими связями (фиг.1) содержит последовательно соединенные блок 1 задания скорости, регулятор 2 скорости, замкнутый контур 3 регулирования тока, электромеханическую часть 4 двигателя, рабочий орган 5 с упругими связями, а также датчик 6 скорости вала РО, датчик 7 упругого момента, датчик 8 скорости вала двигателя, датчик 9 тока якоря и датчик 10 статической нагрузки.A direct current electric drive with elastic couplings (Fig. 1) contains a
Датчик 7 упругого момента и датчик 10 статической нагрузки установлены на валу рабочего органа 5 механизма. Датчик 9 тока якоря входит в состав замкнутого контура 3 регулирования тока.The sensor 7 of the elastic moment and the
Регулятор 2 скорости включает дифференцирующее звено 11, подключенное к выходу блока 1 задания скорости, семь масштабирующих элементов 12-18 и последовательно соединенные суммирующий элемент 19 и интерполятор 20 нулевого порядка. Вход масштабирующего элемента 12 подключен к блоку 1 задания скорости, а выход - к суммирующему элементу 19. Вход масштабирующего элемента 13 подключен к дифференцирующему звену 11, а выход - к суммирующему элементу 19. Вход масштабирующего элемента 14 подключен к выходу датчика 10 статического статической нагрузки, а выход - к суммирующему элементу 19. Вход датчика 10 подключен к рабочему органу 5 с упругими связями. Вход масштабирующего элемента 15 подключен к выходу датчика 9 тока якоря, а выход - к суммирующему элементу 19. Вход датчика 9 подключен к выходу замкнутому контура 3 регулирования тока якоря. Вход масштабирующего элемента 16 подключен к выходу датчика 8 скорости вала двигателя, а выход - к суммирующему элементу 19. Вход датчика 8 подключен к выходу электромеханической части 4 двигателя. Вход масштабирующего элемента 17 подключен к выходу датчика 7 упругого момента, а выход - к суммирующему элементу 19. Вход датчика 7 подключен к рабочему органу 5 с упругими связями. Вход масштабирующего элемента 18 подключен к выходу датчика 6 скорости вала рабочего органа, а выход - к суммирующему элементу 19. Вход датчика 6 подключен к выходу рабочего органа 5 с упругими связями.The speed controller 2 includes a differentiating element 11 connected to the output of the
На чертежах приведены следующие обозначения:The drawings indicate the following notation:
Uy - дискретное управление;U y - discrete control;
ω2 - скорость вращения вала РО механизма, приведенная к валу двигателя;ω 2 - the rotation speed of the shaft of the RO mechanism, reduced to the motor shaft;
φ12 - угол скручивания упругого вала, приведенный к валу двигателя;φ 12 is the twist angle of the elastic shaft, reduced to the motor shaft;
ω1 - скорость вращения вала электродвигателя;ω 1 - rotation speed of the motor shaft;
i - ток якоря;i is the armature current;
ω2з - заданная скорость вращения вала РО;ω 2z - the specified rotation speed of the shaft RO;
ω'2з - производная заданной скорости вращения вала РО;ω ' 2z - derivative of a given rotation speed of the shaft RO;
Мс2 - момент статической нагрузки.M s2 - the moment of static load.
Электропривод постоянного тока с упругими связями работает следующим образом.Electric DC with elastic connections works as follows.
Сигнал с блока 1 задания скорости поступает на регулятор 2 скорости, который формирует оптимальное управление Uy, поступающее на замкнутый контур 3 регулирования тока якоря, который воздействует на электромеханическую часть 4 двигателя и далее на рабочий орган 5 механизма, регулируя скорость его вращения. Напряжение управления Uy можно представить в виде линейной формы контролируемого вектора состояния электропривода (сигналы с датчиков 6-9), заданного значения выходной переменной (сигнал с блока 1) и ее производной (сигнал с дифференцирующего звена 11), а также статической нагрузки на валу исполнительного механизма (сигнал с датчика 10):The signal from the
где Uy - дискретное управление;where U y - discrete control;
К1 - масштабирующий коэффициент элемента 12;To 1 is the scaling factor of
ω2з - заданная скорость вращения вала РО;ω 2z - the specified rotation speed of the shaft RO;
К2 - масштабирующий коэффициент элемента 13;K 2 is the scaling factor of element 13;
ω'2з - производная заданной скорости вращения вала РО;ω ' 2z - derivative of a given rotation speed of the shaft RO;
К3 - масштабирующий коэффициент элемента 14;K 3 is the scaling factor of element 14;
Мс2 - момент статической нагрузки;M s2 - the moment of static load;
К4 - масштабирующий коэффициент элемента 15;K 4 - scaling factor of the element 15;
i - ток якоря;i is the armature current;
К5 - масштабирующий коэффициент элемента 16;K 5 is the scaling factor of element 16;
ω1 - скорость вращения вала электродвигателя;ω 1 - rotation speed of the motor shaft;
К6 - масштабирующий коэффициент элемента 17;K 6 is the scaling factor of element 17;
φ12 - угол скручивания упругого вала, приведенный к валу двигателя;φ 12 is the twist angle of the elastic shaft, reduced to the motor shaft;
К7 - масштабирующий коэффициент элемента 18;K 7 is the scaling factor of element 18;
ω2 _ скорость вращения вала РО механизма, приведенная к валу двигателя.ω 2 _ the speed of rotation of the shaft of the RO mechanism, reduced to the motor shaft.
Проблема нахождения оптимальных значений коэффициентов K1 - К7 масштабирующих элементов 12-18 для конкретного электропривода с упругими связями решается известными методами синтеза систем предельного по быстродействию апериодического управления [1-2].The problem of finding the optimal values of the coefficients K 1 - K 7 of the scaling elements 12-18 for a particular electric drive with elastic couplings is solved by the well-known methods of synthesis of systems of time-critical aperiodic control [1-2].
Управляющее воздействие формируется на выходе суммирующего элемента 19 и подвергается дискретизации по времени с постоянным тактом дискретизации в интерполяторе 20 нулевого порядка. Таким образом, на выходе регулятора 2 скорости формируется дискретное управление, оптимизирующее вращение вала РО на каждом такте дискретного управления электроприводом. Сам электропривод постоянного тока на фиг.1 представлен последовательно включенными замкнутым контуром 3 регулирования тока якоря, электромеханической частью 4 двигателя и рабочим органом 5 с упругими связями. Настройка внутреннего контура 3 регулирования тока якоря осуществляется, как правило, на технический оптимум и с достаточной для практических целей точностью, этот быстродействующий контур электропривода аппроксимируют апериодическим звеном 1-го порядка. Предлагаемый регулятор 2 скорости рабочего органа контролирует все состояние объекта управления, обеспечивая частичную инвариантность как по задающему, так и по возмущающему воздействиям и при надлежащем выборе значений коэффициентов передачи масштабирующих усилителей обеспечивает оптимальные переходные процессы в замкнутой по вектору состояния системе управления.A control action is generated at the output of the summing element 19 and is subjected to time sampling with a constant sampling clock in the zero
В качестве объекта апробации предлагаемой в изобретении системы электропривода рассмотрим силовую энергетическую установку с упругими связями по схеме «электропривод постоянного тока - рабочий орган с упругими связями».As an object of testing the electric drive system proposed in the invention, we consider a power plant with elastic couplings according to the scheme “direct current electric drive - working body with elastic couplings”.
Электропривод оборудован двигателем постоянного тока П131-6К. Его параметры: РH=180кВт, (UH=440В, IH=440А, nH=1100 об/мин, ФH=4,95·10-2 Вб, RЯ∑=0,04432 Ом. Обмоточные данные машины: 2р=4, 2а=4, WЯ=216. Данные привода, характеризующие механическую часть рабочего органа с упругими связями:The electric drive is equipped with a P131-6K DC motor. Its parameters are:. P H = 180kW, (U H = 440V, I H = 440A, n H = 1100 rev / min, F H = 4.95 · 10 -2 Wb, R = .04432 ohm YAΣ Wrapping data machines: 2p = 4, 2a = 4, W I = 216. The drive data characterizing the mechanical part of the working body with elastic bonds:
- момент инерции двигателя, J1=22,56 кг·м2;- the moment of inertia of the engine, J 1 = 22.56 kg · m 2 ;
- момент инерции каландра, J2=101,04 кг·м2;- moment of inertia of the calender, J 2 = 101.04 kg · m 2 ;
- жесткость упругой механической связи c12=0,2845·105 Н·м/рад- the stiffness of the elastic mechanical bond with 12 = 0.2845 · 10 5 N · m / rad
- коэффициент вязкого трения, β1≈0,0278 Н·м·с/рад;- coefficient of viscous friction, β 1 ≈0.0278 N · m · s / rad;
- коэффициент диссипации механической связи, β12≈0,278 Н·м·с/рад.is the dissipation coefficient of the mechanical bond, β 12 ≈0.278 N · m · s / rad.
Определим оставшиеся параметры модели: Define the remaining model parameters:
- передаточный коэффициент контура тока 
- постоянная времени контура тока Т≈0,02 с;- the time constant of the current circuit T≈0.02 s;
- передаточный коэффициент двигателя 
Объект управлениями оптимальное управление при этом представим в виде:In this case, the optimal control object is represented as:
где X - вектор производных состояния, 
А - матрица состояния;A - state matrix;
X - вектор состояния,
В - матрица управления;B is the control matrix;
U - вектор управления, 
С - матрица возмущения;C is the perturbation matrix;
F - вектор возмущения,
Оптимальное управление U(kT0) представлено в виде линейной формы дискретных значений вектора состояния Х(кТ0), задающих воздействий Х*(кТ0), вектора возмущения F(kT0) и вектора производных задающих воздействий системы Х*(кТ0). Матрицы A0,B0,C0,D0 - матрицы масштабирующих коэффициентов регулятора скорости, определение которые является задачей синтеза. Процедуры синтеза масштабирующих коэффициентов регулятора рассмотрены в [1-2].The optimal control U (kT 0 ) is presented in the linear form of discrete values of the state vector X (kT 0 ), specifying the effects X * (kT 0 ), the perturbation vector F (kT 0 ) and the vector of derivatives of the defining actions of the system X * (kT 0 ) . The matrices A 0 , B 0 , C 0 , D 0 are the matrices of scaling coefficients of the speed controller, the determination of which is a synthesis task. The synthesis procedures for the scaling coefficients of the controller are considered in [1-2].
Для рассматриваемого электропривода искомые матрицы A0,B0,C0,D0 For the drive in question, the matrices A 0 , B 0 , C 0 , D 0
определены в результате проведения процедуры синтеза для заданного такта дискретного управления T0. В частности, при такте determined as a result of the synthesis procedure for a given clock cycle T 0 . In particular, with the beat
T0=0,05 с эти матрицы имеют вид:T 0 = 0.05 s, these matrices have the form:
A0=[а01 а02 а03 а04]=[-2,425 55,88 -0,8837 -0,004347] A 0 = [a 01 a 02 a 03 a 04 ] = [- 2.425 55.88 -0.8837 -0.004347]
В0=[b01]=3,308 B 0 = [b 01 ] = 3.308
С0=[c01]=0,0275 C 0 = [c 01 ] = 0.0275
D0=[d01]=0,2761.D 0 = [d 01 ] = 0.2761.
После нахождения масштабирующих коэффициентов регулятора, промоделировав полученную систему электропривода, получим графики переходных процессов при ступенчатом приращении заданной скорости (фиг.2) и ступенчатом приращении нагрузки на валу РО (фиг.З).After finding the scaling coefficients of the controller, having simulated the resulting electric drive system, we obtain graphs of transients with a stepwise increment of a given speed (figure 2) and a stepwise increment of the load on the shaft RO (Fig. 3).
На фиг.4 приведена схема моделирования динамики системы регулирования скорости рабочего органа в пакете Matlab Simulink. В качестве тестовых воздействий на систему приняты ступенчатые воздействия, позволяющие оценить прямые оценки качества регулирования. Приращение задающего воздействия соответствует 1 рад/с (около 1% от номинальной скорости вращения электропривода) приложено на входе системы в момент времени t=0 с. Приращение возмущающего воздействия соответствует 500 Н·м (около 30% от номинального момента на валу электропривода). Приложено в момент времени t=0,25 с.Figure 4 shows a simulation of the dynamics of the speed control system of the working body in the package Matlab Simulink. As test actions on the system, step-by-step actions are accepted, allowing to evaluate direct assessments of the quality of regulation. The increment of the setpoint corresponds to 1 rad / s (about 1% of the nominal speed of rotation of the electric drive) applied at the input of the system at time t = 0 s. The increment of the disturbing effect corresponds to 500 N · m (about 30% of the nominal moment on the drive shaft). Applied at time t = 0.25 s.
Результаты моделирования приведены на фиг.5. Графики отражают переходные процессы шести координат электропривода (сверху вниз):The simulation results are shown in figure 5. The graphs reflect the transients of the six coordinates of the electric drive (from top to bottom):
- приращение возмущающего воздействия (Н·м);- increment of the disturbing effect (N · m);
- дискретное управление (В);- discrete control (B);
- ток якоря (А);- armature current (A);
- скорость вращения вала электродвигателя (рад/с);- rotation speed of the motor shaft (rad / s);
- угол скручивания упругого вала, приведенный к валу двигателя (рад);- the angle of twisting of the elastic shaft, reduced to the motor shaft (rad);
- крутильный момент, приведенный к валу двигателя (Н·м);- torsional moment reduced to the motor shaft (N · m);
- скорость вращения вала рабочего органа, приведенная к валу двигателя (рад/с).- the speed of rotation of the shaft of the working body, reduced to the motor shaft (rad / s).
Как видно из графиков (фиг.2, фиг.3, фиг.5):As can be seen from the graphs (figure 2, figure 3, figure 5):
1. Переходные процессы в замкнутом контуре регулирования скорости электропривода как по задающему, так и по возмущающему воздействию являются оптимальными по быстродействию и заканчиваются за 4 такта дискретного управления. При такте управления, равном 0,05 с, время переходных процессов составляет 0,2 с.1. Transients in a closed loop for controlling the speed of the electric drive both in terms of driving and perturbing effects are optimal in speed and end in 4 cycles of discrete control. With a control cycle of 0.05 s, the transient time is 0.2 s.
2. При ступенчатом приращении заданной скорости отработка задания осуществляется плавно без перерегулирования скорости. При этом демпфирование упругих колебаний осуществляется преимущественно электродвигателем секции, а не за счет диссипации энергии упругодиссипативной механической связи.2. With a stepwise increment of the set speed, the task is worked out smoothly without overshooting the speed. In this case, the damping of elastic vibrations is carried out mainly by the section electric motor, and not due to energy dissipation of the elastic-dissipative mechanical coupling.
3. При ступенчатом приращении нагрузки на валу рабочего органа (ситуация в теоретическом плане критическая) на 30% динамический провал скорости не превышает 0,2 рад/с, что составляет менее 0,2% номинальной скорости вращения электродвигателя (115 рад/с). Статическая ошибка теоретически равна нулю.3. With a stepwise increment of the load on the shaft of the working body (the situation is theoretically critical) by 30%, the dynamic speed dip does not exceed 0.2 rad / s, which is less than 0.2% of the rated speed of the electric motor (115 rad / s). Static error is theoretically zero.
4. Переход на другую скорость может осуществляться с применением задатчика интенсивности первого или второго рода с целью сохранения линейного режима функционирования системы, для которого гарантируется устойчивость и оптимальное движение по критерию быстродействия.4. The transition to another speed can be carried out using an intensity adjuster of the first or second kind in order to maintain a linear mode of system operation, for which stability and optimal movement are guaranteed by the performance criterion.
5. Уменьшение такта дискретного управления позволит повысить быстродействие контура регулирования скорости и снижение динамической ошибки при изменении нагрузки на валу машины, но приведет к сужению зоны малых отклонений координат (линейности модели) и, соответственно, вероятности насыщения координат электропривода (прежде всего координаты управления). Это приведет к ухудшению качества и скорее всего нарушению устойчивой работы системы. Отсюда - выбор такта управления - самостоятельная задача, связанная с ограничениями энергии управления.5. Reducing the discrete control cycle will increase the speed of the speed control loop and reduce the dynamic error when the load on the machine shaft changes, but it will narrow the area of small deviations of coordinates (linearity of the model) and, accordingly, the probability of saturation of the coordinates of the drive (primarily control coordinates). This will lead to a deterioration in quality and most likely a disruption to the stable operation of the system. Hence, the choice of the control cycle is an independent task associated with the control energy limitations.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить наибольшее быстродействие и минимум динамической погрешности отработки как задающих, так и возмущающих воздействий в электроприводе с упругими связями.Thus, the present invention allows for the highest speed and minimum dynamic error in the development of both the master and the disturbing influences in an electric drive with elastic couplings.
Источники информацииInformation sources
1. Ту Ю. Современная теория управления: Пер. с англ. / Под ред. В. В. Солодовникова. - М.: Машиностроение, 1971. -472 с.1. Tu Yu. Modern control theory: Per. from English / Ed. V.V. Solodovnikova. - M.: Mechanical Engineering, 1971. -472 p.
2. Казанцев В.П., Петренко В.И. Синтез дискретных систем управления линейными объектами произвольного порядка // Информационные управляющие системы / Перм. гос.техн. ун-т. Пермь, 1995, с.99 - 105.2. Kazantsev V.P., Petrenko V.I. Synthesis of discrete control systems for linear objects of arbitrary order // Information control systems / Perm. state technical un-t Perm, 1995, pp. 99 - 105.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012144926/07A RU2513871C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Direct current drive with elastic couplings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012144926/07A RU2513871C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Direct current drive with elastic couplings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2513871C1 true RU2513871C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50481125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012144926/07A RU2513871C1 (en) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | Direct current drive with elastic couplings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2513871C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660183C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-07-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of automatic regulation of electric drive coordinate and device for its implementation |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1325654A1 (en) * | 1985-07-30 | 1987-07-23 | Производственное объединение "Уралмаш" | Direct current electric drive with elastic coupling between electric motor and mechanism |
| SU1566012A1 (en) * | 1988-06-10 | 1990-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте | Automatic control system for electric drive of drilling installation winch |
| US7049781B2 (en) * | 2004-08-12 | 2006-05-23 | Stmicroelectronics S.R.L. | Method for controlling a DC motor and relative open-loop voltage mode controller |
| US20060108962A1 (en) * | 2004-11-24 | 2006-05-25 | Standard Microsystems Corporation | Adaptive controller for PC cooling fans |
| EP2472715A1 (en) * | 2010-07-26 | 2012-07-04 | Tamagawa Seiki Co., Ltd. | Actuator control system and actuator system |
| RU2011151201A (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | ELECTRIC DRIVE FOR CONTROL OF OBJECT WITH ELASTIC COMMUNICATIONS |
-
2012
- 2012-10-22 RU RU2012144926/07A patent/RU2513871C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1325654A1 (en) * | 1985-07-30 | 1987-07-23 | Производственное объединение "Уралмаш" | Direct current electric drive with elastic coupling between electric motor and mechanism |
| SU1566012A1 (en) * | 1988-06-10 | 1990-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте | Automatic control system for electric drive of drilling installation winch |
| US7049781B2 (en) * | 2004-08-12 | 2006-05-23 | Stmicroelectronics S.R.L. | Method for controlling a DC motor and relative open-loop voltage mode controller |
| US20060108962A1 (en) * | 2004-11-24 | 2006-05-25 | Standard Microsystems Corporation | Adaptive controller for PC cooling fans |
| EP2472715A1 (en) * | 2010-07-26 | 2012-07-04 | Tamagawa Seiki Co., Ltd. | Actuator control system and actuator system |
| RU2011151201A (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | ELECTRIC DRIVE FOR CONTROL OF OBJECT WITH ELASTIC COMMUNICATIONS |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660183C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-07-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of automatic regulation of electric drive coordinate and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Camblong et al. | Experimental evaluation of wind turbines maximum power point tracking controllers | |
| Okou et al. | Power systems stability enhancement using a wide-area signals based hierarchical controller | |
| Evangelista et al. | Active and reactive power control for wind turbine based on a MIMO 2-sliding mode algorithm with variable gains | |
| Yin et al. | Adaptive robust backstepping control of the speed regulating differential mechanism for wind turbines | |
| EP2936643B1 (en) | Coordinated control method of generator and svc for improving power plant active power throughput and controller thereof | |
| JP2014168351A (en) | Power converter for system interconnection | |
| JPS6333389B2 (en) | ||
| EP2869458A1 (en) | Current controller of a wind turbine | |
| Ahmed | Optimal speed control for direct current motors using linear quadratic regulator | |
| US8770019B2 (en) | Test rig for dynamic test assignments on internal combustion engines, and method for operating a test rig of this kind | |
| Nam et al. | Alleviating the tower mechanical load of multi-MW wind turbines with LQR control | |
| Stashinov | On the issue of control system adjustment of a direct current drive on the modular optimum. Part 1 | |
| Bounasla et al. | Second order sliding mode control of a permanent magnet synchronous motor | |
| Kuz'Menko et al. | The use of integral adaptation principle to increase the reliability of “DFIG—Wind turbine” power system | |
| Pham et al. | LQR control for a multi-MW wind turbine | |
| Pintea et al. | Optimal control of variable speed wind turbines | |
| JP5439039B2 (en) | Power converter | |
| RU2513871C1 (en) | Direct current drive with elastic couplings | |
| Neshati et al. | H∞ drive train control for hardware-in-the-loop simulation with a scaled dynamometer test bench | |
| Vittek et al. | Forced dynamics control of PMSM drives with torsion oscillations | |
| Wu et al. | Speed control for the continuously variable transmission in wind turbines under subsynchronous resonance | |
| Shi et al. | Model predictive control of direct-driven surface-mounted permanent magnet synchronous generator based on active disturbance rejection controller | |
| Stockhouse et al. | Multiloop control of floating wind turbines: Tradeoffs in performance and stability | |
| Sheng et al. | Auto disturbance rejection control strategy of wind turbine permanent magnet direct drive individual variable pitch system under load excitation | |
| Puleva et al. | Adaptive power control modeling and simulation of a hydraulic turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |