RU2608081C2 - Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation - Google Patents
Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608081C2 RU2608081C2 RU2015125475A RU2015125475A RU2608081C2 RU 2608081 C2 RU2608081 C2 RU 2608081C2 RU 2015125475 A RU2015125475 A RU 2015125475A RU 2015125475 A RU2015125475 A RU 2015125475A RU 2608081 C2 RU2608081 C2 RU 2608081C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- output
- measuring unit
- controller
- comparison element
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
- H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
- H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
- H02P7/292—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC
Abstract
Description
Изобретение относится к разделу управления и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока.The invention relates to the control section and can be used to control the parameters of complex electromechanical systems, for example, direct and alternating current electric drives.
Существует ряд технических объектов, приводимых в движение средствами автоматизированного электропривода, наличие дефектов в изготовлении механической части которых (например, эксцентриситета валов рабочих органов и систем передач движения) приводит к возникновению гармонических колебаний статического момента нагрузки на валу рабочих органов. При этом частота таких колебаний жестко связана со скоростью электродвигателя, когда момент нагрузки на валу рабочего органа Мн(t) можно представить в виде:There are a number of technical objects driven by automated electric drives, the presence of defects in the manufacture of the mechanical part of which (for example, the eccentricity of the shafts of the working bodies and transmission systems of motion) leads to the appearance of harmonic oscillations of the static load moment on the shaft of the working bodies. Moreover, the frequency of such oscillations is rigidly connected with the speed of the electric motor, when the load moment on the shaft of the working body Mn (t) can be represented as:
где М0 - постоянная составляющая момента; M1 - амплитуда колебаний момента; ω1 - скорость рабочего органа; t - время.where M 0 is the constant component of the moment; M 1 - the amplitude of the oscillations of the moment; ω 1 - the speed of the working body; t is time.
Для возмущающего воздействия (1), состоящего из постоянной и гармонической составляющих, соответствующее изображение Лапласа имеет видFor the disturbing action (1), which consists of constant and harmonic components, the corresponding Laplace image has the form
где s - комплексная переменная Лапласа; 
Минимизация последствий подобных возмущений позволяет значительно улучшить показатели качества систем автоматического управления скоростными режимами технологических установок. Снижение флуктуаций момента нагрузки и, как следствие, скорости рабочих органов технологических машин оказывает существенное влияние на качество выпускаемой продукции. При этом увеличивается точность изготовления деталей при металлообработке, стабилизируются геометрические размеры длинномерных материалов при обработке в поточных линиях (диаметр волокна или провода, толщина пленки и различных покрытий), нормируются их весовые показатели (плотность бумаги, ткани и др.), улучшается светопропускание оптических световодов и т.п.Minimizing the consequences of such disturbances can significantly improve the quality indicators of automatic control systems for high-speed modes of technological installations. Reducing fluctuations in the load moment and, as a consequence, the speed of the working bodies of technological machines has a significant impact on the quality of products. This increases the accuracy of manufacturing parts during metalworking, stabilizes the geometric dimensions of lengthy materials when processing in production lines (fiber or wire diameter, film thickness and various coatings), normalizes their weight indicators (paper, fabric, etc. density), improves optical transmission of optical fibers etc.
Известен «Способ каскадного автоматического регулирования» (источник - патент РФ №2127895, МПК 6 G05B 13/02, год опубликования 1999), заключающийся в том, что осуществляют измерение вспомогательного параметра объекта и стабилизацию его с помощью одноконтурной системы регулирования, измерение основного параметра объекта, стабилизации его с помощью астатической одноконтурной системы регулирования и формирования сигнала задания регулятору внутреннего контура, при этом устанавливают сигналы задания верхнего и нижнего допустимых значений вспомогательного параметра объекта для регулятора внутреннего контура и определяют на заданном интервале ошибку рассогласования для астатического регулятора внешнего контура, воздействующего посредством исполнительного устройства на объект в заданном интервале с помощью аналогового сигнала, определяемого законом регулирования астатического регулятора внешнего контура, при выходе вспомогательного параметра объекта из заданного интервала с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра объекта от верхнего и нижнего допустимых значений, а основного параметра объекта - от заданного значения, и одновременно отключают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура, формируют и сохраняют интегральную составляющую этого регулятора на уровне значения средней позиции выходного сигнала регулятора внутреннего контура, при возврате вспомогательного параметра объекта в заданный интервал одновременно отключают управляющее воздействие регулятора внутреннего контура и включают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура.The well-known "Method of cascade automatic regulation" (source - RF patent No. 2127895, IPC 6 G05B 13/02, publication year 1999), which consists in the fact that they measure the auxiliary parameter of the object and stabilize it using a single-loop control system, measure the main parameter of the object stabilizing it with the help of an astatic single-loop control system and generating a signal for setting the internal circuit controller, while setting signals for setting the upper and lower permissible values of auxiliary the actual parameter of the object for the internal circuit controller and determine, at a given interval, a mismatch error for the astatic controller of the external circuit, acting by means of an actuator on the object in the specified interval using an analog signal determined by the law of regulation of the astatic controller of the external circuit, when the auxiliary parameter of the object leaves the specified interval from the output of the internal circuit controller to the actuator serves a control action relay type with a sign that reduces the deviation of the auxiliary parameter of the object from the upper and lower permissible values, and the main parameter of the object from the set value, and at the same time turn off the control action of the astatic controller of the external circuit, form and save the integral component of this controller at the level of the value of the average output position the signal of the internal circuit controller, when the auxiliary parameter of the object is returned to the specified interval, the control air is simultaneously turned off The action of the controller of the internal circuit and include the control action of the astatic controller of the external circuit.
Способ решает поставленные перед ним задачи, но будучи построенным на релейном принципе работы, в некоторых случаях (например, при гармоническом виде возмущений) может привести к возникновению режима автоколебаний. Кроме этого, способ теряет свою работоспособность при отсутствии возможности измерения вспомогательного параметра, который в данном случае должен быть представлен моментом нагрузки на валу двигателя электромеханической системы.The method solves the tasks assigned to it, but being built on the relay principle of operation, in some cases (for example, with a harmonic form of disturbances) can lead to the emergence of a mode of self-oscillations. In addition, the method loses its functionality if it is not possible to measure an auxiliary parameter, which in this case should be represented by the load moment on the motor shaft of the electromechanical system.
Известен способ регулирования скорости и тока в электромеханической системе с электроприводом постоянного тока (источник - книга Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергия, 1979. - 616 с. (стр. 280, рис. 6-15)). Способ является примером построения системы подчиненного регулирования и заключается в том, что регулирование нескольких переменных в системе электропривода производят путем измерения скорости и тока двигателя постоянного тока, сравнения измеренного значения скорости с заданным и подачи сигнала рассогласования на регулятор скорости. Результирующее значение на выходе регулятора скорости считают задающим для регулятора тока, на который подают сигнал обратной связи по току. При этом влияние возможных колебаний момента нагрузки на вал исполнительного двигателя постоянного тока оценивают путем измерения выходного параметра (в данном случае - скорости). Тем самым компенсацию возмущения осуществляют после его воздействия на выходной параметр.A known method of controlling speed and current in an electromechanical system with a direct current electric drive (source - book Chilikin MG, Klyuchev VI, Sandler AS Theory of an automated electric drive: Textbook for universities. - M.: Energy, 1979.- 616 p. (P. 280, Fig. 6-15)). The method is an example of constructing a subordinate control system and consists in the fact that several variables in the electric drive system are controlled by measuring the speed and current of the DC motor, comparing the measured speed value with the set one and applying the error signal to the speed controller. The resulting value at the output of the speed controller is considered to be the setting for the current controller, to which a current feedback signal is supplied. In this case, the influence of possible fluctuations in the load moment on the shaft of the DC direct-drive motor is evaluated by measuring the output parameter (in this case, speed). Thus, the compensation of the disturbance is carried out after its impact on the output parameter.
Способ выполняет возложенные на него функции, но имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при необходимости компенсации влияния флуктаций момента нагрузки на выходную переменную (скорость исполнительного механизма) приходится значительно повышать быстродействие (динамическую точность) системы путем повышения коэффициента петлевого усиления. Это может привести к существенному ухудшению качества отработки управляющего воздействия или повышению токовых форсировок и соответствующему сокращению размеров линейной зоны работы системы, имеющей ограничение мощности силовых исполнительных органов.The method performs the functions assigned to it, but has a significant drawback, namely, that if it is necessary to compensate for the influence of fluctuations in the load moment on the output variable (speed of the actuator), it is necessary to significantly increase the speed (dynamic accuracy) of the system by increasing the loop gain. This can lead to a significant deterioration in the quality of working out the control action or an increase in current boosts and a corresponding reduction in the size of the linear zone of the system, which has a limitation of the power of the power executive bodies.
Наиболее близким к заявляемому является известный способ компенсации возмущений в установившемся режиме, именуемый как «принцип внутренней модели» (источник - книга Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с. (стр. 284-285)), который заключается в том, что управление осуществляют регулятором по скорости рабочего органа, для чего предварительно по результату анализа спектрограммы скоростей электромеханической системы, выделяют частоту наиболее существенного возмущения, с учетом этой частоты находят полином, формирующий математическую модель гармонического возмущения момента нагрузки, вводят этот полином сомножителем в знаменатель передаточной функции регулятора по скорости рабочего органа, а искажение передаточной функции электромеханической системы по управлению устраняют за счет воздействия внеконтурного формирователя.Closest to the claimed is a well-known method of compensating for disturbances in the steady state, referred to as the "principle of the internal model" (source - the book Goodwin G.K. Design of control systems / Goodwin G.K., Grebe S.F., Salgado M.E. - M .: BINOM. Laboratory of knowledge, 2004. - 911 p. (P. 284-285)), which consists in the fact that the control is carried out by the speed controller of the working body, for which preliminary, according to the analysis of the spectrogram of speeds of the electromechanical system, allocate the frequency of the most significant eniya, considering that frequency are polynomial forming a mathematical model of the harmonic disturbance load torque, is introduced as a factor in the polynomial of the denominator of the regulator organ of the working speed of the transfer function, and distortion of the transfer function of the electromechanical control systems eliminate effects due vnekonturnogo shaper.
При этом выходной сигнал регулятора по скорости рабочего органа будет содержать гармоническую составляющую, которая благодаря действию отрицательной обратной связи по скорости рабочего органа, замыкающей внешний контур регулирования, обеспечит противофазную компенсацию возмущения. Следует отметить, что регулятор и внеконтурный формирователь реализованы в виде материальных объектов (цифровых или аналоговых блоков), которые при наладке требуют установки внутренних параметров, соответствующих полиномам, синтезированным в процессе конструирования системы управления. Способ, выбранный за прототип, выполняет свои основные функции, требует измерения лишь выходной координаты объекта управления - угловой скорости вала рабочего органа.In this case, the output signal of the regulator for the speed of the working body will contain a harmonic component, which, due to the action of negative feedback on the speed of the working body, which closes the external control loop, will provide antiphase compensation of the disturbance. It should be noted that the controller and the off-circuit driver are implemented in the form of material objects (digital or analog blocks), which during commissioning require the installation of internal parameters corresponding to the polynomials synthesized during the construction of the control system. The method selected for the prototype performs its basic functions, it requires only the measurement of the output coordinate of the control object — the angular velocity of the shaft of the working body.
Основными недостатками предложенного технического решения являются недостаточная динамическая точность и высокие аппаратные или программные ресурсы, необходимые для реализации системы.The main disadvantages of the proposed technical solution are insufficient dynamic accuracy and high hardware or software resources necessary for the implementation of the system.
Известна следящая система автоматического управления с компенсацией неизмеряемых возмущений (патент РФ №2051401, МПК 6 G05B 11/01, год опубликования 1995). Следящая система содержит блок идентификации и формирования сигналов для компенсации возмущений и первый сумматор, причем выходы первого сравнивающего устройства и блока идентификации и формирования сигналов для компенсации возмущений подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого связан с входом усилителя и первым входом блока идентификации и формирования сигналов для компенсации возмущений, к остальным входам которого подсоединены выходы соответственно усилителя, второго сравнивающего устройства, последовательного корректирующего устройства, усилителя мощности и датчика обратной связи.Known tracking automatic control system with compensation for unmeasured disturbances (RF patent No. 2051401, IPC 6 G05B 11/01, publication year 1995). The tracking system comprises an identification and signal generation unit for compensating for disturbances and a first adder, the outputs of the first comparing device and an identification and signal generating unit for compensating for disturbances connected to the first and second inputs of the first adder, the output of which is connected to the input of the amplifier and the first input of the identification unit and generating signals to compensate for disturbances, to the remaining inputs of which the outputs of the amplifier, the second compa trinity, serial corrective device, power amplifier and feedback sensor.
Устройство выполняет свои основные функции, но обладает недостатком, присущим всем системам с наблюдателем Люенбергера, который является основой построения блока идентификации - низкой параметрической робастностью. Даже незначительная вариация параметров объекта управления, входящих в математическую модель, являющуюся основой блока идентификации, приводит к резкому снижению качественных показателей системы управления.The device performs its basic functions, but has the disadvantage inherent in all systems with the Luenberger observer, which is the basis for constructing the identification unit - low parametric robustness. Even a slight variation in the parameters of the control object included in the mathematical model, which is the basis of the identification unit, leads to a sharp decrease in the quality indicators of the control system.
Известна самонастраивающаяся система комбинированного регулирования (патент РФ №2022313, МПК 6 G05B 13/00, год опубликования 1994), содержащая регулятор, сумматоры, измеритель рассогласования, блок самонастройки, корректирующий фильтр, блоки умножения, управляемые ключи, блок памяти. Разомкнутый контур управления системы предназначен для компенсации контролируемых возмущений. Замкнутый контур регулирования формирует управление на основе результирующего отклонения выхода объекта от уставки. Блок самонастройки системы предназначен для работы в условиях редкоизмеряемого выхода объекта. Он повышает качество работы обоих контуров системы за счет стабилизации их коэффициентов передачи.Known self-adjusting system of combined regulation (RF patent No. 2022313, IPC 6 G05B 13/00, publication year 1994), containing a regulator, adders, a mismatch meter, a self-tuning unit, a correction filter, multiplication blocks, controlled keys, a memory block. The open loop control system is designed to compensate for controlled disturbances. A closed control loop forms control based on the resulting deviation of the object output from the setpoint. The self-tuning unit of the system is designed to operate in conditions of rarely measured output of the object. It improves the quality of work of both circuits of the system by stabilizing their transmission coefficients.
Система решает поставленные задачи, однако обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, в состав устройства-аналога необходимо ввести датчик контролируемого внешнего возмущения, что в ряде случаев затруднительно (в частности, при воздействии на электромеханическую систему такого возмущения, как момент статического сопротивления на валу электродвигателя). Во-вторых, наличие в контуре обратной связи блоков, производящих сложный логический анализ информации, элементов записи и хранения, блока задержки усложняет устройство и резко ухудшает его быстродействие. В-третьих, принцип работы блока самонастройки предполагает наличие временного интервала, когда управляющие и возмущающие воздействия системой игнорируются.The system solves the tasks, but has a number of significant drawbacks. Firstly, it is necessary to introduce a sensor of controlled external disturbance into the structure of an analog device, which is difficult in some cases (in particular, when a disturbance such as the moment of static resistance on the motor shaft is exposed to the electromechanical system). Secondly, the presence in the feedback loop of blocks producing a complex logical analysis of information, recording and storage elements, and a delay block complicates the device and sharply worsens its performance. Thirdly, the principle of operation of the self-tuning unit assumes the presence of a time interval when the control and disturbing influences of the system are ignored.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для компенсации возмущений (Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с, рис. 10.1). Структурная схема, иллюстрирующая работу способа и устройства-прототипа применительно к электромеханической системе с двигателем постоянного тока, приведена на фиг. 1. В состав структурной схемы введены внеконтурный формирователь 1, представляющий собой префильтр и предназначенный для устранения искажения передаточной функции электромеханической системы по управлению; первый элемент сравнения 2, который формирует на своем выходе сигнал ошибки, управляющий регулятором 3. Регулятор 3 замыкает отрицательную обратную связь по скорости рабочего органа и выполнен в виде блока, передаточная функция которого представляется отношением полиномов. Кроме этого, в составе системы имеется силовой преобразователь 4, который преобразует напряжение управления Uy на своем входе в напряжение U на якорной обмотке электродвигателя постоянного тока 5. Измерительный блок 6 предназначен для измерения скорости электродвигателя постоянного тока 5. Регулятор 3 и внеконтурный формирователь 1 реализованы в виде материальных объектов (цифровых или аналоговых блоков), которые при наладке требуют установки внутренних параметров, соответствующих полиномам, синтезированным в процессе конструирования системы управления.Closest to the proposed device is to compensate for disturbances (Goodwin G.K. Design of control systems / Goodwin G.K., Grebe S.F., Salgado M.E. - M .: BINOM. Laboratory of knowledge, 2004. - 911 p. , Fig. 10.1). A block diagram illustrating the operation of the method and the prototype device as applied to an electromechanical system with a DC motor is shown in FIG. 1. The out-of-
В качестве основных параметров, влияющих на работоспособность системы, часть из которых приведена на фиг. 1, выбраны:As the main parameters affecting the performance of the system, some of which are shown in FIG. 1, selected:
Uy, U - управляющее и выходное напряжение силового преобразователя;U y , U is the control and output voltage of the power converter;
Ia - ток якорной цепи электродвигателя постоянного тока;I a - current of the anchor circuit of a DC motor;
Ω - угловая скорость вала электродвигателя постоянного тока;Ω is the angular velocity of the shaft of the DC motor;
ΩН - номинальная угловая скорость вала электродвигателя постоянного тока;Ω N is the nominal angular velocity of the shaft of the DC motor;
МН - момент нагрузки (статического сопротивления).M N - load moment (static resistance).
Также здесь и далее приняты следующие обозначения параметров системы:Also hereinafter, the following notation for system parameters is adopted:
КСП и ТСП - коэффициент передачи и постоянная времени силового преобразователя;K SP and T SP - transmission coefficient and time constant of the power converter;
Ra и Та - активное сопротивление и постоянная времени якорной цепи электродвигателя постоянного тока;R a and T a - active resistance and time constant of the anchor circuit of a DC motor;
С - конструктивная постоянная двигателя постоянного тока;C is the design constant of the DC motor;
J - суммарный момент инерции ротора двигателя постоянного тока и рабочего органа;J is the total moment of inertia of the rotor of the DC motor and the working body;
i - передаточное отношение редуктора.i is the gear ratio of the gearbox.
Система имеет полиномиальный регулятор 3, в знаменатель передаточной функции которого введена, как показано выше, модель возмущения. Попытаемся синтезировать структуру регулятора 3 для электромеханической системы, построенной с применением двигателя постоянного тока 5, управляемого от силового преобразователя 4.The system has a
Для конкретности приняты следующие значения параметров объекта: КСП=22, ТСП=0,001 с, Ra=0,177 Ом, Та=0,02 с, Ωн=157 рад/с, С=1,37 Вб, J=0,2 кг⋅м2, i=10.For concreteness, the following values of the object parameters are taken: K SP = 22, T SP = 0.001 s, Ra = 0.177 Ohm, Ta = 0.02 s, Ωn = 157 rad / s, C = 1.37 Wb, J = 0.2 kg⋅m 2 , i = 10.
Пусть требуется обеспечить пуск электромеханической системы (ЭМС) на заданный уровень скорости Ω вала двигателя постоянного тока 5, равный 15,7 рад/с, что составляет 10% от номинальной скорости при монотонном характере переходного процесса и времени нарастания переходной характеристики системы в линейной зоне ее работы не более 50 мс. После пуска системе необходимо отработать возмущающее воздействие момента нагрузки, соответствующее уравнению (1) видаLet it be required to ensure that the electromechanical system (EMC) is started at a given level of speed Ω of the
при отсутствии перерегулирования, обеспечив заданное быстродействие и нулевую статическую ошибку по скорости от действия момента нагрузки.in the absence of overshoot, providing the specified speed and zero static error in speed from the action of the load moment.
Согласно принципу селективной инвариантности полином, формирующий математическую модель возмущения (1), определяется в данном случае в видеAccording to the principle of selective invariance, the polynomial that forms the mathematical model of perturbation (1) is determined in this case in the form
где s - комплексная переменная Лапласа, ω1=Ω/i - угловая скорость рабочего органа. Этот полином вводится сомножителем в знаменатель передаточной функции (ПФ) регулятора 3, а искажение передаточной функции ЭМС по управлению устраняется соответствующим внеконтурным формирователем 1. Регулятор 3 с такой моделью возмущения приобретает интегральную s и колебательную (s2+ω1 2) составляющие, которые в условиях действия отрицательной обратной связи (ОС) в совокупности обеспечивают астатизм 1-го порядка, т.е. нулевую статическую ошибку от действия постоянной составляющей момента, и противофазную компенсацию его гармонической составляющей в установившемся режиме работы. Появление дополнительных нулей ПФ системы по управляющему воздействию устраняется соответствующим внеконтурным формирователем 1 (префильтром).where s is the Laplace complex variable, ω 1 = Ω / i is the angular velocity of the working body. This polynomial is introduced by the factor into the denominator of the transfer function (PF) of
Объектом управления в данной системе являются последовательно соединенные силовой преобразователь 4 и электродвигатель постоянного тока 5. Передаточная функция объекта управления может быть представлена в виде отношения полиномов B(s) и A(s).The control object in this system are the
Для повышения робастных свойств синтезируемых систем автоматического управления (исключения появления положительных ОС или неминимально-фазовых звеньев в составе регуляторов) пренебрежем в расчетах относительно малой постоянной времени ТСП. В результате этого ПФ объекта управления принимает вид с передаточной функциейTo increase the robust properties of the synthesized automatic control systems (eliminating the appearance of positive OS or non-minimum phase units in the controllers), we neglect in the calculations the relatively small time constant T SP . As a result of this, the control object PF takes the form with a transfer function
Для полученной ПФ объекта управления по правилам полиномиального модального управления рассчитывают регулятор, используя уравнениеFor the obtained FS of the control object according to the rules of polynomial modal control, the controller is calculated using the equation
где E(s) и s⋅F(s) - полиномы числителя и знаменателя ПФ регулятора, причем F(s)=G(s)⋅V(s), V(s) - вспомогательный полином, обеспечивающий техническую реализуемость регулятора, D(s) - желаемый характеристический полином (ХП) синтезируемой системы.where E (s) and s⋅F (s) are polynomials of the numerator and denominator of the regulator's FS, and F (s) = G (s) ⋅V (s), V (s) is an auxiliary polynomial that ensures the technical feasibility of the controller, D (s) is the desired characteristic polynomial (CP) of the synthesized system.
Для этого в соответствии с заданными требованиями динамики формируют структуру и определяют параметры регулятора 3To do this, in accordance with the specified requirements, the dynamics form the structure and determine the parameters of the
Использование передаточной функции объекта управления обеспечивает более полный учет его особенностей и способствует повышению помехоустойчивости и параметрической грубости системы.Using the transfer function of the control object provides a more complete account of its features and contributes to increased noise immunity and parametric coarseness of the system.
Как видно из приведенного соотношения, порядок регулятора 3 с учетом внеконтурного формирователя 1 - восьмой. Это подтверждает наличие у прототипа недостатка в виде повышенной сложности при технической реализации как в цифровой, так и в аналоговой форме, что неизбежно приводит к высоким аппаратным или программным затратам.As can be seen from the above ratio, the order of
На фиг. 2 приведены результаты проведенного компьютерного моделирования прототипа с синтезированным регулятором 3. Они представлены переходным процессом угловой скорости Ω вала электродвигателя постоянного тока 5. Осуществляется пуск электродвигателя постоянного тока 5 на заданную скорость Ω, равную 10% от номинальной, что при известных параметрах системы составляет 15,7 рад/с. С учетом выбранного передаточного отношения редуктора i=10 это соответствует угловой скорости рабочего органа ω1=1,57 рад/с. После завершения переходного процесса пуска к валу электродвигателя постоянного тока 5 прикладывается момент нагрузки Мн выбранного вида 
Итак, выполняя возложенные на нее задачи, система демонстрирует недостаточную динамическую точность, обладает повышенной сложностью технической реализации регулятора. Последнее требует больших аппаратных или программных затрат при построении регулятора восьмого порядка как в аналоговой, так и в цифровой формах, снижает надежность системы, создает дополнительные проблемы при настройке системы на реальном объекте.So, performing the tasks assigned to it, the system demonstrates insufficient dynamic accuracy, has an increased complexity of the technical implementation of the regulator. The latter requires large hardware or software costs when constructing the eighth-order controller in both analog and digital forms, reduces the reliability of the system, creates additional problems when setting up the system on a real object.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении динамической точности и сокращении аппаратных или программных затрат при технической реализации системы.The technical result of the invention is to improve dynamic accuracy and reduce hardware or software costs in the technical implementation of the system.
Такой результат достигается за счет того, что в способе компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе управление осуществляют внешним контуром регулирования по скорости рабочего органа, для чего предварительно по результату анализа спектрограммы скоростей электромеханической системы выделяют частоту наиболее существенного возмущения, с учетом этой частоты находят полином, формирующий математическую модель гармонического возмущения момента нагрузки, используют этот полином при формировании передаточной функции внешнего контура регулирования по скорости рабочего органа, а искажение передаточной функции электромеханической системы по управлению устраняют за счет воздействия внеконтурного формирователя, математическую модель гармонического возмущения разделяют на интегральную и колебательную составляющие, колебания момента нагрузки дополнительно компенсируют по внутреннему контуру, представляющему собой обратные связи по напряжению, скорости и току, при формировании передаточной функции внутреннего контура используют интегральную составляющую математической модели гармонического возмущения, а колебательную часть математической модели гармонического возмущения учитывают при формировании передаточных функций полиномиального регулятора внешнего контура и внеконтурного формирователя, при этом передаточные функции элементов системы настраивают в два этапа, на первом из которых по желаемому полиному внутреннего контура, исходя из быстродействия в 5-7 раз выше заданного для системы в целом, определяют параметры элементов внутреннего контура, а на втором этапе по заданному быстродействию и желаемому характеристическому полиному синтезируемой системы формируют передаточные функции регулятора внешнего контура и внеконтурного формирователя.This result is achieved due to the fact that in the method of compensating for the influence of harmonic oscillations of the load moment in the electromechanical system, the control is carried out by an external control loop for the speed of the working body, for which the frequency of the most significant disturbance is first determined by the analysis of the spectrogram of speeds of the electromechanical system, taking into account this frequency, polynomial forming a mathematical model of harmonic perturbation of the load moment, use this polynomial when forming the transfer function of the external control loop in terms of speed of the working body, and the distortion of the transfer function of the electromechanical control system is eliminated due to the influence of the out-of-circuit shaper, the mathematical model of harmonic disturbances is divided into integral and vibrational components, the load moment fluctuations are additionally compensated for by the internal circuit, which is feedback voltage, speed and current, when forming the transfer function of the internal circuit they use the integral component of the mathematical model of harmonic perturbation, and the vibrational part of the mathematical model of harmonic perturbation is taken into account when forming the transfer functions of the polynomial external contour regulator and the out-of-circuit shaper, while the transfer functions of the system elements are set up in two stages, in the first of which, according to the desired polynomial of the internal contour, proceeding from performance 5-7 times higher than the set for the system as a whole, determine the parameters of the elements of the internal circuit pa, and at the second stage, according to the given speed and the desired characteristic polynomial of the synthesized system, the transfer functions of the external contour regulator and the out-of-circuit shaper are formed.
Технический результат достигается тем, что в устройство компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе, содержащее внеконтурный формирователь, подключенный к неинвертирующему входу первого элемента сравнения, выход которого соединен с регулятором, силовой преобразователь, подключенный к электродвигателю постоянного тока, соединенному с входом по скорости измерительного блока, а выход измерительного блока соединен обратной связью по скорости с инвертирующим входом первого элемента сравнения, введены второй элемент сравнения, третий элемент сравнения, безынерционное звено обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1, безынерционное звено обратной связи по току с коэффициентом передачи К2, безынерционное звено обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К3, интегратор с коэффициентом передачи К4, при этом выход регулятора подключен к неинвертирующему входу второго элемента сравнения, выход второго элемента сравнения подключен к входу интегратора, выход интегратора соединен с неинвертирующим входом третьего элемента сравнения, выход третьего элемента сравнения подключен к входу силового преобразователя, к выходу которого подключен вход по напряжению измерительного блока, соединенного входом по току с электродвигателем постоянного тока, первый выход измерительного блока через безынерционное звено обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1 соединен с первым инвертирующим входом третьего элемента сравнения, второй выход измерительного блока через безынерционное звено обратной связи по току с коэффициентом передачи К2 подключен ко второму инвертирующему входу третьего элемента сравнения, третий выход измерительного блока подключен к инвертирующему входу второго элемента сравнения и через безынерционное звено обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К3 подключен к третьему инвертирующему входу третьего элемента сравнения.The technical result is achieved in that in a device for compensating for the influence of harmonic oscillations of the load moment in an electromechanical system, containing an out-of-circuit driver, connected to a non-inverting input of the first comparison element, the output of which is connected to the controller, a power converter connected to a DC motor connected to the speed input the measuring unit, and the output of the measuring unit is connected by speed feedback with the inverting input of the first element The second comparison element, the third comparison element, the inertia-free voltage feedback link with a transmission coefficient K1, the inertia-free current feedback link with a transmission coefficient K2, the inertia-free speed feedback link with a transmission coefficient K3, an integrator with a transmission coefficient K4, wherein the controller output is connected to the non-inverting input of the second comparison element, the output of the second comparison element is connected to the integrator input, the integrator output is connected to the non-inverting input the third comparison element, the output of the third comparison element is connected to the input of the power converter, the output of which is connected to the voltage input of the measuring unit connected by the current input to the DC motor, the first output of the measuring unit through the inertia-free voltage feedback link with the transmission coefficient K1 is connected to the first inverting input of the third comparison element, the second output of the measuring unit through the inertia-free current feedback link with gear ratio K2 is connected to the second inverting input of the third comparing element, the third measuring unit output is connected to the inverting input of the second comparison element and through inertialess feedback link at a transmission speed ratio R3 is connected to a third inverting input of the third comparing element.
На фиг. 3 изображена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа, на фиг. 4 приведены результаты компьютерного моделирования работы устройства, реализующего заявляемый способ при тех же условиях и тех же режимах, которые выбраны для способа-прототипа.In FIG. 3 shows a block diagram of a device for implementing the proposed method, FIG. 4 shows the results of computer simulation of the device that implements the inventive method under the same conditions and the same modes that are selected for the prototype method.
Для фиг. 3 введены следующие обозначения: 1 - внеконтурный формирователь, первый элемента сравнения 2, регулятор 3; силовой преобразователь 4, электродвигатель постоянного тока 5, измерительный блок 6, второй элемент сравнения 7, интегратор 8, третий элемент сравнения 9, безынерционное звено 10 обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1, безынерционное звено 11 обратной связи по току с коэффициентом передачи К2, безынерционное звено 12 обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К3.For FIG. 3 the following notation is introduced: 1 - out-of-circuit former, the first element of
Устройство компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе (фиг. 3) содержит внеконтурный формирователь 1, подключенный к неинвертирующему входу первого элемента сравнения 2, выход которого соединен с регулятором 3, силовой преобразователь 4, подключенный к электродвигателю постоянного тока 5, соединенному с входом по скорости измерительного блока 6, выполненного с возможностью измерения напряжения силового преобразователя 4, тока и скорости двигателя постоянного тока 5. Выход измерительного блока 6 соединен обратной связью по скорости с инвертирующим входом первого элемента сравнения 2, второй элемент сравнения 7, третий элемент сравнения 9, безынерционное звено 10 обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1, безынерционное звено 11 обратной связи по току с коэффициентом передачи К2, безынерционное звено 12 обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К3, интегратор 8 с коэффициентом передачи К4, при этом выход регулятора 3 подключен к неинвертирующему входу второго элемента сравнения 7, выход второго элемента сравнения 7 подключен к входу интегратора 8, выход интегратора 8 соединен с неинвертирующим входом третьего элемента сравнения 9, выход третьего элемента сравнения подключен к входу силового преобразователя 4, к выходу которого подключен вход по напряжению измерительного блока 6, соединенного входом по току с электродвигателем постоянного тока 5, первый выход измерительного блока 6 через безынерционное звено 10 обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1 соединен с первым инвертирующим входом третьего элемента сравнения 9, второй выход измерительного блока 6 через безынерционное звено 11 обратной связи по току с коэффициентом передачи К2 подключен ко второму инвертирующему входу третьего элемента сравнения 9, третий выход измерительного блока 6 подключен к инвертирующему входу второго элемента сравнения 7 и через безынерционное звено 12 обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К3 подключен к третьему инвертирующему входу третьего элемента сравнения 9.A device for compensating for the influence of harmonic fluctuations in the load moment in an electromechanical system (Fig. 3) contains an off-
Способ осуществляют следующим образом. Первоначально для выбранной электромеханической системы производят снятие и исследование спектрограммы скоростей. Если спектрограмма была построена ранее, пользуются результатами проведенных исследований. На спектрограмме выделяют частоту наиболее существенного воздействия, которое приводит к возникновению доминирующего гармонического возмущения момента нагрузки на валу рабочего органа. По известной кинематической схеме механизма и выявленной частоте находят соответствующую угловую скорость рабочего органа ω1, которая позволяет вычислить математическую модель наиболее существенного возмущения, соответствующую уравнению (2). При этом в отличие от способа-прототипа полином (3), формирующий постоянную и колебательную составляющие математической модели возмущения (2), делится на интегральную и колебательную составляющие: s и (s2+ω1 2) соответственно.The method is as follows. Initially, for the selected electromechanical system, a speed spectrogram is removed and studied. If the spectrogram was built earlier, use the results of the studies. The frequency of the most significant effect, which leads to the appearance of a dominant harmonic perturbation of the load moment on the shaft of the working body, is isolated on the spectrogram. Using the well-known kinematic diagram of the mechanism and the detected frequency, the corresponding angular velocity of the working body ω 1 is found , which allows one to calculate the mathematical model of the most significant disturbance corresponding to equation (2). Moreover, in contrast to the prototype method, polynomial (3), which forms the constant and vibrational components of the mathematical model of perturbation (2), is divided into integral and vibrational components: s and (s 2 + ω 1 2 ), respectively.
Для достижения поставленного технического результата и организации процесса управления в состав системы кроме известного внешнего контура регулирования по основной координате (в данном случае - по скорости рабочего органа или жестко связанной с ней скорости электродвигателя постоянного тока), вводят внутренний контур регулирования.To achieve the technical result and the organization of the control process, in addition to the known external control loop along the main coordinate (in this case, according to the speed of the working body or the speed of the DC motor rigidly connected with it), an internal control loop is introduced.
Внутренний контур регулирования построен по принципу регулятора состояния (PC) по основным координатам объекта управления, таким как напряжение, ток, скорость электродвигателя постоянного тока, и организован с применением астатического PC с интегральной составляющей математической модели возмущения. Внутренний контур настраивается на быстродействие, в 5-7 раз превышающее заданные динамические требования, предъявляемые к всей системе в целом. Процедура настройки заключается в определении коэффициентов K1, К2, К3, и К4 обратных связей по выбранным координатам.The internal control loop is built on the principle of a state controller (PC) according to the main coordinates of the control object, such as voltage, current, speed of a DC motor, and is organized using an astatic PC with an integral component of a mathematical model of perturbation. The internal circuit is tuned for speed, 5-7 times higher than the specified dynamic requirements for the entire system as a whole. The setup procedure is to determine the coefficients K1, K2, K3, and K4 feedbacks on the selected coordinates.
Внешний конур строится по принципу полиномиального регулятора (ПР). При определении его параметров используется основное полиномиальное уравнение синтезаThe external circuit is built on the principle of a polynomial controller (PR). When determining its parameters, the basic polynomial synthesis equation is used
где P(s) и Q(s) - ХП и полином воздействия ПФ внутреннего контура, F(s) и E(s), как и в случае способа-прототипа, - полиномы знаменателя и числителя ПФ регулятора, D(s) - желаемый ХП синтезируемой системы.where P (s) and Q (s) are the CP and polynomial of the PF action of the internal circuit, F (s) and E (s), as in the case of the prototype method, are the polynomials of the denominator and numerator of the PF controller, D (s) - desired CP synthesized system.
В нашем случае характеристический полином (знаменатель передаточной функции регулятора) F(s) задается колебательной составляющей математической модели возмущенияIn our case, the characteristic polynomial (denominator of the transfer function of the regulator) F (s) is given by the vibrational component of the mathematical model of perturbation
Выбранное высокое быстродействие внутреннего контура с интегральным PC дает основание считать его безынерционным при синтезе внешнего ПР, т.е. принимать: P(s)=1, Q(s)=1, что значительно упрощает регулятор внешнего контура. Следовательно, после выбора желаемого ХП синтезируемой системы по выражению (6) можно определить числитель передаточной функции регулятора, сформировав основные элементы системы управления.The selected high-speed response of the internal circuit with integral PC gives grounds to consider it inertialess in the synthesis of an external PR, i.e. accept: P (s) = 1, Q (s) = 1, which greatly simplifies the controller of the external circuit. Therefore, after choosing the desired CP of the synthesized system, it is possible to determine the numerator of the transfer function of the regulator by expression (6), having formed the main elements of the control system.
Внеконтурный формирователь 1, исключающий искажение передаточной функции системы по управлению, выбирается аналогично прототипу.An off-
Проведем формирование элементов регулятора в направлении от внутреннего контура к внешнему, воспользовавшись теми же числовыми параметрами объекта управления и заданными требованиями к быстродействию системы, что и в прототипе.We will carry out the formation of the elements of the controller in the direction from the internal circuit to the external, using the same numerical parameters of the control object and the specified requirements for system speed as in the prototype.
Методом модального управления синтезируется астатический PC внутреннего контура, наделяемый быстродействием, в 7 раз превышающим заданное значение быстродействия системы. При заданном быстродействии системы в 50 мс это соответствует быстродействию внутреннего контура в 7 мс. В качестве желаемого для внутреннего контура принимается ХП Ньютона 4-го порядка P(s)=(s+940)4. с величиной среднегеометрического корня (СГК) Ω0Б=940 c-1, что соответствует выбранному быстродействию внутреннего контура. Полином P(s) наиболее соответствует монотонному переходному процессу, что отвечает требованиям к качеству переходных процессов в системе и удобно для дальнейшей аппроксимации внутреннего контура звеньями пониженного порядка. Расчет матрицы коэффициентов ОС внутреннего контура дает следующий результат: К=[-0.12 -0.82 -77.8 -18339]. Здесь К1=-0,12 - коэффициент передачи обратной связи по напряжению, К2=-0,82 - коэффициент передачи обратной связи по току, К3=-77,8 - коэффициент передачи обратной связи по скорости, К4=-18339 - коэффициент передачи интегратора. Эти значения позволяют выбрать параметры аналоговых или цифровых блоков системы при ее технической реализации.Using the modal control method, an astatic internal circuit PC is synthesized, endowed with a speed that is 7 times higher than the set value of the system speed. For a given system speed of 50 ms, this corresponds to an internal circuit speed of 7 ms. As desired for the internal circuit is adopted KP Newton 4th order P (s) = (s + 940) with the value of 4. The geometric mean root (SGK) Ω 0B = 940 c -1, which corresponds to the selected speed internal circuit. The polynomial P (s) is most consistent with a monotonic transient, which meets the requirements for the quality of transients in the system and is convenient for further approximation of the internal circuit by lower order links. The calculation of the matrix of coefficients of the OS of the internal circuit gives the following result: K = [- 0.12 -0.82 -77.8 -18339]. Here K1 = -0.12 is the voltage feedback transmission coefficient, K2 = -0.82 is the current feedback transmission coefficient, K3 = -77.8 is the speed feedback transmission coefficient, K4 = -18339 integrator. These values allow you to select the parameters of the analog or digital blocks of the system during its technical implementation.
При расчете внешнего ПР с колебательной составляющей модели возмущения используется основное полиномиальное уравнение синтеза (6).In calculating the external PR with the vibrational component of the perturbation model, the basic polynomial synthesis equation is used (6).
Высокое быстродействие внутреннего контура с интегральным PC дает основание считать его безынерционным при синтезе внешнего ПР, т.е. принимать: P(s)=1, Q(s)=1. Выбор полинома D(s) для внешнего контура производится из тех же соображений, что и полином P(s) для внутреннего контура системы. В соответствии с заданными требованиями динамики в качестве D(s) выбирается полином Ньютона 2-го порядка (s+80)2 с величиной СГК Ω0=80 с-1, что соответствует заданному быстродействию системы в 50 мс.The high speed of the internal circuit with integral PC gives reason to consider it inertialess in the synthesis of external PR, i.e. take: P (s) = 1, Q (s) = 1. The choice of the polynomial D (s) for the external contour is made from the same considerations as the polynomial P (s) for the internal contour of the system. In accordance with the specified requirements of the dynamics, the second-order Newton polynomial (s + 80) 2 with the GHG value Ω 0 = 80 s -1 is selected as D (s), which corresponds to a given system speed of 50 ms.
В этом случае уравнение синтеза (6) принимает следующий развернутый видIn this case, the synthesis equation (6) takes the following expanded form
1⋅(s2+1,572)+1⋅(e1s+e0)=(s+80)2.1⋅ (s 2 +1.57 2 ) + 1⋅ (e 1 s + e 0 ) = (s + 80) 2 .
Его решение для внешнего контура позволяет получить ПФ регулятора минимального порядка следующего видаIts solution for the external circuit allows you to get the PF controller of the minimum order of the following form
Внеконтурный формирователь 1 по аналогии со способом-прототипом устраняет появление дополнительных нулей ПФ системы по управляющему воздействию. Передаточная функция самого внеконтурного формирователя 1 выбирается с учетом передаточной функции регулятора и принимает видThe out-of-
Таким образом, порядок передаточной функции системы, организованной путем использования заявляемого способа с учетом порядка передаточной функции внеконтурного формирователя, - четвертый.Thus, the order of the transfer function of the system, organized by using the proposed method, taking into account the order of the transfer function of the out-of-circuit shaper, is the fourth.
Применение последовательности операций, характерных для заявляемого способа, привело к существенному упрощению технического исполнения регулятора, что при его технической реализации аналоговыми или цифровыми устройствами сокращает аппаратные или программные затраты. Это неизбежно приводит к повышению надежности, а при внедрении сокращает время наладки.The application of the sequence of operations characteristic of the proposed method has led to a significant simplification of the technical performance of the controller, which, when it is implemented by analog or digital devices, reduces hardware or software costs. This inevitably leads to increased reliability, and when implemented, reduces setup time.
Проанализируем результаты компьютерного моделирования синтезированного регулятора при тех же параметрах объекта, что и для способа-прототипа.Let us analyze the results of computer modeling of the synthesized controller with the same object parameters as for the prototype method.
Анализ фиг. 4 доказывает высокую эффективность работы системы при пуске, сопоставимую с результатами компьютерного моделирования способа-прототипа, приведенными на фиг. 2. При приложении внешнего возмущающего момента нагрузки после 1 секунды работы на установившейся скорости в 15,7 рад/с наблюдается существенное по сравнению с прототипом снижение динамической ошибки до 0,3 рад/с, что подтверждает улучшение динамической точности заявленной системы.The analysis of FIG. 4 proves the high efficiency of the system during startup, comparable with the results of computer simulation of the prototype method shown in FIG. 2. When an external disturbing load moment is applied after 1 second of operation at a steady speed of 15.7 rad / s, a significant decrease in dynamic error to 0.3 rad / s is observed in comparison with the prototype, which confirms an improvement in the dynamic accuracy of the claimed system.
Компенсация влияния возникающих колебаний момента нагрузки по рассматриваемому варианту способа осуществляется за счет того, что при возникновении таких колебаний происходит изменение угловой скорости вала электродвигателя постоянного тока 5, которое будучи введено в виде отрицательной обратной связи на вход регулятора 3, настроенного на гашение заданной частоты, компенсируется внешним и внутренним контурами системы автоматического управления. Внутренний контур системы, настроенный на высокое быстродействие в 5-7 раз выше заданного, включающий обратные связи по напряжению, току и скорости, а также интегратор, обеспечивает эффективную отработку постоянной составляющей возмущения, низкий порядок регулятора и способствует улучшению динамической точности.Compensation of the effect of the resulting fluctuations in the load moment in the considered variant of the method is carried out due to the fact that when such oscillations occur, the angular velocity of the shaft of the
Устройство компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе (фиг. 3) работает следующим образом. Устройство можно условно разделить на внеконтурный формирователь 1, внешний и внутренний контуры. Первоначально для выбранной электромеханической системы производят анализ и определение частоты наиболее существенного возмущения со стороны момента нагрузки на валу рабочего органа Мн. Эту процедуру производят по алгоритму, представленному в разделе, посвященном заявляемому способу, начиная от снятия и исследования спектрограммы скоростей до определения угловой скорости рабочего органа ω1, которая позволяет вычислить математическую модель наиболее существенного возмущения, соответствующую уравнению (2). В отличие от устройства-прототипа полученная модель возмущения делится на интегральную и колебательную составляющие. Колебательная составляющая вводится сомножителем в знаменатель передаточной функции регулятора 3, являющегося основным элементом внешнего контура регулирования. Синтез параметров внешнего контура представлен при описании работы способа.A device for compensating for the influence of harmonic oscillations of the load moment in the electromechanical system (Fig. 3) works as follows. The device can be divided into off-
Один из элементов устройства - внеконтурный формирователь 1 не входит ни в один из контуров и исключает искажение передаточной функции системы по управлению. Он представляет собой звено с передаточной функцией 1/E(s) и предназначен для коррекции влияния управляющего воздействия 
Элементы внешнего контура регулирования представлены в устройстве следующим образом:The elements of the external control loop are presented in the device as follows:
- первый элемент сравнения 2 вырабатывает на своем выходе сигнал ошибки ΔUΩ, представляющий собой разность сигналов UΩзф с выхода внеконтурного формирователя 1 и сигнала UΩ с выхода системы;- the first element of
- регулятор 3 выполнен в виде звена с передаточной функцией E(s)/F(s). Регулятор 3 и внеконтурный формирователь 1 реализованы в виде цифровых или аналоговых блоков, которые при наладке требуют установки внутренних параметров, соответствующих полиномам, синтезированным в процессе конструирования системы управления.-
Для организации процесса управления в состав системы, кроме известного внешнего контура регулирования по основной координате (в данном случае - по скорости рабочего органа или жестко связанной с ней скорости электродвигателя постоянного тока 5), вводят внутренний контур регулирования. Синтез параметров элементов внутреннего контура производят по методике, приведенной ранее для способа, причем при синтезе учитывают интегральную составляющую модели возмущения и задают быстродействие внутреннего контура в 5-7 раз выше требуемого быстродействия системы. Элементы внутреннего контура выполняют следующие функции:To organize the control process, in addition to the known external control loop along the main coordinate (in this case, according to the speed of the working body or the speed of the
- второй элемент сравнения 7 вырабатывает на своем выходе напряжение, представляющее собой разность напряжений Up с выхода регулятора 3 и UΩ, поступающее с третьего выхода измерительного блока 6 и сформированное измерительным блоком 6, исходя из текущего значения скорости Ω электродвигателя постоянного тока 5;- the
- интегратор 8, формирующий на своем выходе напряжение Uи, коэффициент передачи К4 интегратора 8, рассчитан при синтезе параметров элементов внутреннего контура;-
- третий элемент сравнения 9 вырабатывает на своем выходе напряжение UУ, равное разности напряжений- the third element of
Напряжения UU, UI, Uω поступают с первого, второго и третьего выходов измерительного блока 6 и являются источниками информации о напряжении силового преобразователя 4, тока электродвигателя постоянного тока 5 и его скорости. Эти величины необходимы для организации работы внутреннего контура регулирования;Voltages U U , U I , U ω come from the first, second and third outputs of the measuring
- силовой преобразователь 4 формирует на своем выходе напряжение U, поступающее на якорную обмотку электродвигателя постоянного тока 5, являющегося в данной системе элементом объекта управления;- the
- измерительный блок 6 с безынерционным звеном 10 обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1, безынерционным звеном 11 обратной связи по току с коэффициентом передачи К2 и безынерционным звеном 12 обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К3 предназначены для подключения соответствующих сигналов, информирующих систему об основных параметрах, характеризующих работу (напряжение силового преобразователя 4, ток и скорость электродвигателя постоянного тока 5), с первым, вторым и третьим инвертирующими входами третьего элемента сравнения 9 соответственно.- measuring
Допустим, угловая скорость рабочего органа ω1 электромеханической системы равна той, которая вызывает наиболее значимые гармонические колебания момента нагрузки на валу. Этот режим может быть достигнут путем подачи на вход устройства управляющего сигнала
Предлагаемое техническое решение позволяет улучшить динамическую точность и сократить аппаратные или программные затраты при технической реализации системы.The proposed technical solution improves dynamic accuracy and reduces hardware or software costs in the technical implementation of the system.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015125475A RU2608081C2 (en) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015125475A RU2608081C2 (en) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015125475A RU2015125475A (en) | 2017-01-10 |
| RU2608081C2 true RU2608081C2 (en) | 2017-01-13 |
Family
ID=57955611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015125475A RU2608081C2 (en) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2608081C2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114070156B (en) * | 2020-08-04 | 2023-06-23 | 美的威灵电机技术（上海）有限公司 | Motor control method based on rotation speed information, motor and storage medium |
| CN113791537B (en) * | 2021-08-03 | 2023-12-15 | 北京航空航天大学 | Electric steering engine servo system for overcoming clearance disturbance and control method thereof |
| CN114310874A (en) * | 2021-12-20 | 2022-04-12 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | Cooperative robot joint torque control method and system and computer equipment |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2146141A (en) * | 1983-08-17 | 1985-04-11 | Elevator Gmbh | Method and device for elevator dc drive motor stabilization |
| JPH078567B2 (en) * | 1986-01-17 | 1995-02-01 | メトロメディア・カンパニ− | Control circuit and control method for controlling amount of ejected ink drop |
| EP0701207A1 (en) * | 1994-09-08 | 1996-03-13 | Lucas Industries Public Limited Company | Failure detection mechanism for microcontroller based control system |
| WO2004077178A3 (en) * | 2003-02-28 | 2004-10-28 | Univ Coventry | Control system |
| US7184847B2 (en) * | 2004-12-17 | 2007-02-27 | Texaco Inc. | Method and system for controlling a process in a plant |
| RU2368934C2 (en) * | 2007-06-14 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU2414048C1 (en) * | 2010-01-20 | 2011-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation |
| RU2428735C1 (en) * | 2010-04-26 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Automatic control device of electromechanical system |
-
2015
- 2015-06-26 RU RU2015125475A patent/RU2608081C2/en active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2146141A (en) * | 1983-08-17 | 1985-04-11 | Elevator Gmbh | Method and device for elevator dc drive motor stabilization |
| JPH078567B2 (en) * | 1986-01-17 | 1995-02-01 | メトロメディア・カンパニ− | Control circuit and control method for controlling amount of ejected ink drop |
| EP0701207A1 (en) * | 1994-09-08 | 1996-03-13 | Lucas Industries Public Limited Company | Failure detection mechanism for microcontroller based control system |
| US5663713A (en) * | 1994-09-08 | 1997-09-02 | Lucas Industries Public Limited Company | Control system |
| WO2004077178A3 (en) * | 2003-02-28 | 2004-10-28 | Univ Coventry | Control system |
| US7184847B2 (en) * | 2004-12-17 | 2007-02-27 | Texaco Inc. | Method and system for controlling a process in a plant |
| RU2368934C2 (en) * | 2007-06-14 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU2414048C1 (en) * | 2010-01-20 | 2011-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation |
| RU2428735C1 (en) * | 2010-04-26 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Automatic control device of electromechanical system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015125475A (en) | 2017-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2576594C1 (en) | Method for automatic compensation of influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation | |
| RU2608081C2 (en) | Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation | |
| EP2105810A2 (en) | Apparatus and method for controlling a system | |
| RU2565490C1 (en) | Adaptive compensation method of influence of harmonic oscillations of moment of load in electromechanical system, and device for its implementation | |
| Nevaranta et al. | Online estimation of linear tooth belt drive system parameters | |
| JP6277428B2 (en) | Motor drive device | |
| CN101546172A (en) | Method and apparatus for controlling system | |
| Kumar et al. | Sensorless load torque estimation and passivity based control of Buck converter fed DC motor | |
| CN109462356A (en) | A kind of MFA control method of servo system for linear motor | |
| RU2648930C1 (en) | Method for elimination of influence of harmonic perturbations of load moment in electromechanical system | |
| Lu et al. | Secant iterative learning control of ultrasonic motor | |
| Stashinov | On the issue of control system adjustment of a direct current drive on the modular optimum. Part 1 | |
| RU2650341C1 (en) | Device for elimination of influence of harmonic perturbations of load moment in electromechanical system | |
| Dong et al. | Interpolating gain-scheduled H∞ loop shaping design for high speed ball screw feed drives | |
| Ding et al. | Neural-network-based adaptive robust precision motion control of linear motors with asymptotic tracking performance | |
| JP6930868B2 (en) | Servo control device, servo control method and system | |
| CN107659241B (en) | Servo motor control unit and method, computer-readable storage medium | |
| RU2659370C1 (en) | Device for electromechanical system management | |
| Papageorgiou et al. | Friction-resilient position control for machine tools—adaptive and sliding-mode methods compared | |
| Goubej | Kalman filter based observer design for real-time frequency identification in motion control systems | |
| RU2761780C1 (en) | Method for adaptive control of an electromechanical system with a harmonic load moment in a wide range of speeds and apparatus for implementation thereof | |
| Xu et al. | Robust μ parameterization with low tuning complexity of cascaded control for feed drives | |
| Lftisi et al. | A novel finite element controller map for intelligent control of induction motors | |
| Morales et al. | Experimental evaluation of an adrc law using a teaching platform | |
| Dovhopolyi et al. | Development of the program for self-tuning a proportal-integral-differential controller with an additional controlling action |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170802 |