RU2695804C1 - Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем - Google Patents
Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695804C1 RU2695804C1 RU2018104786A RU2018104786A RU2695804C1 RU 2695804 C1 RU2695804 C1 RU 2695804C1 RU 2018104786 A RU2018104786 A RU 2018104786A RU 2018104786 A RU2018104786 A RU 2018104786A RU 2695804 C1 RU2695804 C1 RU 2695804C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- proportional
- adder
- unit
- 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
-
- 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
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
-
- 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
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с синхронными исполнительными двигателями с постоянными магнитами на роторе. Техническим результатом является поддержание угла нагрузки близким к 90° и обеспечение максимального электромагнитного момента во всем скоростном диапазоне работы следящего электропривода с синхронным исполнительным двигателем. Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем содержит блок (1) задания, интегральный регулятор (2), пропорциональный регулятор (3), пропорционально-дифференциальный регулятор (4), силовой преобразователь (5), синхронный двигатель (6) с исполнительным механизмом (7), датчик (8) положения, блок (9) дифференцирования, пропорциональное звено (10), сумматоры (11 и 12), сумматор-вычитатель (13), блоки (14 и 15) сравнения, мультиплексор (16), блок (17) вычисления угла упреждения и датчик (18) положения ротора. Следящий электропривод позволяет поддерживать угол нагрузки близким к 90° и обеспечивать максимальный электромагнитный момент во всем скоростном диапазоне работы следящего электропривода с синхронным исполнительным двигателем. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с синхронными исполнительными двигателями с постоянными магнитами на роторе.
Наиболее близким по технической сущности является следящий электропривод (см. патент России №2605948, опубл. 10.01.2017, бюл. №1), содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом, датчик положения, блок дифференцирования, пропорциональное звено, сумматор, сумматор-вычитатель, два блока сравнения и мультиплексор.
Недостаток наиболее близкого по технической сущности следящего электропривода заключается в том, что при больших скоростях движения исполнительного механизма из-за инерционности цепи обмотки статора уменьшается угол нагрузки и момент, развиваемый синхронным исполнительным двигателем.
Технический результат достигается тем, что следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, синхронный двигатель с исполнительным механизмом, датчик положения, блок дифференцирования, пропорциональное звено, первый сумматор, сумматор-вычитатель, первый и второй блоки сравнения, мультиплексор и датчик положения ротора, причем первый выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход пропорционального регулятора соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход силового преобразователя соединен с синхронным двигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторыми входами интегрального и пропорционального регуляторов и входом блока дифференцирования, выход блока дифференцирования соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора и входом пропорционального звена, выход которого соединен с первыми входами первого сумматора и сумматора-вычитателя, второй выход блока задания соединен с вторыми входами сумматора и сумматора-вычитателя, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения и мультиплексора, выход которого соединен с первым входом силового преобразователя, выход первого сумматора соединен с вторыми входами первого блока сравнения и мультиплексора, выход сумматора-вычитателя соединен с вторым входом второго блока сравнения и третьим входом мультиплексора, выход первого блока сравнения соединен с четвертым входом мультиплексора, выход второго блока сравнения соединен с пятым входом мультиплексора, а датчик положения ротора соединен с валом синхронного двигателя, дополнительно снабжен блоком вычисления угла упреждения и вторым сумматором, причем выход блока дифференцирования соединен с входом блока вычисления угла упреждения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход датчика положения ротора соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом силового преобразователя.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет поддерживать угол нагрузки близким к 90° и обеспечивать максимальный электромагнитный момент во всем скоростном диапазоне работы следящего электропривода с синхронным исполнительным двигателем.
На фиг. 1 приведена функциональная схема следящего электропривода с синхронным исполнительным двигателем.
Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем (фиг. 1) содержит блок 1 задания, интегральный регулятор 2, пропорциональный регулятор 3, пропорционально-дифференциальный регулятор 4, силовой преобразователь 5, синхронный двигатель 6 с исполнительным механизмом 7, датчик 8 положения, блок 9 дифференцирования, пропорциональное звено 10, сумматоры 11 и 12, сумматор-вычитатель 13, блоки 14 и 15 сравнения, мультиплексор 16, блок 17 вычисления угла упреждения и датчик 18 положения ротора.
Первый выход блока 1 задания соединен с первым (прямым) входом интегрального регулятора 2, выход которого соединен с первым входом пропорционального регулятора 3. Выход пропорционального регулятора 3 соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора 4. Выход силового преобразователя 5 соединен с синхронным двигателем 6, кинематически связанным с исполнительным механизмом 7, оснащенным датчиком 8 положения, выход которого соединен с вторыми (инверсными) входами интегрального и пропорционального регуляторов 2 и 3 и входом блока 9диффе-ренцирования. Выход блока 9 дифференцирования соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора 4 и входом пропорционального звена 10, выход которого соединен с первыми входами сумматора 11 и сумматора-вычитателя 13. Второй выход блока 1 задания соединен с вторыми входами сумматора 11 и сумматора-вычитателя 13. Выход пропорционально-дифференциального регулятора 4 соединен с первыми входами блоков 14 и 15 сравнения и мультиплексора 16, выход которого соединен с первым входом силового преобразователя 5. Выход сумматора 11 соединен с вторыми входами блока 14 сравнения и мультиплексора 16. Выход сумматора-вычитателя 15 соединен с вторым входом блока 15 сравнения и третьим входом мультиплексора 16. Выход блока 14 сравнения соединен с четвертым входом мультиплексора 16. Выход блока 15 сравнения соединен с пятым входом мультиплексора 16. Датчик 18 положения ротора соединен с валом синхронного двигателя 6. Выход блока 9 дифференцирования соединен с входом блока 17 вычисления угла упреждения, выход которого соединен с первым входом сумматора 12. Выход датчика 18 положения ротора соединен с вторым входом сумматора 12, выход которого соединен с вторым входом силового преобразователя 5.
Блок 1 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Интегральный 2, пропорциональный 3, пропорционально-дифференциальный 4 регуляторы, блок 9 дифференцирования и пропорциональное звено 10 могут быть реализованы, например, по а.с. СССР №1649501, опубл. 15.05.91, бюл. №18 и выполнены, например, на микросхемах серии К555. Сумматоры 11 и 12, сумматор-вычитатель 13 и блоки 14 и 15 сравнения могут быть реализованы, например, на микросхемах К555ИМ6. Мультиплексор 16 может быть выполнен, например, на микросхемах К555КП12. Блок 17 вычисления угла упреждения может быть реализован, например, на микроконтроллере К1921ВК01Т, имеющем встроенные операции умножения, деления и математические библиотеки с вычислением тригонометрических функций. Силовой преобразователь 5 может быть реализован, например, в виде цифрового модулятора по патенту России №2517423, опубл. 27.05.14, бюл. №15, с силовым трехфазным транзисторным мостом на выходе.
8 качестве электродвигателя 6 может быть использована, например, любая синхронная машина с датчиком 18 положения ротора, например, 5FK70605AF71. Исполнительный механизм 7, например, может представлять собой стол координатно-расточного станка, соединенный с помощью ходового винта и муфты с валом синхронного электродвигателя 6. В качестве датчика 8 положения, например, может быть использована фотооптическая линейка BE 162 с соответствующим устройством оцифровки ее выходного сигнала.
Следует также отметить, что блок 1 задания параметров, интегральный 2, пропорциональный 3 пропорционально-дифференциальный 4 регуляторы, блок 9 дифференцирования, пропорциональное звено 10, сумматоры 11 и 12, сумматор-вычитатель 13, блоки 14 и 15 сравнения и мультиплексор 16 могут быть реализованы также программно на микропроцессорном контроллере.
Следящий электропривод работает следующим образом. В соответствии с величиной задающего сигнала, поступающего с первого выхода блока 1 задания, и сигнала датчика 8 положения интегральный регулятор 2 в совокупности с пропорциональным регулятором 3, блоком 9 дифференцирования и пропорционально-дифференциальным регулятором 4 формируют сигнал Nn∂ на первых входах мультиплексора 16 и блоков 14 и 15 сравнения. Одновременно на выходе пропорционального звена 10 формируется сигнал 
характеризующий ЭДС вращения, наводимую в электродвигателе и приведенную ко входу силового преобразователя 5. Этот сигнал подается на первые входы сумматора 11 и сумматора-вычитателя 13. С второго выхода блока 1 задания на вторые входы сумматора 11 и сумматора-вычитателя 13 в случае применения синхронной машины, работающей в режиме бесколлекторного двигателя постоянного тока подается сигнал 
пропорциональный максимально допустимому падению напряжения на активном сопротивлении R1 статорной обмотки под действием максимально допустимого тока I1max. При этом на выходе сумматора 11 получается сигнал 
а на выходе сумматора-вычитателя 13 - 
Выходной сигнал Nn∂ пропорционально-дифференциального регулятора 4 каждый такт вычислений сравнивается со значениями 
и 
получаемыми на выходах сумматора 11 и сумматора-вычитателя 13. Если 
то через мультиплексор 16 на вход силового преобразователя 5 проходит сигнал Nn∂. В случае, когда 
на вход силового преобразователя 5 подается цифровой код равный 
При 
через мультиплексор 16 проходит сигнал 
Силовой преобразователь 5 преобразует поступающий на него сигнал в напряжение на статоре синхронного двигателя 6. При этом вал электродвигателя начинает вращаться и приводит в движение исполнительный механизм 7, перемещение которого измеряется датчиком 8 положения. Движение продолжается до тех пор, пока величина сигнала с датчика 8 положения не сравняется с величиной задающего сигнала, поступающего с первого выхода блока 1 задания. При этом действия, производимые с помощью блоков 9-11, 13-16, позволяют ограничить ток в статорной обмотке синхронного электродвигателя 6 на уровне I1max.
Одновременно с действием всех перечисленных выше боков и элементов следящего электропривода блок 17 осуществляет вычисление угла упреждения, например, по формуле
где ω - скорость вращения ротора синхронного двигателя, пропорциональная сигналу с выхода блока 9 дифференцирования; T1 - электромагнитная постоянная времени цепи обмотки статора; Zn - число пар полюсов двигателя; knp - коэффициент приведения к дискретам датчика 18 положения ротора. Сумматор 12 производит вычисление угла
где θр - угол поворота ротора синхронного электродвигателя, измеряемый с помощью датчика 18 положения ротора.
Угол θ подается на второй вход силового преобразователя 5, который формирует трехфазную систему напряжений на статорных обмотках синхронного двигателя с учетом этого угла. В результате результирующий вектор потокосцепления статора синхронного двигателя всегда опережает вектор потокосцепления ротора на угол 90° (в сторону движения), обеспечивая максимальный момент двигателя во всех скоростных режимах.
Таким образом, предлагаемый следящий электропривод позволяет поддерживать угол нагрузки близким к 90° и обеспечивать максимальный электромагнитный момент во всем скоростном диапазоне работы следящего электропривода с синхронным исполнительным двигателем.
Claims (1)
- Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, синхронный двигатель с исполнительным механизмом, датчик положения, блок дифференцирования, пропорциональное звено, первый сумматор, сумматор-вычитатель, первый и второй блоки сравнения, мультиплексор и датчик положения ротора, причем первый выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход пропорционального регулятора соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход силового преобразователя соединен с синхронным двигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен со вторыми входами интегрального и пропорционального регуляторов и входом блока дифференцирования, выход блока дифференцирования соединен со вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора и входом пропорционального звена, выход которого соединен с первыми входами первого сумматора и сумматора-вычитателя, второй выход блока задания соединен со вторыми входами сумматора и сумматора-вычитателя, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения и мультиплексора, выход которого соединен с первым входом силового преобразователя, выход первого сумматора соединен со вторыми входами первого блока сравнения и мультиплексора, выход сумматора-вычитателя соединен со вторым входом второго блока сравнения и третьим входом мультиплексора, выход первого блока сравнения соединен с четвертым входом мультиплексора, выход второго блока сравнения соединен с пятым входом мультиплексора, а датчик положения ротора соединен с валом синхронного двигателя, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен блоком вычисления угла упреждения и вторым сумматором, причем выход блока дифференцирования соединен с входом блока вычисления угла упреждения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход датчика положения ротора соединен со вторым входом второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом силового преобразователя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104786A RU2695804C1 (ru) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104786A RU2695804C1 (ru) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2695804C1 true RU2695804C1 (ru) | 2019-07-29 |
Family
ID=67586520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018104786A RU2695804C1 (ru) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2695804C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724926C1 (ru) * | 2019-10-09 | 2020-06-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Электрический следящий привод |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998040801A1 (fr) * | 1997-03-12 | 1998-09-17 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Dispositif de commande de position |
| DE10220164A1 (de) * | 2002-05-06 | 2003-10-16 | Siemens Ag | Kunststoffverarbeitungsmaschine mit geberlosem Synchronmotor |
| EP1407958B1 (en) * | 2002-10-09 | 2007-11-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus for an electric power steering system |
| RU2358382C2 (ru) * | 2006-06-13 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Следящий электропривод с асинхронным электродвигателем |
| JP4281167B2 (ja) * | 1999-09-07 | 2009-06-17 | ブラザー工業株式会社 | 位置決め制御装置および位置決め制御方法 |
| US7872436B2 (en) * | 2003-05-22 | 2011-01-18 | Abb Ab | Control method for a robot |
| RU2489798C1 (ru) * | 2012-03-07 | 2013-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Следящий электропривод |
| RU2605948C2 (ru) * | 2015-04-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Следящий электропривод |
-
2018
- 2018-02-07 RU RU2018104786A patent/RU2695804C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998040801A1 (fr) * | 1997-03-12 | 1998-09-17 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Dispositif de commande de position |
| JP4281167B2 (ja) * | 1999-09-07 | 2009-06-17 | ブラザー工業株式会社 | 位置決め制御装置および位置決め制御方法 |
| DE10220164A1 (de) * | 2002-05-06 | 2003-10-16 | Siemens Ag | Kunststoffverarbeitungsmaschine mit geberlosem Synchronmotor |
| EP1407958B1 (en) * | 2002-10-09 | 2007-11-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus for an electric power steering system |
| US7872436B2 (en) * | 2003-05-22 | 2011-01-18 | Abb Ab | Control method for a robot |
| RU2358382C2 (ru) * | 2006-06-13 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Следящий электропривод с асинхронным электродвигателем |
| RU2489798C1 (ru) * | 2012-03-07 | 2013-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Следящий электропривод |
| RU2605948C2 (ru) * | 2015-04-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Следящий электропривод |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724926C1 (ru) * | 2019-10-09 | 2020-06-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Электрический следящий привод |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104052361B (zh) | 用以补偿转矩脉动的电机控制系统 | |
| US6639371B2 (en) | Method and system for controlling start of a permanent magnet machine | |
| US8736217B2 (en) | Servo motor control device for controlling servo motor configured to drive feed axis of machine tool | |
| US8698434B2 (en) | Motor control device that controls d-axis current of permanent magnet synchronous motor | |
| US9228509B2 (en) | Motor control apparatus that generates preload torque value as function of motor acceleration | |
| CN109874396B (zh) | 逆变器控制装置以及电动机驱动系统 | |
| KR20020014506A (ko) | 유도 전동기의 벡터 제어 시스템 | |
| KR20180030132A (ko) | 드라이브 시스템 및 인버터 장치 | |
| Oo et al. | Modelling and control of an open-loop stepper motor in Matlab/Simulink | |
| RU2695804C1 (ru) | Следящий электропривод с синхронным исполнительным двигателем | |
| Awaze | Four quadrant operation of BLDC motor in MATLAB/SIMULINK | |
| JP6223283B2 (ja) | バルブ制御装置およびバルブ制御方法 | |
| JP2016100994A (ja) | モータ制御装置及び発電機制御装置 | |
| Comanescu | Implementation of time-varying observers used in direct field orientation of motor drives by trapezoidal integration | |
| WO2020261756A1 (ja) | 電動工具 | |
| RU2605948C2 (ru) | Следящий электропривод | |
| JP2011067066A (ja) | 永久磁石形同期電動機の制御装置 | |
| Kumar et al. | Robust design and analysis with wide speed operation of surface mounted PMSM drive | |
| JP2007116768A (ja) | 電動機付ターボチャージャ用回転検出装置 | |
| JP7311759B2 (ja) | 回転機の制御装置 | |
| JP5186352B2 (ja) | 電動機の磁極位置推定装置 | |
| CN107528517B (zh) | 旋转电机的控制方法 | |
| JP6707050B2 (ja) | 同期電動機の制御装置 | |
| RU2625720C1 (ru) | Устройство для управления двигателем двойного питания | |
| JP6621052B2 (ja) | 永久磁石形同期電動機の制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210208 |