SU1072223A1

SU1072223A1 - Positioning d.c.drive

Info

Publication number: SU1072223A1
Application number: SU813361894A
Authority: SU
Inventors: Игорь Витальевич Суковатин; Петр Михайлович Ручкин; Борис Николаевич Минеев
Original assignee: Нижнетагильский металлургический комбинат им.В.И.Ленина
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1984-02-07

Abstract

ПйЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержсшшй электродвигатель посто нного тока, корна обмотка которого подключена к управл емому преобразователю, с последовательно соединенными задатчи- - ком и регул тором положени , задатчиком интенсивности, регул торами част.оты вращени и тока в его цепи управлени , а также функциональный преобразователь с квгц ратичной эгшисимостыо выходного напр жени от входного, выхсщ которого подключен к входу регул тора положени , при этом входы регул торов соеди нены соответственно с датчиками положени , частоты вращени и тока, отличающийс тем, что, с целью повышени точности остановки электродвигател в конце отработки задани и увеличени быстродействи электроприрода, регул тор положени выполнен в виде сумматора с релейной характеристикой, входы которого сл соединены дополнительно с выходами датчиков частоты вращени и тока, а вход функционального преобразовател соединен с выходом задатчика интенсивности. ю ю ю соDC POWERING ELECTRIC DRIVE, containing a direct current motor, the main winding of which is connected to a controlled converter, with a serially connected setting unit and a positioner, an intensity setting unit, rotational frequency controllers and a current in its control circuit, and also a functional converter with an eVc of ratizing output voltage from the input, the output of which is connected to the input of the position regulator, while the inputs of the regulators are connected respectively with d Position tweaks, rotational speeds and currents, characterized in that, in order to improve the accuracy of stopping the motor at the end of the task and increasing the speed of the electric drive, the position controller is designed as an adder with a relay characteristic, whose inputs are additionally connected to the outputs of the rotational speed sensors and current, and the input of the functional converter is connected to the output of the intensity control. yu yu so

Description

Изобретение относиГс к электротехнике , а именно к позиционнь электролриводам посто нного тока, и может быть использовано в электроприводах прокатных станов,.The invention relates to electrical engineering, in particular to positioning DC electric drives, and can be used in electric drives of rolling mills.

Известен позиционный электропривщ посто нного тока, содержащий посл.едовательнб соединенные электродвигатель посто нного тока с датчиками скорости,:положени и тока,управл ёьшй щзеобразователь, регул торы тока, скорости, задатчик интенсивности , регул тор положени и задатчйк положени 1.A positional DC electric device is known, which contains the last connected motor of direct current with speed sensors,: position and current, control generator, current regulators, speed, intensity setting device, position control and setting position 1.

Наиболее близким к предлагаемому по технической С1«ан6сти и достигаемому результату вл етс позиционны электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель посто нного тока, корна обмотка которого подключена к управл емому преобразователю , с последовательно соединенными задатчиком и регул тором положени , задатчиком интенсивности и регул торами частоты вращени и тока в его .цепи управлени , а также функциональный преобразователь с квадратичной зависимостью выходного напр жени от входного, выход которго подключен к входу регул тора положени , при этом входы регул торов соединены соответственно с датчиками положени , частоты вращени и тока 2 .The closest to the proposed technical C1 "6" and the achieved result is a positional DC motor containing a DC motor, the main winding of which is connected to a controlled converter, with serially connected setting device and position controller, intensity setting device and frequency regulators rotation and current in its control circuit, as well as a functional converter with a quadratic dependence of the output voltage on the input, the output of which is connected to the input of the position controller, while the inputs of the regulators are connected respectively with the position, rotation frequency and current sensors 2.

Недостатком этого электропривода вл е1с зависимость качества переходных процессов от уровн сигнала задани tta путь электродвигател . Поэтому дл обеспечени одинакового перерегулировани в переходных процессах по пути при отработке перемещений с треугольным графиком скорости перемещени коэффициент усилени регул тора положени реализуетс J в виде нелинейной функции рассогласовани , имеющей параболическую зависимость . Однако нелинейный регул тор положени , имеющий параболическую характеристику при работе устройства с трапециедальныг графиком скорости, обусловливает увеличение перерегулировани и колебательности в переходном процессе. Кроме того, коэффициент усилени регул тора положени , имеющего параболическую характеристику , уменьшаетс с ростом рассогласовани по пути,ЧТо увеличивает врем реверса при переходе в режим торможени , снижа быстродействие электропривода. При этом предполагаетс , что изменение скорости при тсчрмс кении привода в конце отработки рассогласовани происходит по линейному закону и не принимаетс во внимание инерционность внутренних контуров регулировани системы привода и состо ние остальных координат скстема (тока, выходного напр жени згшатчика интенсивности).The disadvantage of this electric drive is the dependence of the quality of transients on the signal level of the task tta the path of the electric motor. Therefore, in order to provide the same overshoot in transients along the way, when working out movements with a triangular plot of displacement speed, the position control gain factor J is implemented as a non-linear error function having a parabolic relationship. However, a nonlinear position controller, having a parabolic characteristic when the device is operating with a trapezoidal velocity graph, causes an increase in overshoot and oscillation in the transient process. In addition, the gain of a position adjuster with a parabolic characteristic decreases with increasing mismatch along the way, WHAT increases the reversal time when switching to braking mode, reducing the speed of the electric drive. In this case, it is assumed that the change in speed at drive spacing at the end of the mismatch processing occurs according to a linear law and does not take into account the inertia of the internal control circuits of the drive system and the state of the remaining coordinates of the system (current intensity output voltage).

Эти упрощени привод т к тому, что момент начала торможени в конце отработки рассогласовани выбираетс с некотсфым упреждением, не завис шцим от реашьного состо ни координат системы, и завершение отработки рассогласовани протекает по некоторому (экспоненциальному) закону зат гива переходный процесс.These simplifications lead to the fact that the moment of the start of braking at the end of the mismatch working out is selected with some kind of prediction, not depending on the real state of the system coordinates, and the end of the working out of the mismatch proceeds according to some (exponential) law of delaying the transient process.

Таким образом, недостаток прототипа заклшчаетс в том, что система управлени стрснхтс в предположении ЧТО процесс замедлени привода протекает во времени линейно и при зтом не учитываетс состо ние других коорда1нат- системы и ине рционностй внутренних контуров регулировани , что снижает быстродействие привода, особенно при малых и средних рассогласовани х и не обеспечивает точной остановки электродвигател в конце .отработки задани .Thus, the disadvantage of the prototype is due to the fact that the control system is under the assumption that the process of slowing down the drive proceeds linearly in time and, at the same time, does not take into account the state of other coordinate systems and the speed of the internal control circuits, which reduces the speed of the drive, especially at low and medium mismatch and does not provide an accurate stop of the motor at the end of the task.

Цель изобретени - повышение точности остановки электродвигател в конце отработки задани и увеличение «йлстродействи электропривода путем исключени перерегулировани по положению и сокращени времени отработки згщанного перемещени , что достигаетс совмертньт учетом инерционности контуров привода и текущего состо ни координат система (тока, скорости, положени и v. выгодного напр жени задатчика интенсивности ) ..The purpose of the invention is to improve the accuracy of the motor stop at the end of the task and increase the drive speed by eliminating overshoot in position and reducing the time it takes to work out the movement, which is achieved by taking into account the inertia of the drive circuits and the current state of the system (current, speed, position and v). favorable voltage intensity setting) ..

Указанна цель достигаетс тем, что в позиционном электроприводе посто нного тока, содержащем электродвигатель посто нного тока, корна обмотка которого подключена к управл емотну преобразователю, с последовательно соединенными задатчиком и регул тором положени , задатчиком интенсивности, регул торами частоты вращени и тока в его цепи управлени , а также функциональный преобразователь с квадратичной зависимостью выходного напр жени от входного , выход которого подключен к входу регул тора положени , при этом входа регул торов соединены соответственно с датчиками положени , частоты вращени и тока, регул тор положени выполнен в виде сумматора с релейной характеристикой, входы которого соединены дополнительно с выходами датчиков, частоты вращени и тока, а вход функционального преобразовател соединен с выходом задатчика интенсивности.This goal is achieved by the fact that in a positional direct current motor containing a direct current motor, the root winding of which is connected to a control converter, with a serially connected setting device and position controller, intensity setting device, speed controllers and current in its control circuit as well as a functional converter with a quadratic dependence of the output voltage on the input, the output of which is connected to the input of the position regulator, while the input regulator They are connected respectively to the position, rotation frequency and current sensors, the position controller is designed as an adder with a relay characteristic, the inputs of which are additionally connected to the outputs of the sensors, rotation frequency and current, and the input of the function converter is connected to the output of the intensity setter.

На чертеже приведена блок-схема электропривода..The drawing shows a block diagram of the actuator ..

Позиционный электропривод посто нного тока содержит электродвигатель 1 посто нного тока, корна обмотка которого подключена к управ л емому преобразователю 2, с. последовательно соединенныьш зё1датчЕиком 3 и регул тсфом 4 положени , задат чик(л«( 5 интенсивности, регул орадш б и 7 частоты вращени и тока в цеп его управлени / а также функциональ ный преобразователь 8с квадратичной згшисимостыо выходаого напр жени от входного, выход которого под ключен к входу регул тора 4 положени , при этом входы Е егул торов сое динены соответственно с датчиками 9 10 и 11 полс сени , частоты вращени и тока. Регул тор 4 положени выпол нен в виде сука «атора с релейной характеристикой , входы которого соеди нены дополнительно с выходами датчи ков 10 и 11 частоты вращени и тока а вход функционального преобразователи 8 соединен с выходом задатчика 5 интенсивности. Электропривод работает следующем образом. Регул тор 4 положени реализует релейную функцию управлени U(x) -U| siijnF(x . где F(x) - функци переключени оптимального по быстродействию управлени , имеюща вид PUlse N Vi V гиТ Выражение F(х) получено в резуль тате решени задачи оптимального по быстродействию управлени динамичес кой системой . . 2 3-«2X2-V3 V4 x -UoSi%H-x Oy где X, - рассогласование между зада ным и истиным положением управл емого механизма; Х- - скорость привода; X,-- ток кор двигател рениеГ привода; х - выходное напр жение задатчика интенсивности. Система дифференциальных уравнений (1) - (4) описывает динам ку си темы привода, состо щей из контура скорости, содержащего в себе контур регулировани тока двигател , и задатчика интенсивности. Ксдатур .скорости имеет передаточную функцию 2VV., где р -. оператор Лапласа; k .г- коэффициент усилени систе Т - некомпенсируема посто нна времени систекы, и содержит в себе следующие блоки: датчик 10 частоты .вращени , электродвигатель 1, датчи ( уско11 тока, силовсА управл емый преобразователь 2, например тиристорный, регул тор 7 тока и регул тсч 6 .часTOi i вращени . В соответствии с передаточной функцией ксжтура скорости коэффициенты систе С1 дифференциальных уравнений определ ют из вьфажений Vt Задатчик интенсивности преобразует выход ое напр жение регул тора 4 положени его скачкообразном изменении в линейно измен кнцеес выходное напр жение х(t) до установивщегос значени и описываетс уравнением (4). Функциональный преобразователь 8 прербразует выходное напр жение задатчика интенсивности в квадрат с учетом знака Хд (8гЧ +5 4Первое уравнение систеки дифференциальных уравнений описывает св зь между скоростью и перемещением . Через X., обозначено заданное рассогласование x.,x,+x2, где х истинное пол кение привода, заданное положение привода. Регул тор 4 положени может Сйать выполнен, например, в виде двух последовательно соединенных операционных усилителей, входы первого из которых соединены с выходами датчика 11 тока (на который подан сигнал х - ток кор электродвигател ) , датчика 9 положени (на который подаетс сигнал ) t датчика 10 частоты враицени , функционального преобразовател (на который подаетс сигнал х - выходной сигнал задатчика 5 интенсивности). Датчик 11 тока, датчик 9 положени , задатчик 3 положени , датчик 10 частоты вращени и функциональный преобразователь формируют выходные напр жени соответственно; выходное напр жение обратной св зи датчика тока; иосп выходное напр жение обратной св зи датчика положени ; Ujn- выходное напр жение задатчика положени ; UQ- - выходное напр жение обратной св зи датчика частоты вращени ; Uocin выходное напр жение обратной св зи задчика интенсивности . Дл получени релейной или близкой к. релейной характеристики регул тора положени 4 сопротивление обратной св зи второго усилител принимаетс значительно большим входного сопротивлени . Обозначим а . . Н, осп 1 и -к X Эп осп 1301А осс -Чг2 VsM--%v,4S4 4 где К, - переда ост rf зй точные коэффициенты.соответствую1вд1Х звеньев 11, 9, 10 и 8. В исходном состо нии системы в начальный момент времени на вход системы подаетс задакнцее напр жение соответствующее зада;нию х . Тогда на выходе первого усилител регул тора 4 положени второй усилитель регул тора 4 положени войдет в насый{ение и на его в ходе получим Up -a si T Rxl-U w nU n . (М, Под воздействием этого напр жени выходное напр жение задатчика 5 интенсивности начнет линейно возрас тать, вЬзыва соотв€ тствующий рост скорости и уменьшение рассогласовани nOi пути. по мере роста (по абсолютной величине ) Uocc достиг осэи « снижени рассогласовани ( иj j-Upj.,, ) выходное напр жение , P{xl будет стремитьс к нулю,и второйусилитель регул тора 4 положени будет стремитьс выйти из насьацени . В некоторый момент времени алгебраическа Сумма напр жений обратной св зи (с учетом соответствующих коэффициентов), окажетс равной нулю, а затем сменит знак () . В сийу этого обсто тельства и вы также смеходное напр жение нит знак. .С этого момента начинаетс торможение двигател привода. Так как функций Р(х) описывает поверхность переключени оптимального по быстродействию управлени системой (1) (4), то момент начала торможени автоматически выбираетс с учетом инер ционности контура тока и скорости системы привода за счет наличи отрицательных обратных св зей по скорости и току (ускорению) на 1входе ре гул тора положени Следует отметить,что, начина с момента.торможени , регул тор 4 поло жени в соответствии с теорией оптимального управлени вынуждает систему скользить вблизи поверхности переключени оптимального управлени , . (7} Разрешив это выражение относитель ное х, получим, что выходное напр жение задатчика интенсивности при 1тимальности управлении должно изме н тьс по закону (не учитыва знак выражени тока) Vп. 1« /и,3 Бели не учитывать инерционность контура тока и скорости (положив ), получим широко распространенное выражение дл построени регул тора положени , x;5i,x K y;r;-si nx .(9) Принципиальное отличие оптим;ального управлени от управлени по закону„ . (. (° заключаетс в том, что момент начала торможени при оптимальном управлении задаетс несколько раньше, чем при неоптимальном, при этом учитываютс как параметры настройки контуров скорости, и тока (k, U.,-, Т) , так и текущие значени скорости и тока (х, Xj) привода. С момента начала торможени Up больше нул (теоретически на бесконечно малую величину), а напр жение Upn устанавливаетс на уровне ограничени второго усилител (например, 24 В) . Напр жение задатчика ин-генсивности . стремитс по линейному закону к значению х.-24 В, скорость привода с некоторым запаздыванием следует за ВЫХОДНЫМ напр жением задатчика интенсивности . В момент достижени напр жением эадатчика интенсивности нулевого значени значение Upn остаетс больше нул и значение Х4 продолжает измен тьс в сторону отрицательных значений. При достижении выходным напр жением за атчика интенсивности некоторого отрицательного значени выходное напр жение первого усилител регул тора положени вновь измен ет знак и значение Upn снова становитс равным 24 В. Напр жение Хл, начина с этого момента, стреитс к:нулю одновременно со скоростью и током двигател . Таким образом, за последнего переключени управл ющего воздейсти Upn происходит одновременное гаение выходного напр жени задатчика нтенсивности, частоты вращени и то-, ка двигател , чем обеспечиваетс останов привода после отработки заданного рассогласовани . Последнее утверждение теоретичеси неточно, так как при оптимальном правлении Колебательной системой точный переход в нуль координат осу ствл етс за большее, хот и конечое число переключений. Однако пракически переходные процессы заканчиваютс после двух-трех переключений.The positional DC motor contains a DC motor 1, the root winding of which is connected to the controlled converter 2, p. serially connected by the sensor 3 and the controller 4 position, set (LF (5 intensity, control B and 7 rotation frequency and current in its control circuit), as well as the functional converter 8c quadratic dependence of the output voltage from the input, which output It is connected to the input of the 4th position controller, while the E inputs of the controllers are connected to sensors 9 10 and 11 of the field, rotation frequency and current respectively. The 4 position controller is made in the form of a switch with a relay characteristic, the inputs of which are connected extra With the outputs of the sensors 10 and 11 of the rotational speed and current, the input of the functional converter 8 is connected to the output of the intensity setting device 5. The electric drive works as follows: The position controller 4 implements the relay control function U (x) -U | siijnF (x. where F (x) is the function of switching the time-optimal control, having the form PUlse N Vi V giT The expression F (x) is obtained as a result of solving the problem of the time-optimal control of the dynamic system. . 2 3- 2X2-V3 V4 x -UoSi% H-x Oy where X, is the mismatch between the target and true position of the controlled mechanism; X- - drive speed; X, is the current of the engine rng drive; x is the output voltage of the intensity control unit. The system of differential equations (1) - (4) describes the dynamics of a drive system consisting of a speed loop containing a motor current control loop and an intensity control unit. Ksdatur. Speed has a transfer function of 2VV., Where p -. Laplace operator; k .g - system gain T; nonconsolvable constant of the system time; it contains the following blocks: sensor 10 of the rotational speed, electric motor 1, sensors (high current, voltage-controlled converter 2, for example, thyristor, current regulator 7 and in accordance with the transfer function of the speed velocity, the coefficients of the system C1 of the differential equations are determined from the outflows Vt. The intensity setter converts the output voltage of the regulator 4 to its sudden change in linear The output voltage x (t) changes to a steady state value and is described by equation (4). Functional converter 8 interrupts the output voltage of the intensity setter in a square, taking into account the sign Xd (8HF + 5 4) The first equation of the system of differential equations describes the relationship between speed and displacement X., denotes the specified misalignment x., X, + x2, where x is the true position of the drive, the given position of the drive. The position regulator 4 may Syat is made, for example, in the form of two serially connected operational amplifiers, the inputs of the first of which are connected to the outputs of the current sensor 11 (to which the signal x is the motor core current), to the position sensor 9 (to which the signal is applied) t Frequency transducer 10 is imparted, functional transducer (to which signal x is delivered - output signal of intensity setter 5). A current sensor 11, a position sensor 9, a position setting device 3, a rotational frequency sensor 10, and a function converter form the output voltages, respectively; output voltage of the current sensor feedback; The output voltage of the position sensor feedback voltage; Ujn is the output voltage of the setpoint adjuster; UQ- is the output voltage of the rotational speed sensor feedback; Wocin is the output voltage feedback of the intensity feedback. In order to obtain a relay or close to the relay characteristic of the position 4 regulator, the feedback resistance of the second amplifier is adopted by a much larger input resistance. Denote as. . H, OSP 1 and -K X OSP OSP 1301A OSS -CH2 VsM -% v, 4S4 4 where K, is the exact coefficients of the corresponding coefficients of the 11, 9, 10 and 8. In the initial state of the system in the initial the moment of time at the input of the system is given by the lateral voltage corresponding to the task x; Then, at the output of the first amplifier of the regulator 4 position, the second amplifier of the regulator 4 of the position will enter the input {{x}} and in the course of it we get Up-a si T Rxl-U w nU n. (M, Under the influence of this voltage, the output voltage of the intensity regulator 5 will begin to increase linearly, resulting in a corresponding increase in speed and a decrease in the mismatch of the nOi path. .,) the output voltage, P {xl, will tend to zero, and the second amplifier of position controller 4 will tend to exit. At some point in time, the algebraic sum of the feedback voltages will be equal to Zero and then change sign (). In this situation and you are also adjacent voltage nit sign. At this point, the drive motor braking begins. Since the functions P (x) describe the switching surface of the optimal speed control system (1) (4), the moment of the start of braking is automatically selected taking into account the inertia of the current loop and the speed of the drive system due to the presence of negative feedbacks on speed and current (acceleration) at the first input of the position controller. It should be noted that, starting from the moment of brake voltage, the controller 4 polo voltage according to the optimal control theory compels the system to slide near the surface of the optimal control switching. (7} By resolving this expression relative x, we get that the output voltage of the intensity ramp when the control is at the minimum should vary according to the law (not taking into account the expression of the current) Vп. 1 «/ и, 3 Bely ignore the inertia of the current contour and speed (putting), we obtain a widespread expression for the construction of a position controller, x; 5i, x K y; r; -si nx. (9) The principal difference between the optimal; real control and the control according to the law ". (. (° is that the start of braking with optimal control is set several times less than non-optimal, this takes into account both the settings of the speed contours and current (k, U., -, T), as well as the current values of the speed and current (x, Xj) of the drive. Since the start of braking Up, more than zero ( theoretically, an infinitely small value), and the voltage Upn is set at the level of the second amplifier limit (for example, 24 V). The voltage of the intensity control unit tends linearly to the value x.-24 V, the drive speed with a certain delay follows OUTPUT voltage intensity control. When the voltage of the intensity sensor reaches zero, the value of Upn remains greater than zero and the value of X4 continues to change towards negative values. When the output voltage of the atomic voltage reaches a certain negative value, the output voltage of the first position regulator amplifier again changes sign and the value of Upn again becomes 24 V. The voltage Chl, starting from this moment, tends to: zero simultaneously with the speed and current engine Thus, during the last switching of the control effect Upn, the output voltage of the intensity, rotation frequency and motor current is simultaneously quenched, which ensures that the drive is stopped after working out the specified error. The last statement is theoretically inaccurate, since with optimal control of the Oscillating system, an exact transition to the zero of the coordinates results in a larger, albeit finite number of switchings. However, practical transients end after two to three switchings.

710722238710722238

Таким образом, в предлагаемомвне электропривода заданного перемеэлектроприводе за счет исключени пе-щени и обеспечиваетс точна остаререгулировани по положению и сохра-новка электродвигател . Общее Thus, in the proposed electric drive of a predetermined electric drive by eliminating the scrolling, an accurate adjustment of the position and maintenance of the electric motor is ensured. General

нени времени отработки заданного пе-врем торможени сокращаетс less time spent working out a given pe-braking time is reduced

ремещени увеличиваетс быстродейст-на 20%.displacement increases at a speed of 20%.

Claims

A DC POSITIVE ELECTRIC DRIVE, containing a DC motor, the anchor winding of which is connected to a controlled converter, with a servo- and position controller, a speed controller, speed and current controllers in its control circuit, and a quadrature-dependent functional converter the output voltage from the input, the output of which is connected to the input of the position controller, while the inputs of the regulators are connected respectively to the sensors position, rotational speed and current, so that in order to increase the accuracy of stopping the motor at the end of the task and increase the speed of the electric drive, the position controller is made in the form of an adder with a relay characteristic, the inputs of which are connected additionally with the outputs of the speed and current sensors, and the input of the functional converter is connected to the output of the intensity adjuster.

yu yu oe