SU1099370A1

SU1099370A1 - D.c. drive

Info

Publication number: SU1099370A1
Application number: SU823481341A
Authority: SU
Inventors: Яков Маркович Лифшиц; Валерий Аркадьевич Ратмиров; Яков Борисович Розман; Анатолий Николаевич Климов
Priority date: 1982-08-17
Filing date: 1982-08-17
Publication date: 1984-06-23

Abstract

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с датчиком скорости, подключенный к преобразователю, сумматор, первый вход которого соединен с источником задающего сигнала, второй - с выходом датчика скорости, а выход через релейный регул тор скорости св зан с входом преобразовател , отличающийс тем, что, с целью повышени точности и улучшени энергетических показателей привода, в него введены интегратор-ограничитель включенный между выходом релейного регул тора скорости и входом преобразовател , а также формирователь сигнала переключени , состо щий из интегратора и масштабного усилител с трем входами, причем выход сумматора соединен с входом интегратора и первым входом масштабного усилис тел , второй вход которого соединен € с выходом интегратора, третий - с (Л выходом интегратора-о1 раничител , а выход масштабного усилител соединен с входом релейного регул тора скорое ти. со ;о со A DC ELECTRIC DRIVE containing a motor with a speed sensor connected to a converter, an adder, the first input of which is connected to a source of a driving signal, the second to the output of a speed sensor, and the output through a relay speed regulator connected to the converter input, characterized in that in order to increase the accuracy and improve the drive energy performance, an integrator-limiter is inserted in it between the output of the relay speed controller and the input of the converter, as well as A switching signal consisting of an integrator and a large-scale amplifier with three inputs, the output of the adder is connected to the input of the integrator and the first input of the large-scale amplification of the body, the second input of which is connected to the output of the integrator, the third input (L output of the integrator-o1 suppressor, and the output of the large-scale amplifier is connected to the input of the relay speed regulator. с; о со

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в общепромьаиленных электроприводах посто нного тока, где требуетс высо ка точность отработки заданной ско рости и инвариантность к возмущгиощим воздействи м, в частности в элек троприводах станков с ЧПУ. Известен электропривод посто нно го тока, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, регул тор скорости, второй сумматор, регул тор тока, преобразователь, электро двига1 ель и датчик скорости, выход которого подключен к первому входу сумматора, датчик тока кор , выход которого соединен с вторым входом второго сумматора t13. Недостаток этого электропривода визка точность поддержани заданной скорости при действии внешних возмущений. Наиболее близким по технической сущности к изЬбретеиюо вл етс . электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель с датчиком скорости, подключенный к преобразова телю, сумматор, первый вход которого соединен с источником задающего сигнгша , второй - с выходсж датчика скорости, а выход через релейный регул тор скорости св зан с входом преобразовател . Кроме того, электропривод содержит релейный регул ;тор тока, датчик тока, датчик производной тбка и датчик ускорени . Использование двух релейных регул торов в указанном электроприводе позвол ет реёшизовать ско 1ьз щий режим (СР)управлени , что повьшает Д1й амическую точность при отработке заданной скорости. Дл реализации СР в данном приводе используютс дифференциаторы тока и скорости 23 Однако получить точные сигнгшы о производных тока и скорости невозможно , так как применение дифференциаторов требует включени фильтров высокочастотных пймех,. что искажает полезный сигнал на входах регул тора скорости и, в особенности, регул тора тока, вследствие чего частотапереключений регул тора тока в СР низка . Таким образом, режим работы в ,л етс автоколебательным,что приводит к колебани м тока и скорости около их средних значений. Следовательно, недостатки известного электропривода - низкие энергетические показатели и статическа точность, Цель изобретени - повБшеиие точности и улучшение энергетических показателей электропривода посто н ного тока. Указанна цель достигаетс тем, что в электропривод посто нного тока содержащий электродвигатель с датчиком скорости, подключенный к преоб- разователю, сумматор, первый вход которого соединен с источником задающего сигнала, второй - с выходом датчика скорости, а выход через релейный регул тор скорости св зан с входом преобразовател , введены интегратор-ограничитель , включенный между выходом релейного регул тора скорости и входом преобразовател , а также формирователь сигнала переключени , состо щий из интегратора и масштабного усилител с трем входами, причем выход сумматора соединен с входом интегратора и первым входом масштабного усилител , второй вход которого соединен с выходом интегратора, третий - с выходом интегратора-ограничител , а выход масштабного усилител соединен с входом релейного регул тора скорости . На чертеже представлена схема устройства. Электропривод посто нного тока содержит электродвигатель 1 с датчиком 2 скорости, подключенный к преобразователю 3, сумматор 4, первый вход которого соединен с источником 5 задающего сигнала, второй - с выходом датчика скорости, а выход через релейный регул тор 6 скорости св зан с входом преобразовател 3. В электропривод введены интеграторограничитель 7, включенный между выходом релейного регул тора б скорости и входом 3 преобразовател , а также формирователь 8 сигнала переключени , состо щий из интегратора 9 и масштабного усилител 10 с трем входами. Выход сумматора 4 соединен с входом интегратора 9 и первым входом масштабного усилител 10, второй вход которого соединен с выходом интегратора 9, третий - с выходом интегратора-ограничител 7, а выход масштабного усилителр 10 соединен с входом релейного регул тора б скорости . Электропривод работает следующим образом. Регул тор б скорости (релейный элемент) через интегратор-ограничитель 7 и преобразователь 3 осуществл ет стабилизацию скорости двигател 1 под действием обратной св зи по скорости, сигнал которой вырабатываетс датчиком 2 скорости.. На первый и второй цходы сумматора 4 поступают сигналы о текущем значении скорости п с датчика 2 скорости и сигналы, пропорциональные заданному п значению скорости, а на его выходе формируетс сигнал рассогласовани Лп п т п, пропорционгшьный ошибке управлени , который затем интегрируетс интегратором 9. Оба сформированных сигнала, а также выходное напр жение интегратора-ограничител - 7 поступают на входы усили тел 10, на выходе которого,формиру етс сигнал переключени S, равный (пз-п|Л + К(п,, (f) где п, п - сигналы, пропорциональ ные текущему и заданному значению скорости; и - напр жение на выходе интегра тора-ограничител ; , К - посто нные коэффициенты . Можно показать, воспользовавшись основным уравнением двигател посто нного тока, что сигнал переключёни S в случае посто нных заданной скорости и момента нагрузки представ л ет собой линейную комбинацию сиг-, налов, пропорциональных ошибке управлени , ее интегралу, первой и второй производной и посто нной величины , определ емой заданным зн чением скорости и значением момента ;нагрузки. А именно, сигнал переключени определ етс выражением -s-кЬ 1 L . ( ) (3- H Vnr-/(v l-R-l-т-Г JV/jM S W k W k г/ к к K Jdndt+ IC2 -4 Mn + . Ум.,,ф, - сигналы пропорционал где m , ные моменту нагрузки двигател моменту нагрузки; J.- момент инерции; Т, посто нные времени двигател ; K - коэффициент противо-ЭДС; К - коэффициент усилени преоб разовател 3. Как видно из выражени (2), функци переключени построена в соответствии с методами теории сис тем с разрывнымуправлением, в кот рых реализуютс скольз щие режимы управлени . Действительно, при упр лении объектом п-го пор дка дл ор ганизации скольз щего режима требу с сформировать функцию переключен представл ющую собой линейную комб нацию ошибки управлени и ее произ водных до (п - 1)-го пор дка 5 + C,2/J) + ...+ Cr,4)( где С, ..., С - посто нные коэффициенты;I X - ошибка управлени . В данном электроприводе разрывное управление прикладываетс к объекту 3-го пор дка.Поэтому функци переключени относительно ошибки управлени dn должна включать производные до 2-го пор дка. + Cjdm-tCjdri. Выражение (2) при К, О, VM,.. ,Tл , ---)-, ; K 2 отключитс от указанного выражени дл функции переключени только на величину (...М, т.е. при кусочно-посто нных сигналах Dj, m на посто нную величину. Дл компенсации возникающей в св зи с этим посто нной установившейс ошибки управлени в выражение дл .функции переключени , используемой IB рассматриваемом электроприводе, вводитс дополнительный интегральный 11 (sлdt При этом элекчлен 1 тропривод обладает астатизмом как по задающему сигналу n;j , так и по возмущающему т| {интегральный член функции переключени формируетс интегратором 9). При отсутствии задающего сигнала (nj 0) релейный регул тор 6 пер еключаетс из одного положени в другое с высокой Частотой за счет обратной св зи по сигналу переключени , т.е. работает в СР, поддержива значение S О на выходе формировател 8 сигнала переключени . При по влении задающего сигнала (пз 0) сигнал переключени S в соответствии с (2) принимает положительное или отрицательное значение, что приводит к установке регул тора 6 в соответствующее устойчивое состо ние, т.е. на его выходе устанавливаетс посто нный сигнал. Этот сигнал через интегратор-ограничитель 7 управл ет напр жением преобразовател 3,обеспечива разгон электродвигател 1. При этом его скорость приближаетс к заданному значению в режиме предельного быстродействи . Одновременно сигнал переключени S возвращаетс к нулевому значению. В момент времени, когда этот сигнал становитс равным нулю (), регул тор 6 оп ть переводитс в скольз щий режим , т.е. переключаетс с высокойThe invention relates to electrical engineering and can be used in conventional direct current electric drives, where a high precision of working out a given speed and invariance to disturbances, in particular, in electric drives of CNC machines is required. A direct current drive is known, comprising a first adder, a speed controller, a second adder, a current controller, a converter, an electric motor and a speed sensor, the output of which is connected to the first input of the adder, a current sensor core whose output is connected to the second the input of the second adder t13. The disadvantage of this electric drive is the accuracy of maintaining a given speed under the action of external disturbances. The closest to the technical essence of the invention is. A DC motor containing a motor with a speed sensor connected to the converter, an adder, the first input of which is connected to the source of the master signal, the second is connected to the output of the speed sensor, and the output through the relay speed regulator is connected to the input of the converter. In addition, the drive contains a relay current controller, a current sensor, a derivative sensor, and an acceleration sensor. The use of two relay controllers in the specified electric drive makes it possible to solve the skimming mode (CP) of the control, which increases the D1ymic accuracy when working at a given speed. However, it is not possible to obtain accurate signals on the derivatives of current and speed, since the use of differentiators requires the inclusion of high-frequency filters. which distorts the useful signal at the inputs of the speed controller and, in particular, the current regulator, as a result of which the frequency switchings of the current regulator in the CP are low. Thus, the operation mode is self-oscillatory, which leads to current and speed fluctuations around their average values. Therefore, the disadvantages of the known electric drive are low energy indices and static accuracy. The purpose of the invention is to improve the accuracy and improve the energy indices of the direct current electric drive. This goal is achieved by the fact that the DC motor contains a motor with a speed sensor connected to a converter, an adder, the first input of which is connected to the source of the master signal, the second one is connected to the output of the speed sensor, with the converter input, an integrator-limiter is inserted, connected between the output of the relay speed controller and the converter input, as well as a switching signal generator consisting of an integrator and a scale device divisor with three inputs, the output of the adder is connected to the input of the integrator and the first input of scaling amplifier, a second input coupled to an output of the integrator, the third - the output of the integrator with limiter and the output of scaling amplifier connected to the input of the relay controller speed torus. The drawing shows a diagram of the device. The DC motor contains a motor 1 with a speed sensor 2 connected to a converter 3, an adder 4, the first input of which is connected to the source 5 of the master signal, the second - to the output of the speed sensor, and the output through a relay speed regulator 6 3. An integrator limiter 7, connected between the output of the relay speed controller b and the input 3 of the converter, as well as the switching signal generator 8, consisting of the integrator 9 and the scale amplifier 10, are entered in the electric drive. rem inputs. The output of the adder 4 is connected to the input of the integrator 9 and the first input of the scale amplifier 10, the second input of which is connected to the output of the integrator 9, the third - to the output of the integrator-limiter 7, and the output of the scale amplifier 10 is connected to the input of the relay speed controller b. The drive works as follows. The speed controller b (relay element) through the integrator-limiter 7 and converter 3 stabilizes the speed of the engine 1 under the action of speed feedback, the signal of which is produced by speed sensor 2 .. The first and second times of the adder 4 receive signals about the current value speed n from speed sensor 2 and signals proportional to a given speed value n, and at its output a mismatch signal L n n n n is generated, proportional to the control error, which is then integrated by integrator 9. Both The generated signals, as well as the output voltage of the integrator-limiter - 7, are fed to the force inputs of the bodies 10, the output of which generates a switching signal S equal to (pz-n | L + K (n ,, (f) where n, n - signals proportional to the current and setpoint speeds, and - voltage at the output of the limiter integrator;, K - constant factors.You can show, using the basic equation of the DC motor, that the switch signal S in the case of constants of a given speed and the load moment is linear to the combination of signals proportional to the control error, its integral, the first and second derivatives, and a constant value determined by a given value of speed and moment value; load. Namely, the switching signal is defined by the expression -s-kB 1 L. () (3- H Vnr - / (v lRl-t-D JV / jM SW k W k r / k k K Jdndt + IC2 -4 Mn +. Umm., F, are proportional signals where m, is the load motor load moment; J.- moment of inertia; T, constant engine time; K - counter-emf coefficient; K - gain factor of converter 3. As can be seen from expression (2), the switching function is constructed in accordance with the systems theory methods with discontinuous control, in which sliding control modes are implemented. Indeed, when the object is of the first order to be controlled, to create a sliding mode, it is necessary to form u is switched representing a linear combination of control error and its derivatives up to (n - 1) -th order 5 + C, 2 / J) + ... + Cr, 4) (where C, ..., C - constant coefficients; IX - control error. In this drive, discontinuous control is applied to the object of the 3rd order. Therefore, the switching function relative to the control error dn must include derivatives up to the 2nd order. + Cjdm-tCjdri. Expression (2) with K, O, VM, .., T, ---) -,; K 2 is disconnected from the indicated expression for the switching function only by a magnitude (... M, i.e., with piecewise constant signals Dj, m by a constant value. To compensate for the permanent steady-state control error in this the expression for the switching function used by the IB of the drive in question is introduced by an additional integral 11 (sldt. In this case, the elec tlic drive 1 has astatism both from the specifying signal n; j and from the disturbing m | {the integral term of the switching function is formed by the integrator 9). In the absence of a master signal (nj 0), the relay controller 6 switches from one position to another at a high Frequency due to feedback on the switching signal, i.e., operates in the CP, maintaining the value S O at the output of the switching signal generator 8. When a master signal appears (pz 0), the switching signal S in accordance with (2) takes a positive or negative value, which leads to the setting of the regulator 6 in the corresponding stable state, i.e. a permanent signal is set at its output. This signal through the integrator-limiter 7 controls the voltage of the converter 3, providing acceleration of the electric motor 1. At the same time, its speed approaches the set value in the mode of maximum speed. At the same time, the switch signal S returns to zero. At the point in time when this signal becomes zero (), the controller 6 is again shifted to the sliding mode, i.e. switches from high

частотой, обеспечива поддержание . При этом в соответствии с (2) движение описываетс дифференциальным уравнениемfrequency, providing maintenance. In this case, in accordance with (2), the motion is described by the differential equation

+ +

ДГЧIDGCHI

где Лп Hj- п - ошибка управлени where Lp Hj- p - control error

Коэффициенты К,K factors

К2/ К выбираютс так, чтобы в. скольз щем режиме обеспечивалс желательный характер приближени ошибки к нулю. Аналогич но устройство работает и при приложении к электродвигателю 1 нагрузки Как только возникает момент нагрузки (П1ц, 0) (Сигнал переключени в соответствии с (2) принимает полО жительное или отрицательное значение. На выходе регул тора 6 устанавливаетс посто нный сигнал, который через интегратор-ограничитель 7 управл ет напр жением преобразовател 3, обес печива возрастание тока кор элек тродвигател 1, компенсирующего момент нагрузки. При этом ток кор K2 / K is chosen so that c. the sliding mode provided the desired nature of the error approaching zero. Similarly, the device also operates when a load is applied to the motor 1. As soon as a load torque (P1c, 0) occurs (the switching signal according to (2) takes a positive or negative value. At the output of the regulator 6 a constant signal is set, which through the integrator limiter 7 controls the voltage of the converter 3, providing an increase in the current of the electric motor 1, which compensates for the moment of load.

растет в режиме предельного быстродействи . Одновременно сигнал переключени S возвращаетс к нулевому значению и в момент времени, когда он вновь становитс равным нулю, регул тор 6 начинает работать в СР, а движение описываетс уравнением (2а), т.е. носит желательный характер .grows in speed limit mode. At the same time, the switching signal S returns to zero and at the point in time when it again becomes equal to zero, controller 6 begins to work in CP, and the movement is described by equation (2a), i.e. is desirable.

Интегратор-ограничитель 7 ограничивает скорость изменени управл ющего сигнала на входе преобразовател 3. до уровн , определ емого допустимым значением динамического уравнительного тока.The integrator-limiter 7 limits the rate of change of the control signal at the input of the converter 3. to a level determined by the allowable value of the dynamic equalizing current.

В СР релейный регул тор 6 эквивалентен усилителю с бесконечнЕлм коэффициентом усилени , в результате чего система эквивалентна астатической как по заданному, так и по возмущающему воздействию.In CP, the relay controller 6 is equivalent to an amplifier with an infinite gain factor, as a result of which the system is equivalent to an static one in terms of both a predetermined and disturbing effect.

Таким образом, введение интегратора-ограничителд и формировател сигнала переключени позволило избежать дифференцировани сигналов скорости и тока электродвигател , что повышает точность и энергетические показатели электропривода.Thus, the introduction of the integrator limiter and the switching signal generator made it possible to avoid differentiating the speed and current signals of the electric motor, which increases the accuracy and energy performance of the electric drive.

Claims

A DC electric drive containing an electric motor with a speed sensor connected to a converter, an adder, the first input of which is connected to a source (088.8)

Unified by the electric drive ¹ 'Metallurgy ¹ ', the driving signal, the second - with the output of the speed sensor, and the output through the speed relay is connected to the input of the converter, characterized in that, in order to improve accuracy and improve the energy performance of the drive, an integrator-limiter is introduced into it connected between the output of the speed controller and the input of the converter, as well as a switching signal driver, consisting of an integrator and a scale amplifier with three inputs, the output of the adder being connected n to the input of the integrator and the first input of scaling amplifier, a second input coupled to the output g of the integrator, the third - the output of the integrator with limiter and the output of scaling amplifier connected to the input of the relay controller speedy minute.