SU1108593A2 - Электропривод с подчиненным регулированием параметров - Google Patents

Abstract

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ПОДЧИНЕННЬМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ по авт. св. № 813645, отличающийс  тем, что, с целью стабилизации динамических характеристик электропривода, в него введены последовательно соединенные дифференцирующее звено и сумматор, а порого- . вый элемент выполнен управл емым, при этом вход дифференцирующего звена подключен к датчику скорости, второй вход введенного сумматора соединен с датчиком тока, а выход сумматора св зан с управл ющим входом порогового элемента. (Л С 00 ел г

Description

2. Электропривод по п. 1, о т пичающийс  тем, что пороговый элемент содержит инвертирующий усилитель и элемент смещени , соединенный с управл ющим входом порогового элемента и подключенный своим выходом к входу суммирующего усилител , выход которого соединен с

двум  входами нелинейного элемента, с одним непосредственно, а с другим через инвертирующий усилитель, третий вход нелинейного элемента  вл етс  входом порогового элемента, а его выход соединен с входом выпр мител , выход которого служит выходом порогового элемента.

I

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к управлению автоматизированными электроприводами посто нного тока, и может быть использовано в электроприводах подач метал лорежущих станков.

По основному авт. св. № 813645 известен электропривод с подчиненным регулированием параметров, содержащи преобразователь, питающий  корь элек тродвигател , систему управлени  с последовательно включенными пропорционально-интегральными регул торами скорости и тока, ключевой элемент включенный параллельно конденсатору репи обратной св эи регул тора скорости , а также соединенньй с задатчиком и датчиком скорости блок сравнени , пороговый элемент, блок фиксации насьпцени  регул тора скорости, схему совпадени  и дифференцирующее звено, при этом выход блока сравнени  через пороговый элемент соединен с одним из входов схемы совпадени , другой вход которой соединен с выходом блока фиксации насьщени  регул тора скорости, подключенного к выходу регул тора, а выход схемы совпадени  через дифференцирующее звено соединен с управл ющим входом ключевого элемента 1.

Недостаток известного электропривода с подчиненным регулированием параметров - неудовлетворительные динамические характеристики электропривода при изменении в широких пределах момента статической нагрузки электродвигател , а именно большое перерегулирование по скорости и больша , соответственно, длительность времени переходного процесса в электроприводе, объ сн ющиес  тем, что в динамических режимах при насыщении- пропорционально-интегрального регул тора скорости в моменты уменьшени  рассогласовани  по скорости до &U(U ) происходит разр д потенциала конденсатора в цепи обратной св зи регул тора скорости путем его закорачивани  ключевым элементом. Однако при изменении величины момента статической нагрузки электродвигател  в известном электроприводе при насыщении регул тора скорости происходит не оптимальный выбор момента времени разр да потенциала конденсатора, наход щегос  в цепи обратной св зи регул тора скорости (момент времени разр да конденсатора в известном электроприводе строго определ етс  величиной рассогласовани  по скорости л U, котора   вл етс  величиной посто нной). Это приводит к тому, что пропорционально-интегральный регуп тор скорости после разр да конденсатора в цепи обратной св зи снова насыщаетс , и известный электропривод тер ет свои преимущества перед обычной системой подчиненного регулировани  при изменении в широких пределах момента статической нагрузки электродвигател . Таким образом, известный электропривод с подчиненным регулированием параметров имеет неудовлетворительные динамические характеристики по управл ющему воздействию при изменени момента статической нагрузки электродвигател  .

Цель изобретени  - стабилизаци  динамических характеристик электропривода . .

Цель достигаетс  тем, что в электропривод введены последовательно 31 соединенные дифференцирующее звено и сумматор, а пороговый элемент выполнен управл емым, при этом вход дифференцирующего звена подключен к датчику скорости, второй вход введенного сумматора соединен с датчиком тока, а выход сумматора св зан управл ющим входом порогового элемента . Пороговый элемент содержит при . этом инвертирующий усилитель и элемент смещени , соединенный с управл ющим входом порогового элемента и подключенный своим выходом к входу суммирующего усилител , выход которого соединен с двум  входами нелинейного элемента, с одним непосредственно , а с другим - через инверти рующий усилитель, третий вход нелинейного элемента  вл етс  входом по рогового элемента, а его выход соединен с входом выпр мител , выход которого служит выходом порогового элемента. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого электропривода с подчиненным регулированием параметровJ на фиг. 2 - схема порогового элемен та , на фиг, 3 - временные диаграммы выходного напр жени  пропорциональн интегрального регул тора скорости. Электропривод с подчиненным регу лированием параметров (фиг. 1) содержит пропорид онально-интегральный (пи) регул тор 1 скорости, выход которого соединен с первым входом П регул тора 2 тока, преобразователь питающий  корь электродвигател  4, причем вход преобразовател  3 соединен с выходом ПИ регул тора 2 тока , шунт 5, выход которого через датчик 6 тока подключен к второму входу ПИ регул тора 2 тока, датчик скорости (тахогенератор), установленный на валу электродвигател  4, ключевой элемент 8, шунтирующий кон денсатор 9, наход щийс  в цепи обратной св зи ПИ регул тора 1 скорос ти, схему 10 совпадени , выход которой подключен через дифференцирую щее звено 11 к управл ющему входу ключевого элемента 8, блок 12 фиксации насыщени  ПИ регул тора 1 ско рости, через который выход ПИ регул тору 1 скорости соединен с первым входом схемы 10 совпадени , блок 13 сравнени , пороговый элемент 14, вы ход которого подключен к второму вх ду схемы 10 совпадени , а входы бло 3 13 сравнени  - к входам ПИ регул тора 1 скорости, причем выход тахогенератора 7 соединен с входом дифференцирующего звена 15, выходом подключенного к входу сумматора 16, второй вход которого соединен с выходом датчика 6 тока, а выход сумматора 1.6 соединен с управл ющим входом порогового элемента 14. При этом блок 12 фиксации насьпцени  регул тора 1 скорости включает в себ  нелинейный элемент с зоной нечувствительности Пороговый элемент 14 содержит элемент 17 смещени , соединенный с управл ющим входом порогового элемента и подключенный своим выходом к входу суммирующего усилител  18, выход которого соединен с двум  входами нелинейного элемента 19, с одним непосредственно , а с другим - через инвертирующий усилитель 20. Третий вход нелинейного элемента 19  вл етс  входом порогового элемента, а его выход соединен с входом выпр мител  21, выход которого служит выходом порогового элемента. На фиг, 3 прин ты следующие обозначени : сигнал 22 и 23,пропорционапьный рассогласованию по скорости (&U при номинальном статическом токе электродвигател  и на холостом ходу соответственно), пропорциональна  составл юща  24 и 25 в выходном сигнале регул тора скорости (при номинальном статическом токе электродвигател  и на холостом ходу соответственно ) , интегральна  составл юща  26 и 27 в выходном сигнале регул тора скорости (при номинальном . статическом токе электродвигател  и . на холостом ходу соответственно)j полный выходной сигнал 28 и 29 пропорционально-интегрального регул тора скорости. Электропривод с подчиненным регулированием параметров работает следуюищм образом. Выходной сигнал тахогенератора 7 поступает на дифференцирующее звено 15, на выходе которого получают производную по скорости вращени , пропорциональную динамическому току электродвигател . Данный сигнал поступает на сумматор 16, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный полному току  кор  электродвигател . При этом на выходе S сумматора 16 получают сигнал, пропорциональный статическому току электродвигател . Выходной сигнал, сумматора 16 управл ет величиной зо ны нечувствительности порогового ,-элемента 14, котора  имеет максимальное значение в динамических ре жимах на холостом ходу, чри которых момент статической нагрузки равен моменту сухого трени  в электродвигателе . При больших моментах статической нагрузки зона нечувствительности порогового элемента 14 имеет минимальное значение. Осуществл етс  это следующим образом. Выходной сигнал с сумматора 16 поступает на суммирующий усилитель 18, на вход к торого также поступает сигнал с эле мента 17 смещени .. Выходной сигнал суммируюи1его усилител  18 подаетс  на вход инвертирующего усилител  20 который предназначен дл  получени  противофазного сигнала по сравнению выходным сигналом суммирующего, усилител  18. Сигналы с выходов последнего и с инвертирующего усилител  20 поступают на входы нелинейного элемента 19, и данные сигнала  вл ютс  зоной нечувствительности нелинейного элемента 19, выходной сигнал которого поступает на вход в пр мител  21, который осуществл ет получение модул  выходного сигнала нелинейного элемента 19. Элемент 17 смещени  предназначен дл  установки начальной зоны нечувствительности нелинейного элемента 19, т.е. при нулевом значении момен та статической нагрузки (холостой ход). При увеличении статического тока электродвигател  увеличиваетс  сигнал на выходе сумматора 16, что приводит к уменьшению сигнала на выходе суммирующего усилител  18. При этом уменьшаетс  сигнал на выходе инвертирующего усилител  20, а это приводит к уменьшению зоны нечувствительности порогового элемента 14. Таким образом происходит регулирование зоны нечувствительност порогового элемента 14 в функции момента статической нагрузки. В электроприводе срабатывание ключевого элемента 8 в функции стат ческого тока электродвигател  происходит следующим образом (осуществл етс  пуск на холостом ходу). 3 В этом режиме ПИ регул тор 1 скорости находитс  в насыщении. С выхода блока 12 на первый вход схемы совпадени  проходит потенциал 1, сигнализирующий о том, что ПИ регул тор 1 скорости находитс  в насыщении . С выхода порогорого элемента 14 на второй вход .схемы 10 совпадени  поступает потенциал О, означающий что рассогласование по скорости ди (u,-U7-,n) A(J . При этом с выхода схемы 10 совпадени  снимаетс  потенциал О, на управл ющий вход ключевого элемента 8 с дифференцирующего звена 11 приходит также нулевой потенциал, и ключевой элемент 8 разомкнут. При равенстве рассогласовани  по скорости лУ ( Ua)-L).rri) с выхода порогово о элемента 14 на второй вход схемы 10 совпадени  подаетс  потенциал 1 (фиг. 3, момент времениt), и схема 10 совпадени  скачком перебрасываетс  в новое состо ние. На вход дифференцирующего звена 11 поступает сигнал в виде ступеньки. Импульс, образующийс  на выходе дифференцирующего звена 11, поступает на управл ющий вход ключевого элемента 8, при этом конденсатор 9 в цепи обратной св зи регул тора 1 скорости шунтируетс  через замкнутый ключевой элемент 8. Длительность импульса, замыкающего ключевой элемент 8, меньше времени необходимого электроприводу дл  отработки рассогласовани  лУ до нул , а посто нна  времени разр да конденсатора 9 такоэа, что конденсатор за врем , равное длительности импульса, успевает разр дитьс  практически полностью . Вследствие этого ПИ регул тор. 1 скорости не тер ет управл емости (характеристика 29). При пуске электродвигател  на холостом ходу величина зоны нечувствительности порогового элемента 14  вл етс  максимальной . Пусть осуществл етс  пуск электродвигател  4 с максимальным оментом статической нагрузки, при том ускорение, развиваемое электровигателем j минимально (характерисика 22) , и ПИ регул тор -1 скорости аходитс  также в насыщении. Если охран ть величину зоны нечувствиельности порогового элеме)1та 14 той е и равной дО , то разр д конденсаора 9 происходит раньше (в момент 7.1 времени tj ) по сравнению с разр дом конденсатора 9 во врем  пуска на холостом ходу (в момент времени -tg ) При этом интегратор ПИ регул тора 1 скорости разр жаетс  по кривой 26, и выходной сигнал ПИ регул тора 1 скорости, (характеристика 28), оп редел емый как сумма пропорциональной и интегральной составл ющей (характеристики 25 и 26), запаздывает по сравнению с изменением рассогласовани  по скорости (переход рассогласовани  по скорости через ноль в момент времени -t , а выходной сигнал ПИ регул тора скорости переходит через ноль в . ) . Если при пуске электродвигател  с максимальным моментом статической нагруз ки величину зоны нечувствительности порогового элемента 14 уменьшить до величины AU2,. т.е. на величину, пропорциональную величине момента статической нагрузки, то разр д кон денсатора 9 ПИ регул тора скорости происходит в момент времени Ь . При этом разр д конденсатора 9 путем ег закорачивани  ключевым элементом 8 при насыщении ПИ регул тора 1 скорости и уменьшении рассогласовани  по скорости до U.U2 осуществл етс  в момент времени -t . Выходной сигнал ПИ регул тора 1 скорости разр жаетс  по характеристике 29, определ емой как сумма интегральной составл  ющей 27 и посто нной составл ющей 2 т.е. по той же характеристике, что и при пуске электродвигател  на холостом ходу. При этом обеспечиваетс  независимость вькодной характеристики ПИ регул тора скорости при разр де потенциала конденсатора в динамических режимах при его насыщении от величины момента статической нагрузки электродвигател . Момент времени перехода рассогласовани  по скорости через ноль (момент времени 4. ) и момент перехода вьгход 3 ного сигнала ПИ регул тора 1 скорости одинаковы, и ПИ регул тор скорости не вносит запаздывание в динамических режимах при его насьщеции при изменении в широких пределах момента статической нагрузки электродвигател . Изменение величины AU обеспечиваетс  с помощью управл емой величины зоны нечувствительности порогового элемента 14 в функции момента статической нагрузки. Таким образом,, в электроприводе с.подчиненным регулированием параметров происходит стабилизаци  динамических свойств электропривода по управл ющему воздействию при насьпцении ПИ регул тора скорости при изменении в широких пределах момента статической нагрузки электродвигател , а именно сокращение времени переходных процессов и уменьшение перерегулироёани  по скорости вращени . Осуществл етс  это с помощью оптимального выбора времени разр да конденсатора пропорциональноинтегрального регул тора скорости в динамических режимах при насьш1ении этого регул тора. Применение предлагаемого электропривода с подчиненным регулированием параметров в производственных механизмах приводит к повьпиению их производительности . Например, в механизмах подач металлорежущих станКОВ с ЧПУ повышаетс  производительность труда путем улучшени  динамических свойств электропривода, а именно за счет стабилизации динамических характеристик электропривода при изменении момента статической нагрузки. При этом сокращаетс  врем  переходных процессов в электроприводе , что ведет к уменьшению времени, затрачиваемого на обработку деталей на металлорежущем станке, и росту производительности труда.

Claims (2)

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ по авт» св. № 813645, отличающийся тем, что, с целью стабилизации динамических характеристик электропривода, в него введены последовательно соединенные дифференцирующее звено и сумматор, а пороговый элемент выполнен управляемым, при этом вход дифференцирующего звена подключен к датчику скорости, второй вход введенного сумматора соединен с датчиком тока, а выход сумматора связан с управляющим входом порогового элемента.

$ (Л с

2. Электропривод по π. ^отличающийся тем, что пороговый элемент содержит инвертирующий усилитель и элемент смещения, соединенный с управляющим входом порогового элемента и подключенный своим выходом к входу суммирующего усилителя, выход которого соединен с двумя входами нелинейного элемента, с одним непосредственно, а с другим через инвертирующий усилитель, третий вход нелинейного элемента является входом порогового элемента, а его выход соединен с входом выпрямителя, выход которого служит выходом порогового элемента.