SU1112520A1

SU1112520A1 - Electric drive

Info

Publication number: SU1112520A1
Application number: SU833576037A
Authority: SU
Inventors: Юрий Федорович Берсенев; Владимир Владимирович Жуловян; Евгений Иванович Кутузов
Original assignee: Новосибирский электротехнический институт
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1984-09-07

Abstract

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий синхронный двигатель, датчик токов статора, датчик скорости,механически св занный с датчиком угла и с синхронным двигателем, подключенным через усилитель мощности к выходу релейного регул тора токов, один вход которого подключен к выходу датчика токов статора,вход которого подключен к выходу усилител мощности, другой вход релейного регул тора токов соединен с выходом функционального блока задани амплитуды и фазы тока, один вход которого подключен к выходу датчика угла, а другой его вход соединен с выходом узла токоограничени ,регул тор скорости, один вход которого подключен к выходу датчика скорости. отличающийс тем, что, с целью повьш1ени точности отработки задани в динамических режимах, в него введены выпр митель, ограничитель напр жени , инерционное звено, при этом выход последнего подключен к входу узла токоограничени и его вход соединен с выходом ограничител напр жени , один вход которого подключен к выходу регул тора скорости, а его другой вход через выпр митель соединен с выходом датчика скорости. 2.Электропривод по п.1, о т личающийс тем, что ограничитель напр жени снабжен инверти§ рующим усилителем, суммирующим усилителем , ограничительным резистором (Л и двум диодами, анод одного из коС торых, катод другого и вход инерционного звена объединены в одну точку и через ограничительный резистор подключены к выходу регул тора скорости, один из входов суммируюIKJI щего усилител подключен к выходу выпр мител , а его выход соединен с катодом одного из диодов и с входом 1C СП инвертирующего усилител , выход которого подключен к аноду другого э диода. 3.Электропривод по пп.1 и 2, отличающийс тем, что функциональный блок задани амплитуды и фазы тока снабжен формирователем синусоидальных функций угла, y нoжителем сигналов, выход которого подключен к входу релейного регул тора токов, а один из его входов подключен к выходу узла токоограничени , другой его вход через формирователь синусоидальный функций угла подключен к выходу датчика угла.1. ELECTRIC DRIVE containing a synchronous motor, a stator current sensor, a speed sensor mechanically connected to an angle sensor and a synchronous motor connected via a power amplifier to the output of a relay current regulator, one input of which is connected to the output of a stator current sensor whose input is connected to the output of the power amplifier, another input of the relay current regulator is connected to the output of the function block for setting the amplitude and phase of the current, one input of which is connected to the output of the angle sensor, and the other its input is connected to the output of the current-limiting node, a speed controller, one input of which is connected to the output of the speed sensor. characterized in that, in order to improve the accuracy of working out the task in dynamic modes, a rectifier, a voltage limiter, an inertial link are entered into it, the output of the latter is connected to the input of the current-limiting node and its input is connected to the output of the voltage limiter, one input of which connected to the output of the speed regulator, and its other input is connected via a rectifier to the output of the speed sensor. 2. Electric drive according to claim 1, characterized in that the voltage limiter is equipped with an inverting amplifier, summing amplifier, limiting resistor (L and two diodes, the anode of one of the conductors, the cathode of the other and the inertial link input and through the limiting resistor connected to the output of the speed regulator, one of the inputs of the summing AIKJI amplifier is connected to the output of the rectifier, and its output is connected to the cathode of one of the diodes and to the input 1C SP of the inverting amplifier, the output of which is connected to the anode 3. The electric drive according to claims 1 and 2, characterized in that the function block for setting the amplitude and phase of the current is provided with a shaper of sinusoidal angle functions, y with a signal carrier, the output of which is connected to the input of the relay current regulator, and one of its inputs connected to the output of the current-limiting node; its other input through the shaper sinusoidal angle functions is connected to the output of the angle sensor.

Description

4. Электропривод по пп. 1-3, отличающийс тем, что в него введен регул тор угла, вход4. Electric drive on PP. 1-3, characterized in that an angle adjuster is introduced into it, the input

которого св зан с выходом датчика угла, а его выход подключен к другому входу регул тора скорости.which is connected to the output of the angle sensor, and its output is connected to another input of the speed controller.

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано во всех област х промышленности дл регулировани скорости и положени нагрузки при высоких требовани к точности и качеству регулировани Известен электропривод переменного тока с частотным управлением, содержащий синхронный двигатель с датчиком положени на валу, выход которого подключен к усилителю мощности Входной сигнал задает частот изменени напр жени питани электродвигател и тем самым определ ет угловую скорость вращени вала привода l . Однако в этом приводе невозможно получить высокое качество регулировани , так как синхронна машина при частотном управлении склонна к качани м, кроме того, схемы управлени приводом при этом оказываютс громоздкими по структуре и сложными, поскольку дл обеспечени необходимых статических и динамических характеристик привода амплитуду напр жени статора формирую в общем случае в функции задаваемой частоты, момента нагрузки и скорости вращени ротора. Наиболее близким к изобретению п технической сущности вл етс электропривод , содержащий синхронньй двигатель, датчик токов статора, датчик скорости, механически св занный с датчиком угла и с синхронным двигателем, подключенным через усилитель мощности к выходу релейного регул тора токов, один вход которого подключен к выходу датчика токов статора, вход которого подключен к выходу усилител мощности, (другой вход релейного регул тора тока соединен с выходом функциональ ного блока задани амплитуды и фазы така, один вход которого Подключен к выходу датчика угла, а другой его вход соединен с выходом узла токоограничени , регул тор скорости, один вход которого подключен к выходу датчика скорости 2 . Недостатками электропривода йл ютс наличие дополнительных динамических ошибок, св занных с по влением динамических нелинейностей и паразитных асинхронных моментов при выходе контура тока из скольз щего режима работы, а также зависимость коэффициента усилени системы от угла поворота вала, св занна с конечностью числа фаз двигател . В результате электропривод обладает недостаточно высокой динамической точностью. Целью изобретени вл етс повышение точности отработки задани в динамических режимах. Указанна цель достигаетс тем, что в электропривод, содержащий синхронньй двигатель, датчик токов статора, датчик скорости, механи- чески св занньй с датчиком угла и синхронным двигателем, подключенным через усилитель мощности к выходу релейного регул тора токов, один вход которого подключен к выходу датчика токов статора, вход которого подключен к выходу усилител мощ .ности, другой вход релейного регул тора токов соединен с выходом функционального блока задани амш1И7 туды и фазы тока, один вход которого подключен к выходу датчика угла, а другой его вход соединен с выходом узла токоограничени , регул тор скорости, один вход которого подключен к выходу датчика скорости, введены выпр митель, ограничитель напр жени , инерционное звено,при этом выход последнего подключен к входу узла токоограничени , а его вход соединен с выходом ограничител напр жени , один вход которого подключен к выходу регул тора скорости. а его другой вход через выпр митель соединен с выходом датчика скорости Ограничитель напр жени снабжен инвертирующим усилителем, суммирующим усилитепем, ограничительным резистором и двум диодами, анод одного из которых, катод другого и вход инерционного звена объединены в одну точку и через ограничительны резистор подключены к выходу регул тора скорости, один из входов суммирующего усилител подключен к выходу выпр мител , а его выход соеди нен с катодом одного из диодов и с входом инвертирующего усилител , выход которого подключен к аноду другого диода. Функциональньм блок задани амплитуды и фазы тока может быть снабжен формирователем синусоидаль ных функций угла, умножителем сигнало5 , выход которого подключен к входу релейного регул тора токов,а один из его входов подключен к выходу узла токоограничени , другой его вход через формирователь синусоидальных функций угла подключен к выходу датчика угла. Электропривод может быть снабже регул тором угла, вход которого св зан с выходом датчика угла, а его выход св зан с другим входом регул тора скорости. На фиг.1 представлена структурна схема электропривода с синхронным двигателем дл случа регу лировани частоты вращени нагрузки; на фиг.2 - электропривод с синхронным двигателем и ограничителе напр жени на фиг. 3 - электропривод с синхронным двигателем и блоком функционального преобразовател на фиг. 4 - электропривод с синхро ным двигателем с регул тором угла. Датчик 1 скорости (фиг.1) механически св зан с датчиком 2 угла и с синхронным двигателем 3, подключенным через усилитель 4 мощности к выходу релейного регул тора 5 то ков, вычитающий вход которого подключен к выходу датчика 6 токов статора, вход которого подключен к выходу усилител 4 мощности, дру гой вход релейного регул тора 5 то . ков соединен с выходом функциональ го блока 7 задани амплитуды и фаз тока,один вход которого подключен выходу датчика 2 угла, а другой его вход соединен с выходом узла 8 токоограничени , один вход регул тора 9 скорости подключен к выходу датчика скорости. Вход вьшр мител 10 соединен с выходом датчика 1 скорости , выход которого соединен с входом ограничител 11 напр жени , второй вход которого подключен к выходу регул тора 9 скорости, а выход к инерционному звену 12, выход которого подключен к входу узла 8 токоограничени . Ограничитель 11 напр жени (фиг.2) содержит инвертирующий усилитель 13, суммирующий усилитель 14, ограничительный резистор 15, два диода 16 и 17, при этом катод первого из диодов17 подключен к аноду другого диода 16 и к входу инерционного элемента 12 и через ограничительньй резистор 15 соединен с выходом регул тора 9 скорости. Выход инвертирующего усилител 13 подключен к аноду диода 17, а его вход соединен с выходом выпр мител 10 и через суммирующий усилитель 14 с катодом диода 16. Функциональный преобразователь .7: (фиг.З) состоит из формировател 18 синусоидальных функций угла и умножител 19 сигналов, выход которого, подключен к входу релейного регул тора 5 токов, а один из его входов - к выходу узла 8 токоограничени , другой его вход через формирователь 18 синусоидальных функций угла подключен к выходу датчика 2 угла . Электропривод (фиг.4) может содержать регул тор 20 угла, вход которого св зан с выходом датчика 2, а выход подключен к другому входу регул тора 9 скорости. Электропривод работает следующим образом. Синхронный двигатель 3 приводит во вращение нагрузку. Дл получени заданной скоростивращени в регул торе 9 скорости производитс сравнение сигнала задани скорости с выходным сигналом датчика 1 скорости. В результате на выходе регул тора 9 скорости формируетс управл ющее напр жение , которое через ограничитель . 11 напр жени , инерционное Звено 12 и узел 8 токоограничени поступает на вход блока 7 задани амплитуды и базы тока. При этом уровень огра-. ничени напр жени на ограничителе 1 напр жени .зависит от абсолютной величины скорости вращени ротора. На вход блока 7 задани амплитуды и фазы тока поступает также информаци о угловом положении ротора двигател с датчика 2 угла. На выходе блока 7 задани амплитуды и фазы тока формируютс напр жени , вл ющиес синусоидальными функци ми угла, амплитуда этих напр жений пропорциональна сигналу задани момента, поступающему с выхода узла 8 токоограничени . В регул торе 5 токов производитс сравнение токов, протекающих в фазах двигател 3, с сигналами задани ток При этом релейные элементы с гистере зисом, число которых равно числу фаз двигател , производ т включение и отключение соответствующих силовых ключей усилител 4 мощности. В результате токи в фазах двигател соответствуют сигналам задани . В зависимости от знака сигнала за Дани момента, поступакнцего на вход блока 7 задани амплитуды и фазы тока, фаза токов с обмотках мен етс на 180, при этом мен етс знак электромагнитного момента на валу двигател 3. Если скорость двигател меньше заданной, то сигнал управлени , вырабатываемый регул тором скорости, создает на входе блока 7 задани амплитуды и фазы тока положительный сигнал задани момента. В результате двигатель ускор етс до заданной скорости. Если же скорость двигател больше заданной, то электромагнитный момент отрицательный, и двигатель за медл етс до скорости задани . При увеличении скорости двигател возрастает сигнал, поступакиций с выхода датчика 1 скорости через выпр митель 10 на вход ограничител 11 напр жени . Этот сигнал вычитаетс из сигнала начальной уставки ограничени и/, на суммирующем усилителе 14,что приводит к уменьшению по абсолютной величине опорных напр жений на катоде диода 16 и аноде диода 17. В случае если напр жение на входе инерционного звена 12 положительно и больше уставки, то открываетс диод 16 и напр жение становитс равным опорному, а излишек напр жени падает на ограничительном резисторе 15.Если же напр жение отрицательно и меньше уставки, то открываетс диод 17, и на входе инерционного звена 12 устанавливаетс отрицательное опорное напр жение, поступающее с выхода инвертирующего усилител 13. Инерционное звено 12 ограничивает максимальньй темп изменени сигнала задани момента. Узел 8 токоограничени ограничивает по величине сигнал задани момента . Одновременно с этим осуществл етс ограничение токов в обмотках двигател , так как амплитуда сигналов задани токов пропорционалр-на величине выходного сигнала узла 8 токоограничени . В случае необходимости регулировани положени нагрузки в систему вводитс регул тор 20 угла, который производит сравнение сигнала задани с сигналом обратной св зи, поступающим с датчика 2 угла. Управл ющий сигнал с выхода регул тора 20 угла поступает на вход регул тора 9 скорости. В предлагаемом электроприводе сигнал задани момента формируетс таким образом, что ни один из токо ых контуров не выходит из скользйщего режима, следовательно ошибки в контурах тока отсутствуют, и составл юща в статорном токе не по вл етс . Таким образом, удаетс устранить все перечисленные нежелательные влени , привод щие к дополнительным ошибкам в динамике.The invention relates to electrical engineering and can be used in all areas of industry to control the speed and position of the load with high demands on the accuracy and quality of regulation. The frequency controlled AC electric actuator is known, which contains a synchronous motor with a shaft position sensor, the output of which is connected to a power amplifier. The input signal sets the frequency of variation of the motor power supply voltage and thereby determines the angular speed of rotation of the drive shaft l. However, in this drive it is impossible to obtain high quality control, since the synchronous machine with frequency control is prone to oscillations, and, besides, the drive control circuits are cumbersome in structure and complex, since for providing the necessary static and dynamic characteristics of the drive, the stator voltage amplitude I form in the general case as a function of the frequency to be set, the load moment and the rotor speed. The closest to the invention of the technical nature is an electric drive comprising a synchronous motor, a stator current sensor, a speed sensor mechanically connected to an angle sensor and a synchronous motor connected via a power amplifier to the output of a relay current regulator, one input of which is connected to the output a stator current sensor, the input of which is connected to the output of the power amplifier, (another input of the relay current regulator is connected to the output of the function block for setting the amplitude and phase such, one input of which The key is connected to the output of the angle sensor, and its other input is connected to the output of the current-limiting node, a speed controller, one input of which is connected to the output of the speed sensor 2. The drawbacks of the electric drive are the presence of additional dynamic errors associated with the appearance of dynamic nonlinearities and parasitic asynchronous moments when the current loop leaves the sliding mode of operation, as well as the dependence of the system gain on the shaft rotation angle, associated with the finite number of motor phases. As a result, the drive has not enough high dynamic accuracy. The aim of the invention is to improve the accuracy of the task in dynamic modes. This goal is achieved by the fact that an electric drive containing a synchronous motor, a stator current sensor, a speed sensor, is mechanically connected to an angle sensor and a synchronous motor connected via a power amplifier to the output of a relay current regulator, one input of which is connected to the sensor output currents of the stator, the input of which is connected to the output of the power amplifier, another input of the relay current regulator is connected to the output of the function block for setting the amplitude and phase of the current, one input of which is connected to the output of the angle sensor and its other input is connected to the output of the current-limiting node, a speed controller, one input of which is connected to the output of the speed sensor, a rectifier, a voltage limiter, an inertial link are entered, the output of the latter is connected to the input of the current-limiting node, and its input is connected with the output of a voltage limiter, one input of which is connected to the output of the speed regulator. its other input through a rectifier is connected to the output of the speed sensor. The voltage limiter is equipped with an inverting amplifier, summing amplifier, limiting resistor and two diodes, the anode of one of which, the cathode of the other and the inertial link input are combined into one point and through the limiting resistor are connected to the output speed controller, one of the inputs of the summing amplifier is connected to the output of the rectifier, and its output is connected to the cathode of one of the diodes and to the input of the inverting amplifier, the output of which is connected ene to the anode of another diode. The function of setting the amplitude and phase of the current can be provided with a shaper of sinusoidal angle functions, a signal multiplier5 whose output is connected to the input of the relay current regulator, and one of its inputs is connected to the output of the current-limiting node, the other input of it is connected to the sinusoidal angle shaper function angle sensor output. The actuator may be provided with an angle controller, the input of which is connected to the angle sensor output, and its output is connected to another input of the speed regulator. Figure 1 shows a block diagram of an electric drive with a synchronous motor for the case of controlling the frequency of rotation of the load; Fig. 2 shows an electric drive with a synchronous motor and a voltage limiter in Fig. 3 shows an electric drive with a synchronous motor and a functional converter unit in FIG. 4 - electric drive with synchronous motor with angle control. Speed sensor 1 (Fig. 1) is mechanically connected with angle sensor 2 and with synchronous motor 3, connected via power amplifier 4 to the output of relay controller 5 current, the subtracting input of which is connected to the output of stator current sensor 6, whose input is connected to output amplifier 4 power, another input of the relay controller 5 then. The coil is connected to the output of the functional block 7 for setting the amplitude and phase of the current, one input of which is connected to the output of angle sensor 2, and another its input is connected to the output of current-limiting node 8, one input of speed controller 9 is connected to the output of speed sensor. The input of the sensor 10 is connected to the output of the speed sensor 1, the output of which is connected to the input of the voltage limiter 11, the second input of which is connected to the output of the speed controller 9, and the output to the inertial link 12, the output of which is connected to the input of the current-limiting node 8. Voltage limiter 11 (Fig. 2) contains an inverting amplifier 13, summing amplifier 14, limiting resistor 15, two diodes 16 and 17, while the cathode of the first diode 17 is connected to the anode of the other diode 16 and to the input of the inertial element 12 and through the limiting resistor 15 is connected to the output of the speed controller 9. The output of the inverting amplifier 13 is connected to the anode of the diode 17, and its input is connected to the output of the rectifier 10 and through the summing amplifier 14 with the cathode of the diode 16. The functional converter .7: (FIG. 3) consists of the imaging unit 18 sinusoidal angle functions and the multiplier 19 signals whose output is connected to the input of the relay regulator 5 currents, and one of its inputs to the output of the current-limiting node 8, its other input through the shaper 18 sinusoidal angle functions connected to the output of the angle sensor 2. The electric drive (Fig. 4) may contain an angle adjuster 20, the input of which is connected to the output of sensor 2, and the output is connected to another input of speed regulator 9. The drive works as follows. Synchronous motor 3 drives the load. In order to obtain a predetermined speed in speed controller 9, a speed reference signal is compared with the output signal of speed sensor 1. As a result, a control voltage is generated at the output of the speed regulator 9, which is through a limiter. 11, the voltage, the inertial Link 12, and the current limiting node 8 are fed to the input of the amplitude 7 unit and the current base. The level of restrictions. the voltage on the voltage limiter 1 is dependent on the absolute value of the rotor speed. Information on the angular position of the rotor of the engine from angle sensor 2 is also input to the input unit 7 for setting the amplitude and phase of the current. At the output of block 7, the setting of the amplitude and phase of the current are formed by voltages that are sinusoidal functions of the angle, the amplitude of these voltages is proportional to the signal of the setting of the moment, coming from the output of the current-limiting node 8. In the current controller 5, the currents flowing in the phases of the motor 3 are compared with the current reference signals. In this case, the relay elements with hysteresis, the number of which is equal to the number of phases of the motor, turn on and off the corresponding power switches of the power amplifier 4. As a result, the currents in the motor phases correspond to the reference signals. Depending on the sign of the signal for Dani moment, received by the input of the unit 7 for setting the amplitude and phase of the current, the phase of the currents from the windings changes by 180, and the sign of the electromagnetic moment on the motor shaft 3 changes. If the speed of the engine is less than the specified one, the control signal , developed by the speed controller, creates at the input of the block 7 for setting the amplitude and phase of the current a positive signal for setting the moment. As a result, the engine is accelerated to a given speed. If the motor speed is greater than the set one, then the electromagnetic moment is negative, and the motor slows down to the set speed. As the engine speed increases, the signal from the output of the speed sensor 1 through the rectifier 10 to the input of the voltage suppressor 11 increases. This signal is subtracted from the initial limit setpoint signal and /, at summing amplifier 14, which leads to a decrease in the absolute value of the reference voltages on the cathode of diode 16 and the anode of diode 17. In case the voltage at the input of the inertial link 12 is positive and greater than the setpoint, then the diode 16 opens and the voltage becomes equal to the reference one, and the excess voltage drops on the limiting resistor 15. If the voltage is negative and less than the setting, diode 17 opens and a negative voltage is set at the input of the inertial link 12 PORN voltage outputted from the inverting amplifier 13. Inertial member 12 limits the maximum rate of change of the torque reference signal. The current limiting node 8 limits the magnitude of the torque reference signal. At the same time, the currents in the motor windings are limited, since the amplitude of the current signaling signals is proportional to the current output of the current-limiting node 8. If it is necessary to adjust the position of the load, an angle adjuster 20 is introduced into the system, which compares the reference signal with the feedback signal from the angle sensor 2. The control signal from the output of the angle controller 20 is fed to the input of the speed controller 9. In the proposed electric drive, the torque reference signal is formed in such a way that none of the current circuits come out of the sliding mode, hence there are no errors in the current circuits, and the component in the stator current does not appear. Thus, it is possible to eliminate all the listed undesirable phenomena, leading to additional errors in the dynamics.

/f/ f

1515

leiArleiAr

r-П5Цr-П5Ц

MM

. Т. T

СУSU

/a/ a

8eight

19nineteen

УМMIND

PPTPpt

II

AT ФСФAT FSF

ss

Л «L "

ЛСLS

Фмг.Fmg

Claims

1. ELECTRIC DRIVE comprising a synchronous motor, a stator current sensor, a speed sensor mechanically coupled to an angle sensor and a synchronous motor connected through a power amplifier to the output of the relay current controller, one input of which is connected to the output of the stator current sensor, the input of which is connected to the output power amplifier, another input of the relay current regulator is connected to the output of the function block for setting the amplitude and phase of the current, one input of which is connected to the output of the angle sensor, and the other input is connected to the output current limiting unit, a speed regulator, one input of which is connected to the output of the speed sensor, characterized in that, in order to improve the accuracy of the task in dynamic modes, a rectifier, voltage limiter, inertial link are introduced into it, while the output of the latter is connected to the input of the current limiting unit and its input is connected to the output of the voltage limiter, one input of which is connected to the output of the speed controller, and its other input through a rectifier is connected to the output of the speed sensor.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the voltage limiter is equipped with an inverting amplifier, a summing amplifier, a limiting resistor and two diodes, the anode of one of which, the cathode of the other and the input of the inertial link are connected to one point and connected to the output through the limiting resistor speed controller, one of the inputs of the summing amplifier is connected to the output of the rectifier, and its output is connected to the cathode of one of the diodes and to the input of the inverting amplifier, the output of which is connected to the anode of another diode.

3. The electric drive that distinguishes the functional unit and the current phase is equipped according to claims 1 and 2, with the fact that the amplitude is set by a sinusoidal angle function generator, a signal multiplier, the output of which is connected to the input of the relay current regulator, and one of its inputs is connected to the output angle sensor.

is connected to the output of the current limiting node, its other input through the generator of sinusoidal functions of the angle _

4. The drive according to paragraphs. 1 ~ 3, characterized in that an angle regulator is introduced into it, the input of which is connected to the output of the angle sensor, and its output is connected to another input of the speed controller.