SU1150721A1 - Способ управлени электроприводом посто нного тока - Google Patents

Abstract

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА с гармоническим задающим сигналом, согласно , которому определ ют жёлаемьй переходный процесс электропривода с помощью его модели, измер ют амплитуды .переменных составл ющих напр жений на выходе модели и пропорционального частоте вращени  электропривода, определ ют отношение указанных амплитуд , измер ют фазы переменных составл ющих напр жени  на вых.оде модели и напр жени , пропорционального частоте вращени ,электропривода, сравнивают их, определ   фазовый сдвиг, отличающийс  тем, .что, с целью улучшени  динамических показателей путем расширени  полосы пропускани  частот электропривода, дополнительно определ ют амплитуду (Л переменной составл ннцей задающего, с напр жени  и при отношении упом нутых амплитуд напр жений . меньшем единицы уменьшают, а при отношении амплитуд большем единицы увеличивают амплитуду переменной составл ющей задающего напр жени  пропорционально указанСП ному отношению, а также сдвигают фазу о го переменной составл ющей задающего напр жени  в сторону опережени  на величину фазового сдвига между переменными составл ющими напр жений .

Description

Изобретение относитс  к электро ,технике, а именно к управлению автоматизированными электроприводами посто нного тока и предназначено дл  быстродействующих электроприводов механизмов подач металлорежущих стан ков с устройством числового программного управлени . Известен способ упреждающей коррекции в быстродействук цем электроприводе посто нного тока, заключающийс  в том, что производ т сравнени напр жений с выхода эталонной модели формирующей заданные динамические характеристики электропривода и выходного напр жени  электропривода (скорости электродвигател ), а также формирование напр жени  обратной св  зи корректирующим устройством в зави симости от величины ошибки между упом нутыми напр жени ми, которое поступает на выход соответствующего регул тора системы электропривода посто нного тока как отрицательна  обратна  св зь m. Недостатком известного способа  в л ютс  низкие динамические показател а именно мала  величина полосы пропускани  частот электропривода. Это объ сн етс  тем, что происходит опре деление ошибки регулировани  в элект роприводе (ошибки между напр жением с выхода эталонной модели и вьпсодньм напр жением тахогенератора (ратчика частоты вращени  э,чектропривода) , котора  при гармоническом входном напр жении не раздел етс  на составные части, т.е. была ли ошибка в элек роприводе по фазе (сдвиг по фазе выходного гармонического напр жени  датчика частоты вращени  электропривода ) или по амплитуде (уменьшение амплитуды гармонического напр жени  датчика частоты вращени  электропривода по сравнению с амплитудой входного гармонического напр жени ). При этом в динамических режимах в электроприводе посто нного тока с наличие различных нелинейностей, ухудшающих динамические свойства электропривода увеличиваетс  ошибка регулировани , котора  приводит к увеличению компенсирующего напр жени , поступающег на один из регул торов электропривод Однако это компенсирующее напр жение rie определ ет, кака  ошибка регулировани  бьша в электроприводе (по амплитуде или по фазе), а  вл етс  212 интегральной величиной этих двух ошибок регулировани  при гармоническом заДаюп1ем напр жении. И ошибка регулировани  в системе электропривода при таком способе уменьшаетс  незначительно. При этом в электроприводе могут возникнуть субгармонические колебани  скорости и тока, или система электропривода будет вообще неустойчива из-за того, что на один из регул торов подаетс  большой компенсирующий сигнал, который не приводит к компенсации динамической ошибки в электроприводе. Дл  исключени  в электроприводе субгармонических колебаний будут занижены динамические свойства электропривода, т.е. будет существенно уменьшена предельна  полоса пропускани  частот. Известен также способ управлени  системой электропривода с эталонной моделью, заключающийс  в том, что сравнивают напр жение с выхода эталонной модели и напр жение обратной св зи и в функции ошибки регулируют коэффициент усилени  в системе электропривода с помощью корректирующего устройства 2, Недостатком данного способа управлени   вл ютс  также низкие динамические свойства электропривода посто нного тока, а именно мала  величина полосы пропускани  частот. Это объ сн етс  следующим. В данном способе осуществл етс  сравнение выходного напр жени  эталонной модели и выходного напр жени  датчика скорости и при несоответствии упом нутых напр жений в электроприводе посто нного тока увеличиваетс  коэффициент усилени . Однако при входном гармоническом напр жении не определ етс  была ли ошибка в системе электропривода фазова  или амплитудна , т.е. был ли большой фазовый сдвиг в фазочастотНой характеристике электропривода или была больша  амплитудна  ошибка в амплитудночастотной характеристике электропривода . Это ведет к тому, что в электроприводе при больших фазовых или амплитудных ошибках резко увеличиваетс  коэААицйент усилени . Но ошибка регулировани  в системе элект ропривола уменьшаетс  незначительно из-за того, что ПРИ гармоническом задающем напр жении наблюдаетс  большой Аазовый слвиг гармонического напо жени  тахогенепатооа (особенно при больших частотах запающего напр жени ) , а по известному способу он не опрепел етс . Значительное увели чение коэААициента усилени  может привести к возникновению субгармонических колебаний скорости и тока при наличии в электроприводе вентил ного преобразовател  (управл емого выпр мител  или широтно-импульсного преобразовател ), а также вывести систему электропривода за границы устойчивости. Все это приводит к необходимости существенного ограничени  коэффициента усилени  в элект роприводе дл  устранени  указанных  влений и к занижению Предельных динамических показателей электропри вода посто нного,тока, а именно к сужению полосы пропускани  частот электропривода. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ управлени  электроприводом посто нного тока с гармоническим задающим сигналом, согласно котором определ ют желаемый переходный процесс электропривода с помощью ег модели, измер ют амплитуды переменн . составл ющих напр жений на выходе модели и пропорционального частоте вращени  электропривода, определ ют отношение указанных амплитуд,, измер ют фазы переменных составл ющих напр жени  на выходе модели и напр  жени , пропорционального частоте вр щени  электропривода, и сравнивают их, определ   фазовьй сдвиг з. Недостатком известного способа управлени  также  вл ютс  невысокие динамические свойства электропривод а именно мала  величина полосы пропускани  частот. Это объ сн етс  тем, что регулирование частотных характеристик по данному способу производитс  с помощью регул тора только в нескольких точках частотно характеристики, а это не позвол ет плавно и на всех частотах входного гармонического сигнала стабилизировать частотную характеристику элект ропривода посто нного тока. Цель изобретени  - улучшение дин мических показателей путем расширен полосы пропускани  частот электропр вода. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу управлени  эпект роприводом посто нного тока с гармоническим задающим сигналом, по которому определ ют желаемый переходной процесс электропривода с помощью его модели, измер ют амплитуды переменных составл ющих напр жений на выходе модели и пропорционального частоте вращени  электропривода, определ ют отношение указанных амплитуд, измер ют фазы переменных составл ющих напр жений на выходе модели и напр жени , пропорционального частоте вращени  элект ропривода, сравнивают их, определ   фазовый сдвиг, дополнительно определ ют амплитуду переменной составл ющей задающего напр жени  и при отношении упом нутых амплитуд напр жений меньшем единицы уменьшают, а при отношении амплитуд большем единицы увеличивают амплитуду переменной составл ющей задающего напр жени  пропорционально указанному отношению, а также сдвигают фазу переменной составл ющей задающего напр жени  в сторону опережени  на величину фазового сдвига между переменными составл ющими напр жений. На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства, реализуюшего способ} на Фиг. 2 - функциональна  схема блока коррекции. Устройство (Лиг. 1) содержит последовательно соединенные регул тор 1 частоты вращени , регул тор 2 тока, тиристорный преобразователь 3, электродвигатель А, последовательно с  корем которого включен шунт 5, выходом соединенный с датчиком 6 тока, подключенным к второму входу регул тора 2 тока, датчик 7 частоты вращени , установленньм на валу электродвигател  А и подключенный к второму входу.регул тора 1 частоты вращени , эталонную модель 8, входом соединенную с входом электропривода, блок коррекции 9, дифференцирующие звень  10 и 11, формирователи 12 и 13 амплитуды, блоки делени  14-16, функциональные преобразователи 17 и 18, сумматор 19, причем выход эталонной модели 8 подключен к входу первого дифференцирующего звена 10, выходом соединенного с входом формировател  12 амплитуды и с входом блока 14 делени ,,второй вход которого соединен с выходом формировател  12 амплитуды, выход ёлока 14 делени  подключен к входу функционального преобразовател  17, выход которого соединен с первым входом сумматора 19, выходом подключенного к первому управл ющему входу блока 9 коррекции, второй вход сумматора 19 соединен с выходом функционального преобразовател  18, вход которого подключен к выходу блока 15 делени , первым входом соединенного с выходом дифференцирующего звена 11, а входом

с выходом формировател  13 амплитуды, вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена 11, входом соединенного с выходом датчика 8 частоты вращени , выход формировател  15 13 амплитуды подключен к первому входу блока 16 делени , к второму входу которого подключен выход формировател  12 амплитуды, а выход блока 16 делени  соединен с вторым управл ющим входом блока 9 коррекции, вход которого подключен к выходу электропривода, а вход к входу регул тора 1 частоты вращени . Блок 9 коррекции состоит из инвертирующего усилител  20, дифференцирующего звена 21, усилител  22 с переменным коэффициентом усилени , фазовращател  23 и сумматора 24, причем выход инвертирующего усилител  20 подключен к первому входу сумматора 24, к второму входу которого подключены последовательно соединенные дифференцирующие звено 21, усили тель 22 с переменным коэффициентом усилени  и фазовращатель 23, выход дифференцирующего звена подключен также к второму входу инвертирующего усилител  20. Устройство работает следующим образом. Последовательно соединенные регул тор 1 частоты вращени , регул тор 2 тока, тиристорный преобразователь электродвигатель 4, последовательно с  корем которого включен шунт 5, выходом соединенный с датчиком 6 тока, подключенного к второму входу регул тора 2 тока, датчик 7 частоты .вращени , установленный на валу электродвигател  4 и подключенньй к второму входу регул тора 1 частоты вращени ,образуют двухконтурную систему с подчиненным регулированием параметров. Зад н цее напр жение,-поступающее на вход системы электропривода посто  нного тока, подаетс  также на вход 1

напр жении эталонной модели 8. Данное напр жение можно представить в виде А, е«п(со), т.е. как синусоидальную составл ющую. Это напр жение

делени . На выходе блока 14 делени  формируетс  напр жение вида sin (wi) синусоидальна  составл юща  выходного напр жени  эталонной модели 8 216 эталонной модели 8, котора  формирует эталонную динамическую характеристику электропривода и также амплитуднофазовую характеристику (АФХ) с заданной полосой пропускани  частот и заданным показателем колебательности Выходное напр жение эталонной модели 8 поступает на дифференцирующее звено 10, осуществл ющее вьщеление переменной составл к цей в выходном поступает на вход формировател  12 амплитуды и на вход блока 14 делени . Формирователь 12 амплитуды формирует амплитуду выходного напр жени  дифференцируницего звена 10, т.е. выдел ет модуль этого напр жени . Если входное напр жение формировател  амплитуды (wi), то его выходное напр жение будет А, . Напр жение с выхода формировател  12 амплитуды поступает на входы блоков 1Д и 16 в относительных единицах, т.е. независимо от амплитуды выходного напр жени  эталонной модели 8. Напр жение с выхода блока 14 делени  поступает на вход функционального преобразовател  17, имеющего арксинусную характеристику и формирующего напр жение вида w-fc , которое поступает на вход сумматора 19. С выхода датчика 7 частоты вращени  напр жение пЬступает на вход дифференцирующего звена 11, осуществл ющего ш щеление переменной составл ющей в выходном напр жении датчикачастоты вращени . Данное напр жение можно представить в виде A-j sin (w + t)). Оно поступает формировател  13 амплитуды и на вход блока 15 делени . Формирователь 13 амплитуды формирует амплитуду выходного напр жени  дифференцирук цего звена 11, т.е. вьщел ет модуль этого напр жени . Если на вход его поступает напр жение в виде AJ 9tn (л1 (}), то выходное напр жение будет А . Напр жение с выхода формировател  13 амплитуды поступает на входы блоков 15 и 16 делени . На выходе блока 15 делени  формируетс  напр жение в виде Stn (tji.-K; ) синусоидальна  составл юща  выходного напр жени  датчика частоты вращени  в относительных единицах, т.е. независимо от амплитуды Aj напр жени  датчика частоты вращени  Напр жение с выхода блока 15 делени  поступает на вход функционального преобразовател  18, имеющего арксинусную Характеристику и формирующего напр жени  вида (со{ + Ц| ) . Данное напр жение, поступает на второй вход сумматора 19 и на его выходе формируетс  ; напр жение видад; , пропорциональное фазовой ошибке (фазовому сдвигу в электроприводе на определенной частоте), показывающее расхождение фазочастотной характеристики электропривода посто нного тока по сравнению с эталонной фазочастотной характеристикой, котора  формируетс  эталонной моделью 8. Напр жение с вьгхода сумматора 19 поступае на управл ющий вход блока 9 коррекции . На первый вход блока 16 делени  поступает напр жение Д) с выхода формировател  .12 амплитуды, а на второй вход поступает напр жение Д с выхода формировател  13 амплитуды При этом на выходе блока 16 делени  А формируетс  напр жение вида -j-, пропорциональное амплитудной ошибке, показьтаюп1ее во сколько раз измен етс  амплитуда в амплитудно-частотно характеристике электропривода по сравнению с эталонной амплитудой в амплитудно-частотной характеристике котора  формируетс  эталонной моделью 8. Напр жение с выхода блока 16 делени  поступает на второй управ л ющий вход блока 9 коррекции. В бло ке коррекции происходит регулировани амплитуды и фазы переменной составл ющей задакнцего напр жени  всего электропривода посто нного тока. Происходит это следующим образом. I Пусть задающее напр жение электро привода можно представить в виде В + С- gin ((«){;), т.е. как сумму посто  нной составл ющей В и переменной синусоидальной составл ющей С 5in coi Тогда на выходе дифференцирующего звена 21, осуществл ющего выделение переменной составл ющей, будет напр жение вида Csiooji, которое поступает на вход инвертирующего усилител 20, на выходе которого будет присутствовать лишь посто нна  ,составл юща  задающего напр жени  электропривода , а именно величина В. Данное напр жение поступает на вход сумматора 24, на второй вход которого подаетс  скорректированное напр жение переменной составл ющей задаюп1его напр жени  электропривода через усилитель 22 с переменным коэффициентом, усилитель и фазовращатель 23. Переменна  составл юща  задающего напр жени  Csincot с выхода дифференцирующего звена 21 поступает на,вход усилител  22 с переменным коэффициентом усилени , управление коэффициентом усилени  которого осуществл етс  напр жением вида т-, поступающим с блока 16 делени . Выходное напр жение усилител  22 можно представить в виде С T-sinui;, которое поступает AI на фазовращатель 23, осуп1ествл ющий сдвиг по фазе задающего напр жени  в функции управл ющего напр жени  вида V , поступающего с выхода сумматора 19. При этом выходное напр жение фазовращател  в первом приближении можно записать в виде С-- in (ы1-1). Выходное напр жение сумматора 24 можно записать в виде В+С-т- (wt ), т.е. на выходе сумматора 24, выход которого  вл етс  выходом блока 9 коррекции, формируетс  напр жение, I пбсто нна  составл юща  которого не измен етс , а переменна  синусоидальна  составл юща  корректируетс  как по амплитуде, так и по фазе, причем на величины, пропорциональные амплитудной ошибке и фазовой ошибке в электроприводе. Допустим, в быстродействующем электроприводе.посто нного тока имеютс  различного вида нелинейности, ухудшающие динамические свойства, а именно сужающие полосу пропускани  частот и увеличивающие показатель колебательности в электроприводе (, насыщение регул торов частоты вращени  и тока, крива  нелинейного токоограничени  дл  высокомоментного электродвигател , зона нечувствительности в характеристике полупроводникового преобразовател , наличие нелинейности, св занной с режимом прерьгеистых токов в преобразовател х с раздельным управлением , наличие нелинейного момента сухого трени  в электродвигателе и т.д.) и на вход электропривода пода етс  напр жение гармонической формы Причем полоса пропускани  частот быстродействующего электропривода, посто нного тока дл  электроприводо механизмов подачи металлорежущих станков с ЧПУ оцениваетс  по двум услови м: уменьшение амплитуды напр жени  на выходе датчика частоты вращени  на 0,7 от амплитуды этого же напр жени  на частоте 0,5 Гц или . что однозначно, уменьшение коэффициента усилени  зшчкнутого электропривода на 3 дБ и наличие в системе электропривода фазового сдвига межд задающим гармоническим напр жением и напр жением с выхода датчика част ты вращени  90 , т.е. полоса, пропус кани  частот в быстродействующем электроприводе будет максимальной, если одно из указанных условий достигнет своего предельного значени  В электроприводе с наличием различн го вида нелинейностей происходит изменение амплитудно-фазовой характеристики электропривода, т.е. изме нение величины амплитуды выходного напр жени  датчика 7 частоты вращени  по сравнению с задаюп{им напр жением и наличие фазового сдвига между указанными напр жени ми. При этом на выходе формирователей 12 и 13 амплитуды формируютс  амплитуды напр жений эталонной модели 8 и датчика частоты вращени  7 и на бло 16 делени  формируетс  напр жение, пропорциональное отношению этих .величин, и данным напр жением проис ходит изменение коэффициента усилен усилител  22, который регулирует ам литуду переменной составл к цей, пос тупающей на вход электропривода. Допустим, что в электроприводе .посто нного тока произошло сужение полосы пропускани  - резко уменьшилась амплитуда напр жени  датчика частоты врар1ени . При этом уменьшаетс  и величина амплитуды напр жени А, поступающа  с формировател  13 амплитуды, и.на выходе блока 16 делени  возрастает напр жение в св зи, с тем, что величина амплитуды напр жени  с выхода эталонной модели 8, т.е. напр жение вида , не мен етс . Возросшее напр жение, блока 16 делени  увеличивает коэффициент усилени  усилител  22, который увеличивает амплитуду переменной составл ющей, поступающей на вход электропривода. В электроприводе возрастает при этом амплитуда напр жени  с датчика частоты вращени  и происходит расширение полосы пропускани  частот. Допустим, в электроприводе уменьшилась полоса пропускани  частот из-за большого фазового сдвига между задающим напр жением и напр жением датчика 7 частоты вращени . При этом на выходе сумматора 19 формируетс  напр жение, пропорциональное данному фазовому .сдвигу (f , которое поступает на управл ющий, вход фазовращател  23, осуществл ющего сдвиг по фазе переменной , составл ющей входного напр жени , поступающего на вход регул тора 1 частоты вращени  электропривода . И в этом случае происходит сдвиг по фазе напр жени  гармонической формы на выходе датчика 7 частоты вращени  и, тем самым, уменьшаетс  фазовый сдвиг между напр жением датчика частоты вращени  и задающим напр жением. В электроприводе происходит расширение полосы пропускани  частот и улучшение динамических свойств. Электропривод, выполненный по предлагаемому способу управлени , имеет высокие динамические показатели, причем полоса пропускани  частот определ етс  заданной полосой пропускани  частот эталонной модели (параметрами эталонной модели) и предельными динамическими возможност ми силовой части быстродействующего электропривода (тиристорный преобразователь-электродвигатель ) . Полоса пропускани  частот может достигать граничной (согласно теореме Котельникова) и равной -, где m - число фаз, Г - частота питакицей сети. Применение предлагаемого способа управлени  в быстродействующих электроприводах посто нного тока и устройства дл  его осуществлени  приводит к повьш ению производительности механизмов , например, в механизмах подач металлорежущих станков с ЧПУ повышаетс  производительность труда за счет уменьшени  времени, затрачиваемого на обработку деталей вследствие CD-F

повышени  динамических свойств электропривода механизма подачи, а именно расширени  полосы пропускани  частот электропривода и сокращени  времени протекани  переходных процессов.

(pui.1 ( i-tAll к г U b-f-Csin t ef LOSbfXiS Фиг.2

Claims (1)

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА с гармоническим задающим сигналом, согласно которому определяют желаемый переходный процесс электропривода с помощью его модели, измеряют амплитуды переменных составляющих напряжений на выходе модели и пропорционального частоте вращения электропривода, определяют отношение указанных амплитуд, измеряют фазы переменных составляющих напряжения на выходе модели и напряжения, пропорционального частоте вращения.электропривода, сравнивают их, определяя фазовый сдвиг, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей путем расширения полосы пропускания частот электропривода, дополнительно определяют амплитуду переменной составляющей задающего, напряжения и при отношении упомянутых амплитуд напряжений . меньшем единицы уменьшают, а при отношении амплитуд большем единицы увеличивают амплитуду переменной составляющей задающего надряжения пропорционально указанному отношению, а также сдвигают фазу переменной составляющей задающего напряжения в сторону опережения на величину фазового сдвига между переменными составляющими напряжений.

   SU ж 1150721

   1 11