SU1198723A1 - Электропривод постоянного тока - Google Patents

Description

Изрбретение относится к электротехнике, а именно к регулируемому электроприводу постоянного тока, и может быть использовано в электроприводах, требующих регулирования в широких пределах момента двигателя, например в электроприводе охвата манипуляторов.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования момента двигателя и повышение точности поддержания момента на валу в установившихся режимах работы.

На чертеже изображена функциональная схема электропривода.

Электропривод содержит электродвигатель I постоянного тока, блок 2 задания, регулятор 3 момента нагрузки, подключенный к якорной цепи электродвигателя 1 управляемый преобразователь 4, в цепь управления которого включены последовательно соединенные пропорциональный регулятор 5 частоты вращения и пропорционально-интегральный регулятор 6 то-, ка, при этом входы указанных регуляторов соединены с датчиками 7, 8 и 9 момента нагрузки, частоты вращения и тока соответственно. Регулятор 3 момента нагрузки составлен из функционального преобразователя 10, реализующего зависимость ^и4>л ^{= К}ос ^ωΗ где К_ос - коэффициент обратной связи по частоте вращения; и>н ~ номинальная частота враще- , ния электродвигателя; напряжение на задающем входе регулятора момента нагрузки, и последовательно включенных суммирующего усилителя 11 и блока 12 перемножения, второй вход которого через функциональный преобразователь 10 соединен с задающим входом регулятора 3 момента нагрузки, при этом третий вход регулятора 5 частоты вращения связан с выходом датчика 7 момента нагрузки, регулятор 3 момента нагрузки включен .между блоком 2 задания и задающим входом регулятора 5 частоты вращения.

Основу построения регулятора 3 момента нагрузки, пропорционального регулятора 5 частоты вращения и пропорционально-интегрального регулято1198723 2 ра 6 тока составляют· операционные. усилители (ОУ) . Функциональный преобразователь 10 может быть выполнен на ОУ с нелинейным коэффициентом пе5 редачи, что достигается подбором смещений и резисторов входной цепи и резисторов обратной связи. Суммирующий усилитель 11 выполнен на ОУ с постоянными резисторами 13 и 14 10 входной цепи и постоянным резистором 15 обратной связи. Блок перемножения 12 может быть реализован на логарифмическом ОУ. Пропорциональный регулятор 5 частоты вращения реализован 15 на ОУ 16 с постоянными резисторами 17, 18 и 19 во входных цепях и постоянным резистором 20 в цепи обратной связи. Для получения нелинейной характеристики типа насыщение ОУ 20 16 охвачен двумя встречно включенными стабилитронами 21 и 2.2. Пропорционально-интегральный регулятор 6 тока реализован на ОУ 23 с постоянными резисторами 24 и 25 входной цепи и 25 последовательно соединенными резистором 26 и конденсатором 27 в цепи обратной связи. Датчик момента нагрузки может быть выполнен тензометрическим или выполнен с. применением схемы 30 косвенного измерения момента сопротивления .

Вал электродвигателя 1 через кинематическое звено 28 соединен с исполнительным механизмом 29.

Электропривод работает следующим образом (работа рассматривается на примере электропривода манипулятора), Задающий· сигнал, определяющий уровень момента, который должен поддер40 живаться в установившемся режиме работы при манипулировании предметов, подается на первый вход регулятора 3 момента нагрузки и на вход функционального преобразователя 10, который реализует зависимость ^ивых.фп ^Κθ^εωΗ~ϋξ“^-'

Рассматриваемая система позволяет при отсутствии момента сопротивления на валу отработать заданное перемещение с номинальной скоростью, при этом разгон привода до номинальной 55 скорости идет с максимально допустимым моментом двигателя, что в конечном счете и обеспечивает минимальное время отработки. При подаче задагаце— го сигнала и отсутствии момента сопротивления на валу двигателя на вход регулятора 5 частоты вращения поступает постоянный сигнал, пропорциональный номинальной частоте вращения электродвигателя с выхода регулятора 3 момента нагрузки. На второй вход регулятора 5 частоты вращения с датчика 8 поступает сигнал обратной связи по частоте вращения. Ограничение уровня выходного сигнала регулятора 5 частоты вращения, определяющего значение сигнала на входе регулятора 6 тока, а следовательно, и уровень допустимого момента электродвигателя в переходных режимах осуществляется шунтированием цепи обратной связи регулятора 5 встречно включенными стабилитронами 21 и 22. Такая структура обеспечивает разгон привода с максимальным ускорением до номинальной скорости и дальнейшее поддержание ее постоянной до появления нагрузки на выходном валу, т.е. до появления сигнала обратной связи по моменту. Действительно, напряжение на выходе регулятора 3 момента и, соответственно, на задающем входе регулятора 5 частоты вращения в общем случае равно и,

и.

♦пи и

Зм ^изм = к„к *Чс ^2 ^ос ^ωΗ ΊΊ ’ ^υ3ΙΛ где и, = к,и_3м - к_ги_м; ;

- коэффициент передачи операционного усилителя II, рав' · ' К15 ный отношению ——

К13 , к₂ коэффициент передачи операционного усилителя I I , равный отношению

К15 . К14 *

0_м- напряжение на выходе датчика 7 момента нагрузки.

Поскольку в этом режиме и_м = 0, то = К₁К_0Си?_н, т.е. до схвата изделия электродвигатель работает на скорости холостого хода.

После схвата изделия появляется сигнал на выходе датчика 7 момента нагрузки. По мере роста момента нагрузки частота вращения электродвигателя снижается и при достижении моментом нагрузки заданного значения (ϋ_Μ = И_3м ) частота вращения электродвигателя спадает до нуля и он работает в режиме короткого замыкания, поддерживая на валу заданный момент.

Для устранения статической ошибки в поддержании заданной величины момента, зависящей от статического перепада скорости в замкнутой по скорости двухконтурной системе, на третий вход регулятора 5 частоты вращения через резистор 18 заведена положительная связь по моменту сопротивления. Коэффициент положительной связи по моменту К_м определяется следующим образом:

ν _ 4Т/л -г где К ос суммарное сопротивление якОрной цепи;

коэффициент обратной связи по частоте вращения; электромеханическая пос35 . тоянная времени электропривода ;

- некомпенсируемая постоянная времени;

С - коэффициент.

Использование данного устройства в исполнительной системе манипуляционного робота увеличивает производительность манипулятора, улучшает качество продукции, ускоряет процесс переналадки манипулятора при широкой номенклатуре обрабатываемых изделий, так как данное устройство позволяет получить высокое быстродействие при отработке перемещений в переходном режиме и обеспечить в широких пределах регулирование и поддержание усилия на охвате в установившемся режиме работы манипулятора.

Claims (2)

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель постоянного тока, блок задания, регулятор момента нагрузки, подключенный к якорной цепи электродвигателя, управляемый преобразователь, в цепь управления которого включены последовательно соединенные пропорциональный регулятор частоты вращения и пропорциональио-интегральный регулятор тока, при этом входы указанных регуляторов соединены с датчиками момента нагрузки, частоты вращения и тока соответственно, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования момента двигателя и повышения точности поддержания момента на валу в установившихся режимах, регулятор момента нагрузки составлен из функционального преобразователя, реализующего зависимость ~ ^Кос ~и »
2. 3« где К_ос - коэффициент обратной связи по частоте вращения;

   - номинальная частота вращения электродвигателя;

   - напряжение на задающем входе регулятора момента нагрузки, суммирующего усилителя й блока перемножения, первым входом соединенного с выходом суммирующего усилителя, а вторым - через указанный функциональный преобразователь с выходом блока задания и входом суммирующего усилителя , подключенным к выходу датчика момента нагрузки, выход блока перемножения подключен к задающему входу регулятора частоты вращения, снабженного дополнительным входом, связанным с выходом датчика момента нагрузки.