SU1249478A1 - Самонастраивающа с система управлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургической и металлообрабатьюающей технике и -может найти применение в электроприводах роботов манипул торов и металлорежущих станков, которые имеют неупругую св зь между электродвигател ми и исполнительным механизмом и к которым предъ вл ютс  высокие требовани  к стабильности их динамических характеристик при наличии больших параметрических возмущений . В системе решаетс  задача обеспечени  устойчивой отработки ползучих скоростей и компенсации больших параметрических возмущений. Сигнал задани  поступает на вход эталлоной модели,-формирующей эталонный сигнал регулируемой координаты и ее производной. Эти сигналы поступают на первый и второй входы блока масштабных коэффициентов, на третий вход которого поступает сигнал регулируемой координаты-скорости , а на четвертый - первый выходной сигнал устройства идентификации. Блок масштабных коэффициентов формирует эталонные сигналы регулируемой координаты и ее производной в предположении , что данна  система может быть представлена эквивалентной системой второго пор дка. Его выходной сигнал через анализатор знака и регистр поступает на первый вход первого сумматора, где суммируетс  с сигналом резани  и регулируемой координатой . Выходной сигнал .первого сумматора через блок с посто нными параметрами регулирующего устройства (и, ПИ, ПИД-блок) поступает на сигнальный вход широтно-импульс ного преобразовател , выходной сигнал которого усиливаетс  по мощности и воздействует на двигатель, -На двигателе установлены датчик скорости (т.е, регулируемой координаты) и датчик тока. Их выходные сигналы подаютс  на входы устройства идентификации, которое определ ет коэффициент передачи двигател  между скоростью и то- ком, Вькодной сигнал этого устройства поступает на управл киций вход блока с пе:ременными параметрами регулирующего устройства и в нем на вход Делитель делител , на вход Делимое которого поступает сигнал регистра . Выходной сигнал делител  через цифроаналоговый преобразователь поступает на вход питани  широтно- импульсного преобразовател , вызьша  изменени  параметров блока с переменными параметрами, 1 з,п,ф-лы, I ил. с (Q (Л bSi ;о 4; СХ)

Description

Изобретение относитс  к металлургической и металлообрабатывающей техника и может найти применение в электроприводах роботов-манипул торов и металлообрабатывающих станков, которые имеют неупругую св зь между электродвигателем и исполнительным меха-, низмом и к которым предъ вл ютс  высокие требовани  к стабильности их динамических характеристик при наличии больших параметрических возмущений ,

Цель изобретени  - расширение диапазона регулировани  и точности системы .

На .чертеже представлена блок-схема системы.

Система содержит задатчик , первый сумматор 2, регулирующее устройство 3, блок 4 с посто нными параметрами , блок 5 с переменными параметрами , усилитель 6 мощности, электродвигатель 7, датчик 8 скорости, датчик 9 тока, устройство 10 идентификации , второй сумматор 11, первый умножитель 12, третий сумматор 13, первый интегратор 14, четвертый сумматор 15, второй 16 и третий 17 умножители , второй интегратор 18, третий 19 и первый 20 регистры, четвертый умножитель 21, второй регистр 22 п тый умножитель 23, третий интегратор 24, блок 25 сигнальной самонастройки , эталонна  модель 26, блок 27 масштабных коэффициентов, блок 28 формировани  сигнала самонастройки, анализатор 29 знака, п тый регистр 30, широтно-импульсный преобразова- Tejjb 31, цифроаналоговый преобразователь 32, шестой регистр 33, делитель 34, четвертый регистр 35, шестой умножитель 36 и п тый сумматор 37

Регулирующее устройство 3 содержит блок 4 с посто нными параметрами и блок 5 с переменными параметрами, состойщий из широтно-импульсного преобразовател  31, цифроаналогового преобразовател  32, регистра 33 и делител  34,

Устройство 10 идентификации содер жит второй сумматор 1I, первый умножитель 12, третий сумматор 13, первый интегратор 14, четвертый сумматор 15, второй 16 и третий 17 умножители , второй интегратор 18, третий 19 и первый 20 регистр, четвертый умножитель 21, второй регистр 22, п тый умножитель 23, третий интег

5

0

5

0

0

5

0

5

5

ратор 24, четвертый регистр 35, шестой умножитель 36 и п тый сумма-- тор 37.

Блок 25 сигнальной самонастройки содержит эталонную модель 26, блок

27масштабных коэффициентов и блок

28формировани  сигнала самонастройки , состо щий из анализатора 29 знака и регистра 30.

Основной контур управлени  (скоростью двигател ) в системе образован задатчиком 1, первым сумматором 2, р.егулир тощим устройством 3, усилителем 6 мощности и электродвигателем 7 с датчиком 8 скорости.

Устройство 10 идентификации предназначено дл  оценивани  коэффициента передачи ток - скорость двигател  7 . В устройстве 10 идентификации третий интегратор 24 совместно с вторым регистром 22 и п тым умножителем 23 осуществл ют формирование сигнала, пропорционального току нагрузки (т.е. отношению момента наг-- рузки к потоку возбуждени  двигател  7). Первый умножитель 12 и первый интегратор 14, соединенные последовательно через третий сумматор 13, образуют настраиваемую модель двигател  7. Поскольку на второй вход сумматора 1I подаютс  как сигнал, пропорциональный току двигател , снимаемый с датчика 9 тока, так и сигнал, пропорциональный току нагрузки , то на вход настраиваемой модели поступает в виде оценки та же величина , что и реально действующа  на входе двигател  7 (динамический ток). Это позвол ет использовать получаемый на выходе четвертого сумматора 15 сигнал ошибки дл  настройки коэффициента передачи модели (так как эта ошибка обусловлена только различием коэффициентов передачи двигател  7 и модели) и, следовательно , дл  идентификации коэффициента передачи двигател  7. Оценка этого коэффициента, вырабатьтаема  вторым интегратором 18, подаетс  на управл ющий вход блока 5 с переменными паг раметрами регулирующего блока 3j настраива  его коэффициент передачи (параметрическа  самонастройка).

Блок 25 сигнальной самонастройки обеспечивает сигнальную самонастройку системы.

Усилитель 6 мощности и электродвигатель 7  вл ютс  аналоговыми блока

3

ми, датчик 8 скорости и датчик 9 тока - аналого-цифровыми блоками, ши- ротно-импульсный преобразователь 31 и цифроаналоговый преобразователь 32 цифроаналоговыми блоками, а остальны блоки системы выполнены в цифровом виде. Регистры 19, 20, 22, 29, 33 и 35 весовых коэффициентов позвол ют задавать параметры системы (алгоритма управлени ) путем занесени  в эти регистры соответствующих кодосигна- лов,

Блок 27 масштабных .коэффипиентов схемно может быть реализован например , с помощью шестого сумматора, первый и второй входы которого  вл ютс  соответственно первым и третьим входами блока 27 масштабных коэффициентов , седьмого сумматора, первый и второй входы которого  вл ютс  соответственно вторым и четвертым входами блока 27 масштабных коэффициентов , восьмого сумматора, выход которого служит выходом блока 27 масштабных коэффицентов, последовательно со единенных седьмого регистра и седьмого умножител  и последовательно соединенных восьмого регистра и восьмого умножител , причем вторые входы седьмого и восьмого умножителей под- ключены к выходам соответственно шестого и седьмого сумматоров, а выходы - соответственно к первому и второму входам восьмого сумматора (не показан),

Цифрова  часть самонастраивающейс  системы управлени  может быть выполнена на цифровых интегральных микросхемах серий 1802, 1804, 133, 530, 533,572. Например, эталлона  модель 26 может быть реализована в виде цифрового фильтра на микросхемах 133ИП4, 133ТМ5, 133ТМ7 и 133ИМЗ; первый 14, второй 18 и третий 24 интеграторы - на микросхемах 133;:Ш4, 133ТМ5;первый 2, второй 11, третий 13, четвертый 15 и п тый 37 сумматоры - на микросхемах 133ИП4, 133ИМЗ; третий 19, первый 20, второй 22, п тый 30, тестой 33 и четвертый регистры 35 - на микросхемах 133ТМ5, 133ТМ7; первый 12, второй 16, третий 17, четвертый 21, п тый 23 и шестой 36 у шожители и делитель 34 - на

Предположим, что коэффициент передачи двигател  7 между током и скоростью измен етс , например умень шаетс  вследствие уменьшени  потока возбуждени  или увеличени  приведенного момента инерции. В этом случае во врем  переходного процесса, вызванного , например, увеличением цифрового задающего сигнала, выходной цифровой сигнал датчика 9 тока, проход  через второй сумматор 11, первый умножитель 12, третий сумматор 13, первьй интегратор 14, вызывает изменение выходного сигнала первого интегратора 14, который вычитаетс  в четвертом сумматоре 15 из цифроарифметическом расширителе (умножите-55 вого сигнала датчика 8 скорости. На

лё ) серии 1802, на микропроцессоре 1804ВС1; блок 4 с посто нными параметрами регулирующего устройства 3

выходе четвертого сумматора 15.по вл етс  отрицательный сигнал ошибки. Этот сигнал, будучи умножен во вто10

5

20

25 30 49478 . 4

может быть реализован как цифровой П, ПИ- или njiU- регулирующий блок на элементах серий 1802, 1804, 133 и др.

Самонастраивающа с  система управлени  (скорость вращени  электродвигател  с переменным приведенным моментом инерции и регулируемым потоком возбуждени ) работает следующим образом,

Задатчик 1 вырабатьшает последовательность цифровых выборок задающего аналогового сигнала (цифровых задающих сигналов). Этот сигнал через первый сумматор 2 и блок 4 с посто  нными параметрами регулирующего устройства 3 поступает на ши- ротно-импульсный преобразователь 31 и после преобразовани  в аналоговую величину передаетс  через усилитель 6 мощности на электродвигатель 7, который благодар  совместному дей-- ствию регулирующего устройства 3 и отрицательной обратной св аи с выхода датчика 8 скорости на второй вход второго с нматора 2 развивает скорость вращени , соответствующую данному задающему сигналу. Настроечные параметры регулирующего устройства 3 выбраны таким образом, что при номинальном приведенном моменте инерции двигател  7 и номанальном потоке возбуждени  динамические свойства системы {быстродействие и динамические ошибки .lO управлению и возмущению ) удовлетвор ют техническим требовани м и считаютс  оптимальными .

Предположим, что коэффициент передачи двигател  7 между током и скоростью измен етс , например уменьшаетс  вследствие уменьшени  потока возбуждени  или увеличени  приведенного момента инерции. В этом случае во врем  переходного процесса, вызванного , например, увеличением цифрового задающего сигнала, выходной цифровой сигнал датчика 9 тока, проход  через второй сумматор 11, первый умножитель 12, третий сумматор 13, первьй интегратор 14, вызывает изменение выходного сигнала первого интегратора 14, который вычитаетс  в четвертом сумматоре 15 из цифро35

40

45

50

55 вого сигнала датчика 8 скорости. На

выходе четвертого сумматора 15.по вл етс  отрицательный сигнал ошибки. Этот сигнал, будучи умножен во втором умножителе I6 на положительный выходной сигнал второго сумматора 1I и пройд  через третий умножитель 7, вызывает уменьшение выходного сигнала 5 второго интегратора 18, который сум- мируетс  в п том сумматоре 37 с входным сигналом второго интегратора 18, прошедшим через шестой умножитель 26, Вследствие этого коэффициент передачи Ю первого умножител  12 по первому входу уменьшаетс  до тех пор, пока ошибка на выходе четвертого сумматора 15 не становитс  равной нулю, а 2 оэффициент передачи по первому вхо- 15 ду первого умножител  12,т.е. выходной 1сигнал второго интегратора 18, не стано- витс  равным коэффициенту передачи двигател  7, чем и обеспечиваетс  его идентификаци . Контур, образо- 20 ванный третьим сумматором 13, первым интегратором 14, четвертым сумматором 21 и первым регистром 20, обеспечивает затухание начальной ошибки, . возникающей на выходе четвертого матора 15. Если переходный процесс в основном контуре системы характеризуетс  гораздо большими значени ми тока, чем те, дл  которых рассчитаны параметры устройства 10 идентифи- 30 кации, то в случае отсутстви  четвертого регистра 35, шестого умножител  36 и п того сумматора 37 переходный процесс в устройстве 10 идентификации приобретает  рко выраженный ко- 35 лебательный характер вследствие сильного увеличени  коэффициента контура , образованного первым умножителем

12,третьим сумматором 13, первым интегратором 14, четвертью суммато- 40 ром 15, вторым 16 и третьим 17 умножител ми и вторым интегратором 18 (сигнал, пропорциональный току двигател  7, подводитс  к этому контуру через датчик 9 тока и второй сум- 5 матор 11 мультипликативно в двух точках - в первом и во втором умножител х 12 и 16). Напротив, введение указанных блоков стабилизирует скорость протекани  и качество переходных про-50 цессов в устройстве 10 идентификации. Вьпсодной сигнал датчика 9 тока, проход  через второй сумматор 11, первый умножитель 12, третий сумматор

13,первый интегратор 14, четвертый 55 сумматор 15, второй 16 и третий 17 умножители и второй интегратор 18, стремитс  сильно увеличить выходной

сигнал второго интегратора 18, вырабатывающего оценку коэффициента передачи двигател  7. Однако входной сигнал второго интегратора 18, проход  через шестой умножитель 36, который в отличие от второго интегратора 18  вл етс  безынерционным, и. далее через п тьш сумматор 37, первый умножитель 12, третий сумматор 13 и первый интегратор 14, резко увеличивает выходной сигнал первого интегратора 14, который, вычита сь в четвертом сумматоре 15 из сигнала датчика 8 скорости, вызывает уменьшение выходного сигнала второго интегратора 18, обеспечива , таким образом, стабилизацию системы.

Цифровой сигнал с выхода второго интегратора 18 поступает на управл ющий вход блока 5 с переменными параметрами регулирующего устройства 3, увеличива  (благодар  наличию делител  34) коэффициент передачи регулирующего устройства 3 и компенсиру , таким образом, уменьшение коэффициента передачи двигател  7, чем и достигаетс  эффект параметрической самонастройки. Перестройка коэффициента передачи регулирующего устройства 3. осуществл етс  с помощью циф- роаналогового преобразовател  32, измен ющего , в соответствии со значением выходного сигнала делител  34, напр жение питани  широтно-импульсного преобразовател  31,

Точна  идентификаци  коэффициента передачи двигател  7 оказываетс  возможной благодар  тому, что на входе настраиваемой модели двигател , образованной вторым умножителем 12 и первым интегратором 14, формируетс  сигнал, пропорциональный динамическому току. Третий интегратор 24 осуществл ет идентификацию составл ющей тока, пропорциональной отношению момента нагрузки к потоку возбуждени  двигател  7. В случае увеличени  момента нагрузки двигател  7, скорость двигател  7 начинает уменьщатьс , а ток возрастать. Поскольку сигнал на выходе третьего интегратора 24 соответствует прежнему значению момента нагрузки, то выходной сигнал первого сумматора 11 перестаёт соответствовать динамическому току, воздействующему на двигатель 7, Выходной сигнал первого интегратора 14 увеличиваетс 

а сигнал с выхода датчика 8 скорости уменьшаетс . Под действием возникающего на выходе ;четвертого сумматора 15 отрицательного сигнала ошибки вы- ходной сигнал третьего интегратора 24 (его знак отрицателен) начинает возрастать до тех пор, пока не придет в соответствие с новым значением момента нагрузки двигател  7,

Блок 25 сигнальной самонастройки обеспечивает согласование динамики системы с динамикой эталонной модели 26 путем подачи на вход первого сумматора 2 дополнительного сигнала самонастройки. .Эталонна  модель 26 настраиваетс , исход  из желаемого вида реакции системы на выходной, сигнал задатчика 1. При параметрических возмущени х контур параметрической самонастройки вследствие своей инерционности вступает в действие не сразу, Напротив, блок 25 сигнальной самонастройки начинает немедленно ликвидировать ошибку межд у скоростью двигател  7 и выходными сигналами эталонной модели 26.

Блок 27 масштабных коэффициентов формирует сигналы ошибок по скорости и ее производной (предполагаетс , что система с жесткой св зью между двигателем 7 и исполнительным механизмом всегда может быть представлена эквивалентной системой второго пор дка, в св зи с чем дл  обеспече- ни  устойчивости процесса адаптации необходима информаци  только о производной регулируемой координаты), дл  чего из сигнала с первого выхода эталонной модели 26 вычитаетс  выходной сигнал датчика 8 скорости, а из сигнала второго выхода эталонной модели 26 вычитаетс  сигнал с выхода третьего сумматора 13.

Сигналы разности усиливаютс  в со ответствии с масштабными коэффициентами , а затем суммируютс . -Выходной сигнал блока 27 масштабных коэффициентов подаетс  на вход блока 28 формировани  сигнала самонастройки. Он реализует знаковую функцию (дл  чего входной сигнал в нем происходит, через анализатор 29 знака и регистр 30) и вырабатывает сигнал самонастройки , поступающий на первый вход первого сумматора 2. Построенна  таким образом система ликвидирует отклнени  текущего значени  скорости дви5

5 О

5 0

0

гател  7 от эталонного значени , сформированного эталонной моделью 26 вне зависимости от того, какими причинами эти отклонени  вызваны: изменением параметров объекта (не -показан), действием внешних возмущений или исходными различи ми динамических свойств объекта и эталонной модели 26. Блок 25 сигнальной самонастройки компенсирует изменение па- раметров объекта в сравнительно узком диапазоне (до трех раз в обе стороны ) , в то врем  как основной контур самонастройки(параметрической) обеспечивает отработку параметрических возмущений в широком диапазоне (дес тки раз) .

Благодар  включению в основной контур системы широтно-импульсного преобразовател  31 резко повышаетс  точность системы при малых значени х задающего сигнала и расшир етс  диапазон регулировани  скорости (в дес тки раз и более). Разр дность выпускаемых цифроаналоговых преобразователей в, лучшем случае 8-16, а обычно 8-12, что обеспечивает в случае , например, 12-разр дного цифро- аналогового преобразовател  2 4000 уровней-квантовани  выходного сигнала регулирующего устройства 3 в известной системе. При включении в основной контур регулировани  широтно-импульсного преобразовател  31 по вл етс  возможность увеличить число уровней квантовани  (во времени ) в дес тки сотни раз. Например, при значении шага дискретизации во времени 10 не и максимальной длительности импульса 100 мс широтно-импульсного преобразовател  31 получаетс  IО млн значений управл ющего сигнала, т.е. на три пор дка больше, чем в известной системе. В этом случае при требуемом диапазоне регулировани  скорости, например,10000: 1 погрешность поддержани  заданного значени  скорости не превьщ1ает 0,1%.

Введение в устройство 10 идентификации новых блоков с соответствующими св з ми позвол ет стабилизировать процесс идентификации коэффициента передачи двигател  7, исключив вли ние на этот процесс среднего значени  тока двигател  7, и тем самым повысить точность настройки коэффициента регулирующего блока 3.

Благодар  этому в предлагаемой сие- теме повьппаетс  динамическа  точность регулировани  скорости.

Таким образом, введение указанн-ой совокупности отличительных признаков позвол ет повысить точность системы и расширить диапазон регулировани  скорости.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1, Самонастраивающа с  система управлени , содержаща  последовательно соединенные задатчг-ж, блок сигнальной самонастройки, первый сумматор, регулирующее устройство, усилитель мощности, электродвигатель, датчик тока, второй сумматор, первый умножитель, третий сумматор, лервьш интегратор, четвертый сумматор, второй и третий умножители и второй интегратор , подключенный выходом к управл ющему входу регулирз щего устройства , датчик скорости, кинемати- чески св занный с валом электродви-- гател  и соединенный выходом с вторым входом блока сигнальной самонастройки , с вторым входом второго сумматора и с вторым входом четвертого сумматора, подключенного выходом к первым входам четвертого и п того умножителей, подсоединенных вторыми входами к выходам соответственно первого и второго регистров, а выходамисоответственно с вторым входом третьего сумматора и входом третьего интегратора , подключенного выходом к второму входу вт.орого сумматора, со0

   s 0 5 о

   единенного выходом с рторьгм входом второго умножител , выход третьего сумматора подключен к третьему входу блока сигнальной самонастройки, выход задатчика соединен с третьим входом первого сумматора, выход третьего регистра соединен с вторым входом третьего умножител , отличающа с  тем, что, с целью расширени  диапазона регулировани  и точности системы, в ней дополнительно установлены п тый сумматор, четвертый регистр и шестой умножитель , соединенный первым входом с выходом третьего умножител , вторым входом - с выходом четвертого регистра , а выходом - с первым входом п того сумматораJ подключенного вторым входом к выходу второго интегратора, а выходом - к второму входу первого умножител .
2. 2. Система по п.1, о т л и ч а ю- щ а   с   тем, что регулирунрее устройство содержит последовательно соединенные блок с.посто нными параметрами , широтно-импульс«ый преобразователь и последовательно соединенные регистр, делитель и цифрозналоговьй преобразователь, подключенный выходом к управл ющему входу широтно- импульсного преобразовател , причем вход блока с посто нными параметрами, второй .вход делител  и вьгход широтно- импульсного преобразовател   вл ютс  информационным и управл ющим входами и выходом регулирующего .устройства .

   ВНИЙГШ Заказ 4323/48

   Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   Тираж 836

   Подписное