SU1458960A2 - Электропривод посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам автоматического управлени  электродвигател ми -посто нного тока независимого возбуждени , обеспечивающим оптимальное по быстродействию управление в переходных процессах путем изменени  потока возбуждени , и мо- жат быть применено в системах управлени  общепромышленных электроприводов . Цель изобретени  - повьшение точности. Электропривод содержит электродвигатель 1, вход которого подключен к выходу усилител  7 мощности . Первый коммутатор 12 осуществл ет переключение структуры оптимального по быстродействию управлени . При этом на вход усилител  7 мощности через второй коммутатор 17 проходит сигнал Up от нелинейного элемента 6 с релейной характеристикой или сигнал Ufl от функционального преобразовател  ТЗ в зависимости от значени  сигнала i логического блока 11. Переключение управлени  электродвигателем с оптимального по быстродействию на стабилизацию конеч ных координат производитс  вторым коммутатором 17 по выходному сигналу компаратора 16, который оценивает отклонение текущих координат электро двигател  от конечных, что позвол ет повысить точность. 1 ил. - Ф ,, ШШ Oi 00 О5 М

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам автоматического управлени  электродвигател ми посто нного тока независимого возбуждени , обеспечивающим оптимальное по быстродействию управление в переходных процессах путем изменени  потока возбуждени , и может быть применено в системах управлени  общепромыпшенных электроприводов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности.

Па чертеже представлена структурна  схема электропривода посто нного тока.

Электропривод содержит электродвигатель 1, задающий блок 2, первый выход которого соединен, с первым входом первого сум1-1атора 3, второй вход которого соединен с выходом датчика А скорости вращени  электродвигател  1, стационарный функциональньй преобразователь 5, нелинейный элемент 6 с релейной характеристикой, усилитель 7 мощности, выход которого соединен с обмоткой возбуждени  электродвигател  1, датчик 8 тока возбуждени  . электродвигател  1, перестраиваемьй функциональный преобразователь 9, блок 10 расчета параметров аппроксимации скорости, логический блок It и первый коммутатор 12. Первый выход задающего блока 2 соединен с входом блока 10 расчета параметров аппроксимации скорости, выходы которого соединены с первым и вторым входами перестраиваемого функционального преобразовател  9, третьим входом соединенного с выходом первого сумматора 3, а четвертым входом - с выходом датчика 8 тока возбуждени  электродвигател  1 и первым входом стационарного функционального преобразовател  5, второй вход которого соединен с выходом датчика 4 скорости вращени  электродвигател  1. Выход стационарного функционального преобразовател  5 подключен к первому входу логического блока 11, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого функционального преобразовател  9 Выход логического блока 11 подключен к управл ющему входу первого коммутатора 12. Устройство содержит также функциональный преобразователь 13 и блок 1А механической характеристики производственного механизма, вход которого соединен с выходом датчика 4

5

0

5

0

5

0

скорости вращени  электродвигател  1, а выход подключен к первому входу функционального преобразовател  13, вторым входом подключенного к выходу датчика 8 тока возбуткдени  электродвигател  1, а выходом соединенного с первым информационным входом первого коммутатора 12, второй информационный вход которого подключен к выходу нелинейного элемента 6с релейной характеристикой, вход которого подключен к выходу перестраиваемого функционального преобразовател  9. Кроме того, электропривод содержит дополнительный функциональный преобразователь 15, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами задающего блока 2, четвертый выход которого соединен с первым входом коьтаратора

16,второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 3. Выход компаратора 16 соединен с управл ющим входом второго коммутатора 17, первый информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора 18, первым входом соединенного с выходом функционального преобра:зова- тел  13, а вторым входом - с выходом дополнительного функционального преобразовател  15. Выход первого коммутатора 12 соединен с вторым информационным входом второго коммутатора

17,выход которого соединен с входом усилител  7 мощности.

Электропривод работает следующим образом.

Электродвигатель 1, управл емый по цепи возбуждени , с учетом коэффициента усилител  7 мощности описываетс  системой нелинейных дифференциальных уравнений:

J (U(x,)H-a,, х,х +

dt

d Хг dt

а i X ;

(1)

+ bU,

i где Xj - углова  скорость вращени  электродвигател  1; ток обмотки возбуждени  электродвигател  1j и - напр жение на входе усилител  7 мощности

ju(x,) -приведенный момент сопротивлени  производственного механизма , |1((х,) 0;

Ь, а„ ,

а ,j , а -посто нные коэффициенты, причем а„ Oj а, 0;

iг

i 0; b 0.

14589604

Особое оптимальное управление реализуетс  в соответствии с зависимосI ТЬЮ

IT - Si ajt.x| i) , . а,г- b

Конечные состо ни  х(Т) в зависимости от граничных условий лежат на лини х переключени , которые описываютс  приближенным уравнением

X, х, + с,х.

+ с,х

(3)

где с,, с J, - коэффициенты аппроксимации фазовых траекторий , проход щих через конечные точки при управлении и +Uo. Значени  коэффициентов с и с, завис т от значени  конечной скорости вращени  х, .

Отклонени  движени  системы от рассматриваемых участков, оптимальной траектории оцениваютс  функци ми:

1 V 4. -SiL-. 2а„х./(4)

IP (х, х,-г) - с,,.

Сигналы IQ и 1, получают с помо- щью перестраиваемого и стационарного функциональных преобразователей 9 и 5 как результат обработки выходных сигналов датчиков 4 и 8 и сумматора 3. Перестраиваемый функциональный преобразователь 9 настраиваетс  автоматически в соответствии с текущими значени ми параметров с, и с,, вьфа- батываемых блоком 10 расчета параметров аппроксимации скорости. Блок 10 также  вл етс  функциональным преобразователем , который вьщает параметры с, и Cj приближенной кривой, проход щей через конечную точку х. Особое оптимальное управление U вы

рабатываетс  функциональным преобразователем 13 в зависимости от сигналов датчика 8 тока возбуждени  электродвигател  1 и блока 14 механической характеристики производственного механизма, когорьй также  вл етс  функциональным преобразователем, определ ющим значени  /и(х,) по сигналам от датчика 4 скорости вращени  электродвигател  1.

Дл  реализации требуемых оптимальных по быстродействию последовательностей управл ющих воздействий U, завис щих от граничных условий х(0).

0

5

0

5

5

О 0 5

х(Т) и текущих значений координат х и Xj, формируетс  переменна  структура управлени  по отклонению вида

и

и

и,

Р

ос

если

если

(5)

и

ос

i 0; i 1,

где Up UoSignl - релейное управление , реализуемое нелинейным элементом 6j особое оптимальное управление (2), формируемое функциональным преобразователем 13 i

i - выходной сигнал логического блока 11, поступающий на управл ющий вход первого коммутатора 12.

Значени  сигнала i, следовательно, структура управлени  (5) зависит от координат электродвигател  1 относительно особой траектории и траектории , проход щей через конечную координату х(Т). В случае расположени  граничных условий выше точки экстремума Хд логический блок 11 вырабатывает следующий алгоритм:

fl, если (1, 0) Л (1, 0), о в остальных случа х,

где Л - оператор логического умножени  .

Первый коммутатор 12 осуществл ет переключение структуры оптимального по быстродействию управлени  Ug., при этом на вход усилител  7 мощности в

50 режиме оптимального по быстродействию перехода через второй коммутатор 17 проходит сигнал Up от нелинейного элемента 6 с релейной характеристикой или сигнал Up от функционального

55 преобразовател  13 в зависимости от значени  сигнала i логического блока 11.

Управл юща  последовательность вида (5) обеспечивает за минимальное

514

врем  переход из начальной точки х(0) в конечную точку х(Т). После того, как электропривод будет переведен в конечную точку х(Т), необходимо за- стабилизировать конечные координаты х и х„, т.е. предать конечным координатам асимптотическую устойчивость , получение которой не -входит в задачу оптимального по быстродей- ствию управлени .

Синтез системы стабилизации конечных координат электропривода х(Т)

|- (uUi) « а„ х,х| + a,jX2;

2 ., + bCUfe,. +W(x(T)) a,jXj + b(

где Ugj. + W(x(T)) Up - управление

дл  стабилизации конечных координат электропривода .

Дл  системы стабилизации (6) необходимо найти добавку управлени  W(x(T)), чтобы особой точкой системы (6)  вл лась конечна  точка х(Т), т.е. вьшолн лось условие

0; 2.(з,(т)) о, (7)

ам

2 X

тогда W(x(T)) - - хдз

b

т |U (х,т). .

Алгоритм стабилизации конечных координат эле чтропривода с использованием особого оптимального управлени  реализуетс  в электроприводе с помощью дополнительно введенных блоков. Управление стабилизации конечных координат и.,. , равное сумме особого оптимального управлени  U (2), обеспечивающего оптимальное быстродействие , и добавки управлени  V7(x(T)) (7), завис щей от конечных координат вырабатьшаетс  вторым сумматором 18, на входы которого подаютс  выходной сигнал функционального преобразовател  13, соответствующий U , и выходной сигнал дополнительного функционального преобразовател  15, равный W(x(T)).

Переключение управлени  U электродвигател  1 с оптимального по быстродействию управлени  Uy (5),  вл ющегос  выходным сигналом первого ком (х

IT

4Т

) показывает, что если известно управление И , обеспечивающее устойчивость положени  равновеси  исходной системы, то можно построить систему стабилизации с добав кой управлени  W(x(T)) такой, чтобы состо нием равновеси  систег стабилизации служила конечна  точка х(Т), Система стабилизации дл  исходной системы (1) при особом управлении (2) с добавкой управлени  W(x(T)) примет вид

.(,i ajjXj

а, b

rfW(K{T))),

20

мутатора 12, на управление стабилизации конечных координат и„ , снимаемое с выхода второго сумматора 18, производитс  вторым коммутатором 17 по

25 условию

Ug, если h 0;

и

Up , если h 1 .

h

Управл ющий сигнал h дл  переклю- чени  второго коммутатора 17 получаетс  на компараторе 16, который оценивает отклонение модул  разности |х, - х,/ текущего значени  скорости х, и конечной скорости х, от заданной величины зоны стабилизации б, внутри которой включаетс  управление стабилизации конечных координат U , а вне зоны включено оптимальное по быстродействию управление Uj. Сигнал h равен:

fo, если /X, - х, , 1, если / X, - х,т / 5 .

Разность (х, - х,) снимаетс  с первого сумматора 3, а сигнал зоны

стабилизации определ етс  задающим блоком 2, с которого выдаютс  также конечна  координата и момент сопротивлени  fu(x) дл  формировани  добавки управлени  U(x(T)) в соотпетствии с уравнением (7) на дополни- f тельном функциональном преобразователе 15.

Введение сигнала зоны стабилизации 5 необходимо дл  того, чтобы произвоить стабилизацию конечных координат электродвигател  1 не только при равенстве текущей координаты х, конечной х,, т.е. при условии (х, - х)

0, но и в некоторой окрестности конечной координаты | х, - x, что позвол ет вьшолн ть такие показатели переходного процесса, как врем  регулировани  и перерегулирование.

Применение изобретени  позвол ет совместить высокое быстродействие в переходных режимах работы электропривода и стабилизацию заданных коорди- нат электродвигател  в установившихс  режимах и повысить точность регулировани  координат электродвигател  и КЦД электропривода путем снижени  отклонений координат и управлени  элек- тродвигател  от заданных значений.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электропривод посто нного тока ПС авт. св. N 1394385, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены второй сумматор, второй коммутатор, компаратор , реализующий закон управлени 

   h

   если если

   /:

   - X.

   /X, - Х,т|

   ,

   дополнительный функциональный преобразователь , реализующий зависимость

   W(x(T)) -х|

   - 2

   а II

   Чт f(x.T

   b iT -a,,j.b-2 первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами задающего блока, чет

   вертый выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход компаратора соединен с управл ющим входом второго коммутатора , первый информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразовател , второй вход второго сумматора соединен с выходом дополнительного функционального преобразовател , выход первого коммутатора соединен с вторым информационным входом второго коммутатора, вькод которого соединен с входом усилител  мощности , при этом

   X, - углова  скорость вращени  электродвигател }

   | )

   г

   b - посто нные коэффициенты;

   ,,х ) -конечные координаты

   х(Т) (х

   электродвигател i |u(x, ) -механическа  характеристика производственного механизма ,

   W(x(T)) -выходной сигнал дополнительного функционального преобразовател i h - выходной сигнал компаратора;

   5 - зона стабилизации конечных координат электродвигател .