SU1577062A1

SU1577062A1 - Frequency-current-controlled electric drive

Info

Publication number: SU1577062A1
Application number: SU884452722A
Authority: SU
Inventors: Владимир Владимирович Жуловян; Дмитрий Леонидович Калужский; Евгений Иванович Кутузов; Александр Николаевич Панарин; Олег Николаевич Русаков; Михаил Владимирович Толстиков; Нина Владимировна Федчун
Original assignee: Новосибирский электротехнический институт
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1990-07-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в тех отрасл х промышленности, где требуетс высокое качество управлени моментом на нагрузке. Целью изобретени вл етс повышение точности управлени путем компенсации пульсирующих составл ющих момента. Указанна цель достигаетс тем, что в электропривод с частотно-токовым управлением введены блок 10 коррекции фазы, блок 11 коррекции амплитуды, формирователь 12 периодических функций и преобразователь 13 координат, а сумматоры 20-25 блока суммировани снабжены дополнительными входами, подключенными к выходам преобразовател 13 координат. При этом формируетс система токов статора, компенсирующа пульсирующие составл ющие моменты, определ емые дефектами конструкции механической части привода, благодар чему повышаетс точность управлени моментом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.The invention relates to electrical engineering and can be used in those industries where high quality torque control is required. The aim of the invention is to improve the control accuracy by compensating for the pulsating moment components. This goal is achieved by introducing a phase correction unit 10, an amplitude correction unit 11, a shaper of 12 periodic functions and a coordinate converter 13, and summers 20–25 of the summation unit provided with additional inputs connected to the outputs of the converter 13 coordinates . In this case, a system of stator currents is formed, which compensates for the pulsating components, which are determined by structural defects of the mechanical part of the drive, thereby improving the accuracy of torque control. 1 hp f-ly, 2 ill.

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу, построенному на базе синхронного двигателя с электромагнитной редукцией частоты вращения с частотнотоковым управлением, и может быть использовано в различных областях промышленности, где требуется высо кое качество управления моментом на нагрузке.The invention relates to electrical engineering, in particular to an electric drive built on the basis of a synchronous motor with electromagnetic speed reduction with frequency-current control, and can be used in various industries where high quality of torque control at load is required.

Целью изобретения является повышение точности управления путем ком· Сенсации пульсирующих составляющихThe aim of the invention is to improve the accuracy of control by com · Sensation of pulsating components

Момента.Moment.

| На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода с час:Тотно-токовым управлением; на фиг. 2 4хемы выполнения формирователя периодических· функций и преобразовате| In FIG. 1 shows a functional diagram of an electric drive with an hour: Totno-current control; in FIG. 2 4 execution diagrams of the shaper of periodic · functions and

координат.coordinates.

Электропривод с частотно-токовым ^правлением содержит синхронный двигатель 1 (фиг. |) с электромагнитной редукцией частоты вращения, статорные обмотки которого через .блок 2 датчиков токов статора подключены к соответствующим выходам усилителя 3’мощности, датчик 4 углового положения ротора двигателя 1, задатчик 5 начального смещения, задатчик 6 момента, преобразователь 7 координат, блок 8 суммирования, выполненный с двухвходовыми сумматорами по числу статорных обмоток синхронного двигателя 1, регулятор 9 токов статора, .подключенный выходами к управляющим входам усилителя 3 мощности. При этом управляющий вход преобразовать пя 7 ‘ координат подключен к выходу задатчика 6 момента, а опорные входы - к выходам датчика 4. углового положения ротора двигателя 1. Первый многофазный вход блока 8 суммирования подключен к выходу преобразователя 7 координат, второй вход к выходу задатчика .5 начального смещения, а выходы - к первому многофазному -входу регулятора 9 токов статора, второй многофазный вход ко~ торого соединен с выходом блока 2 датчиков токов статора.An electric drive with a frequency-current control contains a synchronous motor 1 (Fig. |) With electromagnetic speed reduction, the stator windings of which are connected to the corresponding outputs of the amplifier 3'power through a block of 2 sensors of the stator currents, a rotor angular position sensor 4 of the motor 1, the adjuster 5 initial bias, torque adjuster 6, coordinate converter 7, summing unit 8, made with two-input totalizers according to the number of stator windings of the synchronous motor 1, stator current regulator 9, connected to the outputs to the control inputs of the power amplifier 3. In this case, the control input to convert the coordinate point 7 ′ is connected to the output of the moment master 6, and the reference inputs to the outputs of the sensor 4. of the angular position of the motor rotor 1. The first multiphase input of the summing unit 8 is connected to the output of the coordinate converter 7, the second input to the output of the master. 5 of the initial bias, and the outputs - to the first multiphase input of the controller 9 stator currents, the second multiphase input of which is connected to the output of the block 2 of the stator current sensors.

В электропривод введены блок 10 коррекции фазы, блок 11 коррекции амплитуды, формировтель 12 периодических функций и преобразователь 13 координат. Блок 8 суммирования снабжен третьим многофазным входом, подключенным к выходу преобразовате ля 13 координат, управляющий вход которого подключен к выходу блока 11 коррекции амплитуды, а опорные входы - к выходам формирователя 12 ^й периодических функций, соединенного с входом с выходом блока 10 коррекции фазы.A phase correction block 10, an amplitude correction block 11, a shaper 12 of periodic functions and a coordinate transformer 13 are introduced into the electric drive. Summing block 8 is provided with a third multiphase input connected to the output of transducers 13 To coordinate the control input of which is connected to the output of the amplitude adjustment block 11, and the reference inputs - outputs to the driver 12 ^minutes periodic functions connected to the input to an output unit 10 phase correction.

Блок 2 выполнен (фиг. 1) с отдельίθ ными датчиками 14-19 токов статора.Block 2 is made (Fig. 1) with separate sensors 14-19 of the stator currents.

Блок 8 суммирования выполнен с сум- ’ маторами 20-25, первые входы которых образуют первый многофазный вход блока 8, вторые входы объединены между собой и образуют второй вход блока 8, а третьи вновь введенные входы образуют третий многофазный вход блока 8 суммирования.Summing block 8 is made with adders 20-25, the first inputs of which form the first multiphase input of block 8, the second inputs are combined with each other and form the second input of block 8, and the third newly introduced inputs form the third multiphase input of summing block 8.

Формирователь 12 периодических 2Q Функций может быть выполнен с тремя постоянными запоминающими устройствами 26-28 (фиг. 2), объединенные входы которых и выходы образуют соответственно вход и выход формировате25 ля 12.The shaper 12 of periodic 2Q Functions can be performed with three read-only memory devices 26-28 (Fig. 2), the combined inputs of which and the outputs form the input and output of the shaper 12, respectively.

Преобразователь 13 координат мо|Жет быть выполнен с тремя цифроаналоговыми преобразователями 29-31 и тремя.инвертирующими усилителями 32-34, подключенными к их'выходам. Объединенные между собой первые входы цифроаналоговых преобразователей 29-31 и их вторые входы образуют соответственно -управляющий и опорные входы преобразователя 13 координат, 35 выходы которого образованы выходами указанных преобразователей 29-31 и инвертирующих усилителей 32-34.The coordinate converter 13 can be made with three digital-to-analog converters 29-31 and three inverting amplifiers 32-34 connected to their outputs. The first inputs of the digital-to-analog converters 29-31 and their second inputs are interconnected to form the control and reference inputs of the coordinate transformer 13, the 35 outputs of which are formed by the outputs of these converters 29-31 and inverting amplifiers 32-34.

Синхронный двигатель 1 с электромагнитной. редукцией частоты вращения 40 может быть любого конструктивного исполнения с совмещенной обмоткой на статоре. Наибольший эффект ком-* пенсации пульсации момента достигается при использовании .однопакетной 45 конструкции с совмещенными сосредоточенными обмотками.Synchronous motor 1 with electromagnetic. reduction of the rotational speed 40 can be of any design with a combined winding on the stator. The greatest effect * of compensating for the ripple of the moment is achieved when using a one-pack 45 design with combined concentrated windings.

Усилитель 3 ^мощности представляет собой импульсный преобразователь энергии, построенный на транзисторах 50 или тиристорах.The 3 ^ power amplifier is a pulsed energy converter built on transistors 50 or thyristors.

Задатчик 5 начального смещения представляет собой прецизионный источник опорного напряжения. Регулятор 9 токов и сумматоры 20-25 реализуются на операционных усилителях. _ι Датчик 4 углового положения ротора “ может быть выполнен на основе сель-* сина, поворотного трансформатора или оптического кодирующего преобразова— теля. 'The initial bias adjuster 5 is a precision reference voltage source. The regulator of 9 currents and adders 20-25 are implemented on operational amplifiers. _ι The rotor angular position sensor 4 “can be made on the basis of selsyn *, a rotary transformer, or an optical encoder. ''

Блок 10 коррекции Лазы выполнен на делителе с перестраиваемым коэффициентом деления, реализованном нА операционном усилителе, и аналогоцифровом преобразователе. Блок 11 коррекции амплитуды выполнен на делителе с перестраиваемым коэффициентом деления, реализованном на операционном усилителе.Laza correction unit 10 is made on a divider with a tunable division coefficient implemented on an operational amplifier and an analog-to-digital converter. The amplitude correction block 11 is made on a divider with a tunable division coefficient implemented on an operational amplifier.

Электропривод с частотно-токовым управлением работает следующим образом.The electric drive with frequency-current control operates as follows.

В каждом из .трех постоянных запоминающих устройств 26-28 (фиг. 2) формирователя 12 периодических функций предварительно произведена запись гармонических функций, сдвинутых по фазе друг относительно другаIn each of the three permanent storage devices 26-28 (Fig. 2) of the periodic function generator 12, harmonic functions phase-shifted relative to each other are pre-recorded

21?21?

на угол -- в соответствии с законом преобразователя координат. Цифровая информация с выходов указанных постоянных запоминающих устройств приобретает аналоговую форму после обработки ее в перемножающих цифроаналоговых преобразователях 29-31angle - in accordance with the law of the coordinate transformer. Digital information from the outputs of these read-only memory devices takes on an analog form after processing it in multiplying digital-to-analog converters 29-31

Синхронный двигатель 1 с электромагнитной редукцией частоты вращения приводит во вращение нагрузку. Для обеспечения требуемого закона движения нагрузки задатчик 6 момента формирует соответствующие значения напряжения, пропорциональные требуемой величине электромагнитного момента двигателя, т.е. U_3M = Μ. Переход от сигнала задания момента U, во вращающейся системе координат с осями ol и q, связанными с ротором двигателя, к системе заданных мгновенных значений токов для каждой из его обмоток в неподвижных координатных осях осуществляется в данном случае с помощью первого преобрзователя 7 координат. Располагая в каждый данный момент времени информацией о величине сигнала задания момента с выхода задатчика 6 момента на управляющем входе и об угле поворота ротора с выхода датчикаA synchronous motor 1 with electromagnetic speed reduction drives the load. To ensure the desired law of motion of the load, the moment master 6 generates the corresponding voltage values proportional to the required value of the electromagnetic moment of the motor, i.e. U _3M = Μ. The transition from the signal for setting the moment U, in a rotating coordinate system with axes ol and q, connected to the rotor of the motor, to a system of specified instantaneous values of currents for each of its windings in fixed coordinate axes is carried out in this case using the first coordinate transformer 7. Having at each given moment of time information about the magnitude of the signal for setting the moment from the output of the setpoint 6 of the moment at the control input and about the angle of rotation of the rotor from the output of the sensor

1.4 положения! на опорном входе, на выходе преобразователя 7 координат происходит формирование шести гармонических сигналов с амплитодой, пропорциональной напряжению U_3M, с частотой и фазой, соответствующими изменению положения ротора и числу зубцов ротора машины, три из которых сдвинуты по Лазе прут относи21!1.4 provisions! At the reference input, at the output of the coordinate converter 7, six harmonic signals are generated with an amplitude proportional to voltage U _3M , with a frequency and phase corresponding to a change in rotor position and the number of teeth of the rotor of the machine, three of which are shifted along the Laz rod 21!

тельно друга на угол j-, а другие три образованы из первых путем сдвига по фазе на угол 1Г . Далее с помощью сумматоров 20-25 к полученным напряжениям прибавляются постоянные напряжения с выхода задатчика 5 начального смещения и постоянные, но различные по величине напряжения с выходов второго преобразователя' 13 координат.of the other at an angle j-, and the other three are formed from the former by a phase shift by an angle of 1Г. Further, with the help of adders 20-25, constant voltages from the output of the initial bias adjuster 5 and constant, but different in magnitude, voltages from the outputs of the second coordinate converter 13 are added to the obtained voltages.

второго преобразователя 13 координат, на выходах которого получают шесть значений задания компенсирующих сос20 тавляющих токов, три из которых снимаются непосредственно с выходов перемножающих цифроаналоговых преобразователей 29-31, а три другие с выходов инвертирующих усилителей 25 32-34, аналогично основной системе задания токов статора на выходе первого преобразователя 7 координат. Однако в отличие от последних в данном случае имеется возможность путем 30 изменений кода фазы в блоке 10 корректировки фазы и уровня напряжения в блоке 11 корректировки амплитуды подбирать практически любые комбинации сигналов на выходе второго пре- образователя 13 координат.the second coordinate converter 13, at the outputs of which six values of the reference compensating component currents are obtained, three of which are taken directly from the outputs of the multiplying digital-analog converters 29-31, and the other three from the outputs of the inverting amplifiers 25 32-34, similar to the main system for setting the stator currents to the output of the first transducer 7 coordinates. However, unlike the latter, in this case, it is possible to select almost any combination of signals at the output of the second coordinate converter 13 by 30 changes in the phase code in the phase adjustment block and the voltage level in the amplitude adjustment block 11.

Отработка сформированных в виде . суммы отдельных составляющих значений задания токов статора обеспечи- вается сравнением заданных й дейст- дд вительных величин токов, измеряемых датчиками 14-19 токов, в регуляторе 9 токов, по выходным сигналам которого через усилитель 3 мощности осуществляется регулирование величин 4$ токов.Testing formed in the form. the sum of the individual constituent values of the stator currents is provided by comparing the given actual values of the currents measured by the 14-19 current sensors in the 9 current regulator, the output signals of which through the power amplifier 3 are used to control the values of 4 $ currents.

Таким образом, в совмещенных обмотках . синхронного двигателя 1 с элеткромагнитной редукцией частоты вращения будут протекать три систе50 мы токов, возбуждающие униполярное, вращающееся и неподвижное поля в воздушном зазоре машины, причем совместное действие первых двух приводит к образованию основного вращающего 55 момента, а последнего - к компенсации пульсирующей составляющей момента, появляющейся н результате наличия дефекта в конструкции механической части привода (эксцентриситета,Thus, in combined windings. synchronous motor 1 with an electromagnetic reduction of speed will flow three current systems that excite unipolar, rotating and motionless fields in the air gap of the machine, the combined action of the first two leading to the formation of the main torque 55, and the latter to compensate for the pulsating component of the moment that appears n as a result of a defect in the design of the mechanical part of the drive (eccentricity,

1577062 ' эллипсности статора и ротора). Учитывая при этом, что место возникновения этих дефектов и их величина заранее не Известны, пространственное расположение и максимальное значение неподвижной волны магнитной Индукции поля в зазоре, создаваемой Компенсирующими составляющими токов, определяются путем соответствующих подстроек в блоках.коррекции амплитуды 11 и фазы 10 до достижения максимального эффекта компенсации пульСапий момента двигателя.1577062 'ellipse of the stator and rotor). Taking into account the fact that the place of occurrence of these defects and their magnitude are not known in advance, the spatial location and maximum value of the stationary wave of the magnetic induction of the field in the gap created by the Compensating components of the currents are determined by appropriate adjustments in the blocks. The amplitudes 11 and phase 10 are corrected until the maximum Pulse compensation effect. Engine torque.

С введением в элеткропривод. блоков, обеспечивающих формирование Компенсирующей составляющей момента, устраняются дополнительные ошибки, возникающие при отработке двигателем заданных моментов, а значит, И повышается Точность управления по Сравнению с известным решением.With the introduction of the electric drive. blocks, providing the formation of the Compensating component of the moment, eliminates additional errors that occur when the engine develops the given moments, which means, And increases the accuracy of control in Comparison with a known solution.

Claims

Claim

1 . Frequency-current-controlled electric drive, comprising a synchronous motor with electromagnetic speed reduction, Stator windings of which are connected to the corresponding outputs of the Power amplifier through a block of Stator current sensors, the rotor angular position sensor of the specified synchronous motor, initial displacement adjuster, adjuster, moment, first coordinate converter , a summing unit made with two-input totalizers according to the number of stator windings of the specified synchronous motor, and a current regulator stat an ora, connected by the outputs to the control inputs of the power amplifier, while the control input of the first coordinate converter is connected to the output of the torque encoder, and the reference inputs are connected to the outputs of the angular position sensor coordinates, the second input of the summing unit, formed by the combined second inputs of the adders, connected to the output of the setter ^{5 of the} initial offset, and the outputs of the sum the simulations formed by the outputs of the adders are connected to the first multiphase input of the stator current controller, the second multiphase input of which is connected to the output of the stator current sensor block, characterized in that, in order to increase the control accuracy by compensating for pulsating components of the moment, a phase correction block is introduced , an amplitude correction unit, a generator of periodic functions and a second coordinate converter, and the adders of the summing unit are equipped with third inputs forming a multiphase third input of this unit connected to the output of the second inverter coordinate upravlya25 yuschy input of which is connected to the output of the amplitude correction unit, and the reference inputs - outputs k periodic function generator connected to the input to the output of the phase-compensation tion.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the generator of periodic functions is performed with three read-only memory devices, the combined inputs of which and the outputs form the inputs and outputs of the indicated generator, the second coordinate converter is made with three digital-to-analog converters and three inverting amplifiers connected respectively to their outputs, while the combined first inputs of the digital-to-analog converters and their second inputs form, respectively, the main and reference inputs of the second coordinate transformer, the outputs of which are formed by the outputs of digital-to-analog converters and inverting amplifiers.

FIG. 2