SU1582318A1 - Способ цифрового управлени тиристорным электроприводом посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  частотой вращени  электродвигател  посто нного тока. Целью изобретени   вл етс  повышение точности управлени  электроприводом. Тиристорный электропривод, реализующий способ цифрового управлени , содержит электродвигатель,  корна  обмотка 1 которого подключена к выводам тиристорного преобразовател  3, датчики 5 и 7 тока и скорости, цифровой вычислительный блок 9, выход которого через ЦАП 10 и функциональный преобразователь 20 св зан со входом системы 4 управлени  тиристорным преобразователем 3. В данном способе при помощи цифрового вычислительного блока 9 определ етс  угол регулировани  на следующий такт переходного процесса на основании анализа процесса регулировани  на предшествующем такте переходного процесса, что устран ет вли ние запаздывани  тиристорного преобразовател  3. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

|нрсА

СД

00

to

оэ

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  частотой вращени  электродвигател  посто нного тока0

Целью изобретени   вл етс  повышение точности управлени  электроприводом .

На фиг. -1 приведена схема электропривода; на фиг о 2 - диаграммы, йо сн ющие реализацию предлагаемого способа.

1 Электропривод посто нного тока Додержит электродвигатель,  корна  Ьбмотка 1 которого и обмотка 2 возбуждени  подключены к выходам тиристорного преобразовател  3, управл ющим входом соединенного с выходом системы 4 управлени  тиристорным Преобразователем, аналоговый датчик f тока, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразовател  6, аналоговый датчик 7 ркорости, выход которого подключен к входу второго аналого-цифрового преобразовател  8, цифровой вычислительный блок 9, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго Аналоговых преобразователей 6 и 8, цифро- аналоговый преобразователь Ю, вход которого соединен с информационным выходом цифрового вычислительного блока 9, разв зывающий трансформатор 11, выводы первичной обмотки которого подключены к соответствующим выводам сети переменного тока и силовым входам тиристорного преобразовател  3, а выводы вторичной обмотки попарно соединены с входами соответственно первого, второго и третьего компараторов 12, 13 и 14, выходы которых подключены к установочным входам со-, ответственно первого, второго и третьего триггеров 15, 16 и 17. Входы сброса триггеров 15, 16 и 17 соединены с входами программируемого контроллера 18 прерываний цифрового вычислительного блока 9, устройство параллельного ввода-вывода 19 которого подключено к выходам триггеров 15, 16 и 17. Между выходом цифроана- логового преобразовател  10 и входом системы 4 управлени  тиристорным преобразователем включен функциональный преобразователь 20.

Электропривод работает следующим образом.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Перед началом работы подаютс  сигналы на входы сброса R триггеров 15, 16 и 17, которые устанавливают на их выходах сигнал О. При по влении сигнала на выходе одного из компараторов , что будет иметь место при равенстве напр жений двух каких-то соседних фаз, на вход установки S одного из триггеров будет подан сигнал , который обеспечит по вление сигнала на выходе этого триггера„ Сигналы с выходов триггеров 15, 16 и 17 поступают на входы устройства параллельного ввода-вывода 19 цифрового вычислительного блока 9 и обеспечивают синхронизацию работы этого блока с сетью, который программным путем через заданные интервалы времени опрашивает аналогоцифровые преобразователи 6 и 8 датчиков 5 и 7 тока и скорости, а затем определ ет средние значени  тока и скорости. В качестве цифрового вычислительного блока 9 может быть использован универсальный программируемый контроллер Электроника МС 2702.

На каждом интервале дискретности тиристорного преобразовател , т0е. на каждом такте переходного процесса, блоком 9 вычисл етс  среднее значение тока и среднее значение скорости электродвигател  путем измерени  их мгновенных значений через интервал времени длительностью, определ емой требуемой точностью определени  средних значений скорости и тока, с последующим вычислением средних значений. Измерени  начинаютс  при угле регулировани  at. (фиго 2), т0е. в момент

i времени t-tf, - отсчитанного от

точки te. Измерени  заканчиваютс  в момент времени t jp40 Продолжительность измерени  равна tT--ЈtTf , где dt включает врем , необходимое дл  выполнени  расчетов при определении угла регулировани  rf;, дл  следующего такта переходного процесса, и интервал времени, который обеспечивает изменение угла регулировани  на следующем такте до открывани  очередного тиристора при значении угла регулировани  на предшествующем такте регулировани  После определени  среднего значени  скорости (о, производитс  проверка выполненных условий ui|- u)j 0, где Ы}- заданное значение скорости Если это условие выполн ет

с , то провер етс  условие o(J0 При выполнении этого услови  на следующем такте переходного процесса определ ютс  средние значени  скорости и тока, а угол регулировани  не измен етс . Если условие и О не выполн етс , то в систему управлени  ти- ристорным преобразователем подаетс  сигнал, обеспечивающий угол регулировани  , при котором тиристор- ньй преобразователь закрыт.

Если условие w,- 0 не выполн етс , то провер етс  условие w,- Ш;

0, При выполнении этого услови , что свидетельствует о разгоне привода провер етс  условие . Если условие не выполн етс , то необходимо обеспечить увеличение тока  кор  двигател  до значени , превышающего ста- тический ток, путем постепенного уменьшени  угла регулировани  тирис- торного преобразовател . Угол регулировани  дл  следующего такта переходного процесса определ етс  по формуле

де

c/Ui , -ЧР.

do/ А/ть (77-L)-4 I

тр

Ml

Ят

 тр

- расчетное изменение угла регулировани  на следующем такте переходного процесса .

Первоначальное значение расчетного коэффициента (До(т/Al) может быть определено заранее на основании расчетов переходных процессов.

Расчетное приращение тока на такте переходного процесса Д1 дел етс  по формуле

Ятр

опре«-Р-О -ft

,

преобразователем нового значени  угла регулировани  с, вновь начинаетс  определение средних значений тока и скорости на следующем такте переходного процесса. При определении расчетного приращени  тока Л1  гр принимаетс  продолжительность такта try , соответствующа  посто нному углу регулировани  0 Такое допущение вполне обосновано, поскольку даже при максимальном значении производной тока, равном 25 номинальных значений тока в секунду, потребуетс  не менее 4 тактов переходного процесса дл  возрастани  тока до номинального значени  о Приращение угла регулировани  о/, при котором ток будет достигать номинального значени , будет пор дка нескольких градусов. Следовательно, приращение угла регулировани  на каждом такте будет не более 1

°

одному такту при посто нном значении о( соответствует угол, равный 1 20° .

Если услови  UP. и выполн ютс , то провер етс  выполнение услови  0), где toK скорость, при которой начинаетс  уменьшение ускорени  с целью обеспечени  желаемого характера переходного процесса в конце разгона двигател  0 Коэффициент может подбиратьс  экспериментально в процессе наладки привода исход  из заданного характера переходного процесса. Уменьшение /Зу то будет обеспечивать более плавное изменение скорости в конце разгона, то будет зат гивать врем  разгона. Увеличение может приводить к заметному колебанию скорости в конце разгона, но обеспечивает более быстрое достижение заданной скорости (Oj.0

Если условие ui.- UIR 0 выполн етс , то определ етс  фактическое значение среднего ускорени  на текущем такте о формуле

стимое значение производной i ™ а устанавливаетс  исход  из

условий коммутаций двигател  и обычно не превышает 25 номинальных значений тока в секундуо

После первого такта переходного процесса коэффициент (йо(т/йТ.г) определ етс  -путем определени . c)4l-e/j и 41 jr ж;.,) Ifii .

После определени  (WT/dIflr) и подачи в систему управлени  тиристорным

( -

4UJ

0

eft

Т Sfil.fi-i t

±J.

Tfl

где си; - средн   сг-орость на текущем такте переходного процесса;

to.. .- средн   скорость на предшествующем такте переходного процесса.

Продолжительность такта переходного процесса при разгоне t будет несколько измен тьс  при изменении

угла регулировани  J., но это изменение будет незначительным, поскольку изменение угла регулировани  4«у на каждом такте переходного процесса будет величиной достаточно малой по сравнению со сдвигом по фазе между соседними фазами питающего напр жени , равным 120°.

Заданное приращение скорости на такте переходного процесса Л wr(r-+l) при выполнении услови  Wj - будет определ тьс  по формуле

4ЫтР«мг (2ПЕ .«/V

Л

тп -Jt

tVn

где (---)g допустимое значение второй производной скорости , котора  устанавливаетс  либо исход  из допустимого значени  производной тока двигател , либо из особенностей работы рабочей машины.

После определени  дш.,, провер етс  выполнение услови  (ои-ил)- - Ла)Гр().,4(); Если условие выполн етс , то определение угла регулирова- V,

ни  (,4,j на следующий такт переходного процесса осуществл етс  по формуле

(

о( - Ло(т((+()+ т(ц„

,т.

4с/г(),  ,); Л/г,

aw.

4ii«) « (i- WF- / t-.

Расчетный коэффициент (--) дл  первого такта регулировани  отпреде- 40 л етс  предварительно на основании расчета переходных продессовс На следующих шагах (тактах) регулировани  расчетный коэффициент определ етс  экспериментально с-использованием 45 формулы

CЈ-L)

/)

обеспечивает

Ih -I-lL ш, - u .,

Слагаемое dof(i+,|

заданное приращение скорости на следующем (1+1)-м такте переходного процесса . Слагаемое ) устран ет ч ошибку регулировани , котора  могла по витьс  на i-м такте регулировани . Заданное значение скорости на i-м такте регулировани  а | определ етс  как сумма значени  скорости двигате

0

0

5

л  при выполнении услови  w$- w, О и всех приращений скорости йшг на всех предшествующих тактах.

После определени  (,,| и (uctr/aajr) их значени  запоминаютс  и сигнал, соответствующий углу регулировани  с(;+(. , подаетс  в систему управлени  тиристорным преобразователем, затем осуществл етс  переход к определению скорости и тока на следующем такте. Если условие (,.) - AU)rf (,ч,) 0 не выполн етс , то Дс(г,и и eOofr(i-+ty определ ютс  по формулам:

Ч(,ч„ тро-,,, ;

(,Ч -( . а все остальное выполн етс  так же, как и при выполнении услови 0

Если условие ш--(м.,70 не выполн  К

етс  при выполнении условий u/,- и W,0, TO определ етс  фактическое ускорение

,c/w,. йшг tu; 1 t и провер етс  условие

(Ј) А 0

t-; 1 t- З и

0 5

oft

,dlU

где (-)з« заданное значение уско- J

рени .

Если условие выполн етс , то расчетное приращение скорости на следующем такте определ етс  по формуле

,du, о UK

4uWir jt; fc + (

,

x 2

Затем определ етс  угол регулировани  d ( на следующий такт по формулам:

O Tfi-M) ct;- (lt,,+ Го/(, + 0 ;

50

fun (-1) w

flCo,

тр (if)

где

cTo/f. . d+i)

-

Определ етс  расчетный коэффициент (4otT/dWT) как было описано выше, запоминаютс  значени  (Wr/dWT), d. (,+1j

подаетс  в систему управлени  - тиристорного преобразовател  сигнал,

соответствующий углу регулировани  /(Mj и начинаетс  определение средних значений скорости и тока на следующем (i+O-м такте переходного процесса .

о/ t)u)

Если условие (- i -77 2у 0 не

выполн етс , то определение расчетного приращени  скорости дл  следую- щего такта переходного процесса осуществл етс  по формуле

,С/ОЛ

-Чр И vt

-.(,vti- (-тгКу tTB

и далее все выполн етс  как и при выполнении услови .

Если условие не выполн етс , что свидетельствует о замедлении привода, то провер етс  выполне- ние услови  G0j 0 и если оно выполн етс , то скорость uJк, при которой начинаетс  уменьшение величины замедлени , извлекают из пам ти0 Если же условие оь-О не выполн етс , то скорость WK, определ етс  по формуле ш к lf) Значение коэффициента /Ь j 1 выбираетс  исход  из желаемого характера переходного процесса в конце процесса замедлени  С увеличени- ем /ц скорость w«3будет уменьшатьс  что обеспечит более быстрое уменьшение скорости до нул , но при этом могут возникнуть колебани  скорости в конце замедлени . Уменьшение будет обеспечивать более плавный переходный процесс, но будет ат гивать пр оце с с замедл е ни .

После определени  ы провер етс  выполнение услови  w;- . Если условие выполн етс , то определ етс  фактическое значение замедлени  по формуле

iflk-V;

Т7

Ш;- Ш

,

-Т5

Продолжительность такта замедлени  tr, определ етс  по формуле

йе( тер

t-rj try +

ИЛЧ

. ,илч

где й --- t

TV

врем  замедлени , за которое угол регулировани  увеличиваетс  от 0, при котором скорость рдвна номинальному значению,

ДОс/н ч , при котором двигатель неподвижен

Определ етс  приращение скорости на следующем такте переходного про- цесса по формуле

JW

,() -Т- - (41%) trt

т/з(к) dt 1 Lr}, 2 и провер етс  выполнение услови  (шго,,) -ли;тр,м 00

Если условие выполн етс , то угол регулировани  л (U), дл  следующего такта переходного процесса определ етс  по формуле

о( (,4i) - с/; + т(1., +iTc/T,j

(i-м)

где

VT (иц Щ (шГ){

WT(,-MI (;} г

определ етс  (Лс/г/du/T) , си jr; как было описано выше при рассмотрении процесса разгона, запоминаютс  (; + ,) , ( /Јшт), tujr; и подаетс  на систему управлени  тиристорным преобразователем сигнал управлени , соответст- вуклций углу регулировани  ol (,4t) Затем вновь начинаетс  определение скорости и тока на следующем (Ј+1)-м такте переходного процесса.

Если условие (ы,-ш,)- йи)тр(; + 1| 0 не выполн етс , то приращение угла регулировани  4c/r(jt определ етс  по формуле

. / fud-r TCUH ( UUJTP(5.)

и далее все выполн етс  как и при выполнении услови „

Если условие со(- при замедлении не выполн етс , то определ етс  фактическое значение замедлени 

,du) Шт U);- U) ;.,

vt;; t;9 ;

и провер етс  выполнение услови 

$, -),о.

kdty93

,dlu)4

где (j)jt заданное значение замедлени  .

Если условие выполн етс , то расчетное приращение скорости на следуК щем такте переходного процесса определ етс  по формуле

4Чр ti- +cjt«)9 ™T

и угол регулировани  дл  следующего taKTa переходного процесса определ йс  по формуле

rf/,4,1 i + (,ч«) + ,

НДР,Т4

.то«)- Ww

,т

Тр (14-1) .

Ч- , (г-1 К-Чт,

4СОТ Т1

40(7

Определ ютс  значени  ()

и запоминаютс  их значени , а также Запоминают значение d. (j41| . После того подаетс  сигнал управлени , Соответствующий углу регулировани  if (,«.) , в систему управлени  тиристор Ным преобразователем. Затем вновь на чинаетс  определение скорости и тока ka новом такте переходного процесса.

,o/w c/w Если условие (-J-) ; - ( не

выполн етс , то расчетное приращение скорости на следующем такте переходного процесса будет определ тьс  по формуле

.c/W, ДШтр(,„,в CJtV Ч

и далее все выполн етс  как и при вы- полнении услови 

Ф.

40

Определение сигнала управлени  U

дл  системы управлени  тиристорным преобразователем, соответствующего , вычисленному углу регулировани  o((I4.t), осуществл етс  с использованием за- 45 висимости ol f (U у) , известной дл  каждого конкретного выпр мит-ел  „

Если необходимо обеспечить предельно допусти мые значени  ускорени  и замедлени , определ емые пере- грузочной способностью двигател , то заданное значение ускорени  (замедлени ) определ етс  по формуле

,au /«Iw. /dw,

(€Н -

Приращение заданного значени  ус ,d. корени  &(-;-} ; на текущем такте пе0 ) L

0

5

0 5

0

5

0

5

5

реходного процесса будет определ тьс  выражением

( К«К1 -,) d(-)t ;

где J - суммарный момент инерции

привода; К - конструктивна  посто нна 

двигател ;

Ф - поток двигател ; 1„ - допустимое значение тока

двигател ; I - фактическое значение тока

двигател „

dw

После определени  (-) в дальнейС« L

шем управление тиристорным преобразователем осуществл етс  так же, как и в том случае, когда заданное зна (0( (JJ -). -остаетс  посто нным.,

л L

Если отклонение скорос.ти от заданного значени  произошло вследствие изменени  нагрузки на валу двигател , то возвращение скорости к заданному значению будет осуществл тьс  так же, как и при отработке сигналов задани  скорости. Действительно, на каждом такте переходного процесса (интервале дискретности тиристорного преобразовател ) происходит определение скорости двигател  и сравнение ее с заданным значением. Следовательно , не позднее чем через 0,007 будет обнаружено отклонение скорости от заданного значени  при изменении нагрузки и начнетс  процесс возвращени  ее к заданному значению,, Быстродействие регулировани  будет определ тьс  допустимыми значени ми производной тока, котора  однозначно св зана с допустимым значением второй производной скорости.

После определени  средних значений тока и скорости определ етс  угол регулировани  (,vi) на следующий такт переходного процесса по методике, изложенной ранее о Значение ,) передаетс  в цифроаналоговый преобразователь 10, а выходной сигнал ДАЛ подаетс  в функциональный преобразователь 20 дл  преобразовани  в сигнал управлени  U, соответствующий углу регулировани  о((1)) и подаваемый в систему управлени  тиристорным преобразователем 4 о

Определение угла регулировани  на следующий такт переходного процесса на основании анализа процесса ре-

гулировани  на предшествующем такте переходного процесса устран ет вли ние чистого запаздывани  тиристорног преобразовател , св занного с его неполной управл емостью, что повышает точность регулировани . Точность регулировани  существенно повышаетс  также за счет того, что определение расчетного коэффициента (4 r/dtcp на каждом такте переходного процесса на основании анализа переходных процессов на этом такте означает, что непрерывно осуществл етс  идентификаци  объекта регулировани  с учетом всех воздействий на электропривод, позвол юща  с высокой точностью определ ть приращение угла регулировани  на следующий такт регулирований. Определение приращени  скорости на следующий такт переходного процесса с учетом ограничений на вторую производную скорости (с/ cu/c/t ) и производную тока c/J, , а также постепенное уменьшение ускорени  при под- ходе скорости к заданному значению

позвол ют обеспечить оптимальный характер переходного процесса в соответствии с требовани ми рабочей машины.

Определение угла регулировани  путем его непрерывного изменени  при наличии отклонени  скорости от заданного значени  обеспечивает устранение установившейс  ошибки, т.е„ система обладает астатизмом как при от- работке сигнала задани , так и при колебании нагрузки.

Существенно облегчаетс  наладка системы регулировани  скоростью, поскольку наладка сводитс  к записи в  чейки пам ти заданного значени  скорости , заданных значений ускорений и замедлени , допустимых значений второй производной скорости и производной тока, а также подбору скорости ю. при которой начинаетс  уменьшение

К

ускорени  или замедлени , что обеспечивает подбор заданного характера переходного процесса при проходке и

Claims (1)

1. Способ цифрового управлени  тиристорным электроприводом посто нного тока, при котором измер ют ско- , рость и ток двигател  на каждом такте переходного процесса и используют измеренные сигналы дл  определени 

угла регулировани  тиристорного преобразовател  на следующий такт переходного процесса, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности управлени  электроприводом , измер ют мгновенные значени  скорости и тока через заданный интервал времени, причем измерение мгновенных значений скорости и тока на каждом такте переходного процесса начинают с момента открывани  очередного тиристора, вычисл ют средние значени  скорости и тока на каждом такте переходного процесса и запоминают их, если скорость двигател  равна нулю, то определ ют абсолютное значение отношени  приращени  угла регулировани  к приращению тока  кор , вызванному приращением угла регулировани  на данном такте переходного процесса, и запоминают его, определ ют значение угла регулировани  дл  следующего такта переходного процесса по формуле

тр

о(-- угол регулировани  на текущем такте переходного процесса; / ,Ло/г

41ЯТр Расчетное изменение т угла регулировани  на следующем такте переходного процесса;

Ј

т

- первоначальное значение расчетного коэффициента;

/dI«N

тр dt 9 ту Расчетное приращение тока на такте переходного процесса;

- допустимое значение производной тока;

- продолжительность такта переходного процесса,

если же скорость двигател  больше нул , то определ ют абсолютное значение отношени  приращени  угла регулировани  к приращению скорости, вызванному приращением угла регулировани  на данном такте переходного процесса , и запоминают его, определ ют расчетное приращение скорости на следующий такт переходного процесса с

учетом заданных значений ускорени  и замедлени  привода, допустимых значений второй производной скорости и допустимых значений производной тока и определ ют значение угла регулировани  дл  следующего такта переход- Hqro процесса по формуле

Л(,«.,, (, dcfT{1.,,+ «frfT(i,,, ,

де о(; - угол регулировани  на текущем такте переходного процесса; угол регулировани  на следующем такте переходного процесса; i4«T( - требуемое приращение угла регулировани , обеспечивающее заданное приращение скорости 4WTp(,i)3a такт переходного процесса; °«T(Ui) - требуемое приращение угла регулировани , обеспечивающее устранение ошибки регули- ровани  на текущем такте переходного процесса,

де -о , - фактическое значение средней скорости двигател  на

1

,Т|,

()х

лыт,

),

Л(л)т,

;(ы;- oOTJ,)

i

Л1-7

-п п

ы

СЗа

Л И

п п

И

п

п п

0

5

0

текущем такте переходного

процесса; W ;- заданное значение средней

скорости на текущем такте

переходного процесса, знак минус соответствует разгону двигател , знак плюс - замедлению привода .

20 Способ по п. 1, отличающийс  тем, что ограничение тока двигател  заданными пределами при разгоне и замедлении обеспечивают изменением заданного значени  ускорени  или замедлени , причем приращение заданного значени  ускорени  на следующий такт переходного процесса определ ют по формуле

..с их КФ(1   - 19)

dt

J2

где J К

9А

суммарный момент инерции

привода;

конструктивна  посто нна 

двигател ;

поток двигател j

допустимое значение тока

двигател ;

фактическое значение тока

двигател 

U)t

п п

U)t

cut uz.2