SU499554A1

SU499554A1 - DC controlled electric drive

Info

Publication number: SU499554A1
Application number: SU1999893A
Authority: SU
Inventors: Виктор Иванович Полещук
Priority date: 1974-02-18
Filing date: 1974-02-18
Publication date: 1976-01-15

Description

1one

Изобретение относитс к автоматизированному электроприводу при управлении скоростью вращени двигател посто нного тока независимого возбуждени изменением напр жени на коре и может быть использовано в ответственных механизмах, производительность которых определ етс временем протекани переходных процессов (металлургический привод станов гор чей прокатки, привод металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и др.), а также в устройствах, где требуетс механическа характеристика определенного вида (электрот га и подъемно-транспортные устройства).The invention relates to an automated electric drive for controlling the rotational speed of a direct current motor with independent excitation by changing the voltage on the core, and can be used in critical mechanisms whose performance is determined by the time of transient processes (metallurgical drive of hot rolling mills, drive of metal-cutting machines with numerical software control (CNC), etc.), as well as in devices where a mechanical characteristic of a certain type is required (electric of n and lifting device).

Известны управл емые электроприводы посто нного тока, содержащие соединенные последовательно задатчиК скорости и ускорени , вервый сумматор, регул тор скорости, второй -сумматор, регул тор тока, силовой преобразователь, к выходу которого через щунт подключен корь электродвигател независимого возбуждени , с валом которого св зан датчик скорости, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, шунт подключен ко входу датчика тока, выход которого подключен к одному из входов второго сумматора. Однако при малой величине электромеханической посто нной свойства привода ухудщаютс , что про вл етс в уменьщении быстродействи но управлению иControlled DC drives are known, containing speed and accelerator connected in series, a first adder, a speed regulator, a second adder, a current regulator, a power converter, to the output of which, via a shunt, an independent excitation motor is connected, the shaft of which is connected speed sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder, the shunt is connected to the input of the current sensor, the output of which is connected to one of the inputs of the second adder. However, at a small electromechanical constant, the properties of the actuator deteriorate, which manifests itself in a decrease in the speed of operation and

см гчению механических характеристик. Меры , принимаемые в известных электроприводах дл снижени статизма системы по нагрузке , одновременно снижают быстродействие привода по управлению. Кроме того, динамическа просадка скорости при приложении нагрузки и врем восстановлени скорости весьма велики. Это ограничивает область применени известных электроприводов.see mechanical properties. Measures taken in the known electric drives to reduce the load system statism of the system simultaneously reduce the speed of the drive by the control. In addition, the dynamic speed drawdown under load application and the recovery time of the speed are very large. This limits the scope of application of known electric drives.

Целью изобретени вл етс повышение быстродействи привода и расширение области применени путем независимой компенсации управл ющего сигнала по управлению и нагрузке. Это достигаетс тем, что электропривод содержит интегродифференцирующее звено, блок компенсации нагрузки и эталонную модель, вход которой св зан с выходом задатчика скорости и ускорени , первый и второй выходы соединены соответственно сThe aim of the invention is to increase the speed of the drive and expand the scope by independently compensating the control signal for control and load. This is achieved by the fact that the electric drive contains an integrating differentiation link, a load compensation unit and a reference model, the input of which is connected to the output of the speed and acceleration unit, the first and second outputs are connected respectively to

первым и вторым входами блока компенсации нагрузки, к третьему входу которого подсоединен выход датчика скорости, к четвертому- выход датчика тока, а выход блока компенсации нагрузки св зан с соответствующимThe first and second inputs of the load compensation unit, to the third input of which the output of the speed sensor is connected, to the fourth, the output of the current sensor, and the output of the load compensation unit is connected to the corresponding

входом первого сумматора, св занного через интегродифференцирующее звено с эталонной моделью. того, в нем эталонна модель содержит усилитель и последовательно соединенные сумматор модели, инерционное звеноthe input of the first adder connected via the integrating differentiation link with the reference model. Moreover, in it the reference model contains an amplifier and a series-connected adder of the model, an inertial link

модели и интегратор, выход которо-го подключен к одному из входов сумматора модели и ко второму выходу эталонной модели, вход которой св зан с другим входом сумматора модели, к первому выходу эталонной модели подсоединен выход усилител , вход которого св зан с выходом инерционного звена модели, а блок компенсации нагрузки содержит сумматор , соответствующие входы которого св заны со вторым и третьим входами блока компенсации нагрузки, инерционное звено и усилитель-сумматор, один вход которого соединен с выходом сумматора непосредственно, а второй - через последовательно включенные инерционное звено и инвертор, соединенные последовательно усилитель-формирователь, функциональное звено и задатчик интенсивности компенсации, выход которого св зан с выходом блока компенсации нагрузки, примем его первый и четвертый входы и выход усилител -сумматора соединены с соответствующими входами усилител -формировател .model and integrator, the output of which is connected to one of the inputs of the adder of the model and to the second output of the reference model, the input of which is connected to another input of the adder of the model, to the first output of the reference model is connected the output of the amplifier, whose input is connected to the output of the inertial link of the model , and the load compensation unit contains an adder, the corresponding inputs of which are connected to the second and third inputs of the load compensation unit, an inertial link and an amplifier-adder, one input of which is connected to the output of the adder directly but, the second one - through successively connected inertial link and inverter, connected in series to the amplifier-driver, functional link and compensation intensity control unit, the output of which is connected to the output of the load compensation unit, will take its first and fourth inputs and output of the amplifier-adder to the corresponding amplifier inputs -former.

На чертеже изображена функциональна схема управл емого электропривода посто нного тока.The drawing shows a functional diagram of a controlled direct current drive.

Она содержит известный (типовой) привод 1, и компенсирующее устройство 2. Типовой привод 1 содержит электродвигатель независимого возбуждени 3, силовой преобразователь 4, регул тор тока 5, регул тор скорости 6, датчик тока 7, который присоединен к шунту 8 в корной цепи электродвигател 3, замкнутого обратной св зью по скорости через датчик скорости 9, задатчик скорости и ускорени 10, на который подаетс ступенчатый сигнал, и обмотку возбуждени 11 электродвигател 3. Эталонна модель 12 св зана со входом типового привода 1 через интегродифференцирующее звено 13. С другим входом привода 1 соединен выход блока компенсации нагрузки 14. Эталонна модель 12 содержит сумматор модели 15, инерционное звено модели 16, интегратор 17, обратной св зью подсоединенный к сумматору модели 15, и усилитель 18. Блок компенсации нагрузки 14 содержит усилитель - формирователь 19, который соединен с сумматором 20 через усилитель-сумматор 21, а также через инерционное звено 22 и инвертор 23, функциональное звено 24 и задатчик интенсивности компенсации 25. Алгебраическое суммирование сигналов управлени , компенсации и обратных св зей производитс на сумматорах 26 и 27.It contains a known (typical) actuator 1, and a compensating device 2. Typical actuator 1 contains an independent excitation motor 3, a power converter 4, a current regulator 5, a speed regulator 6, a current sensor 7, which is connected to a shunt 8 in the motor electric circuit 3, closed-loop speed feedback through a speed sensor 9, a speed and acceleration speed adjuster 10, to which a stepped signal is applied, and an excitation winding 11 of an electric motor 3. Reference model 12 is connected to the input of a typical drive 1 via an integro-differentiator The link 13 is connected to the other input of the drive 1. The output of the load compensation unit 14 is a reference. Model 12 contains a model 15 adder, a model 16 inertial link, integrator 17, connected to a model 15 adder, and amplifier 18. Load compensation unit 14 contains amplifier - driver 19, which is connected to adder 20 through amplifier-adder 21, as well as through inertial link 22 and inverter 23, functional link 24 and compensation intensity setting unit 25. Algebraic sum of control signals, compensation Feedback and feedback is performed on adders 26 and 27.

Принцип действи управл емого электропривода заключаетс в следующем.The principle of operation of a controlled electric drive is as follows.

Управление типовым приводом 1 производитс регул тором тока 5, регул тором скорости 6 с помощью отрицательных обратных св зей: св зи по току двигател , снимаемой с датчика тока 7 при использовании шунта 8 в корной цепи, и св зи по скорости двигател 3, снимаемой с датчика скорости 9. Управление скоростью двигател осуществл етс выходным напр жением задатчика скорости и ускорени 10 интегрального типа, на вход которого подаетс ступенчатый сигнал. Эталонпа модель 12 приближенно, но с достаточной точностью описывает свойства типового привода 1 но управлению. На вход сумматора модели 15 подаетс выходной сигнал с задатчика скорости и ускорени 10. Напр жение на выходе инерционного звена модели 16 пропорционально динамическому току но управлению двигател 3. Оно усиливаетс до необходимой величины усилителем 18. По сигналу усилител 18 осуществлена компенсирующа св зь через интегродифференцирующее звено 13, напр жение с выхода которого подаетс на вход регул тора скорости 6 через сумматор 26.Typical drive 1 is controlled by current controller 5, speed controller 6 using negative feedbacks: motor current coupling, removed from current sensor 7 using shunt 8 in the main circuit, and motor speed coupling 3, removed from speed sensor 9. The engine speed is controlled by the output voltage of the integral speed and accelerator 10, the input of which is supplied with a stepped signal. The reference model model 12 approximately, but with sufficient accuracy, describes the properties of a typical actuator 1 but control. The output of the adder of the model 15 is outputted from the setpoint speed and acceleration 10. The output voltage of the inertial element of the model 16 is proportional to the dynamic current of the engine 3. It is amplified to the required value by the amplifier 18. The signal of the amplifier 18 is compensated via the integrating differentiator 13, the voltage from the output of which is fed to the input of the speed regulator 6 through the adder 26.

Напр жение обратной св зи с выхода интегратора 17 имитирует скорость двигател 3 по управл ющему сигналу - выходному сигналу задатчика скорости и ускорени 10.The feedback voltage from the output of the integrator 17 simulates the speed of the engine 3 according to the control signal — the output signal of the speed and acceleration adjuster 10.

БлОК комненсации нагрузки 14 реализует зависимостьBlok kompensatsii load 14 implements the dependence

(р -г. i,R, (р) СеГ„/7Л«д (р), (p - r. i, R, (p) SeG „/ 7L« d (p),

В соответствии с которой косвенным способом формируетс возмущающее воздействие на валу двигател IcRoЗдесь /с - ток двигател , вызванный действием нагрузки;In accordance with which, by an indirect method, a disturbing effect is generated on the motor shaft IcRoS / s - the motor current caused by the action of the load;

Дпд - текущее изменение скорости двигател при изменении нагрузки; /с - установившийс ток нагрузки; - полное сопротивление корной цепи преобразователь - двигатель;DPS - the current change in engine speed when the load changes; / s — steady state load current; - impedance of the main circuit converter - motor;

Се - коэффициент э. д. с. двигател ; Гм - электромеханическа посто нна Ce - coefficient e. d. engine; Um - electromechanical constant

времени.of time.

Первый член нравой части зависимости в блоке 14 выдел етс как разность двух сигналов- сигнала полного тока двигател 3 с датчика тока 7 и сигнала с выхода усилител The first term of the dependency part in block 14 is separated as the difference between two signals — the signal of the total current of the engine 3 from the current sensor 7 and the signal from the amplifier output.

18,имитирующего ток двигател по управлению . Алгебраическое сложение этих сигналов производитс в усилителе - формирователе18, simulating the motor current control. Algebraic addition of these signals is performed in the amplifier - driver

19.Второй член в правой части уравнени образуетс следующим образом. На входы сумматора 20 с разными знаками подаютс : выходной сигнал эталонной модели 12 и сигнал обратной св зи по скорости. Выход сумматора 20 пропорционален изменению скорости двигателЯ Аид. Операци не вного дифференцировани сигнала и усиление сигнала производной реализуетс усилителем-сумматором 21, на входы которого подаютс с разными знаками сигнал с выхода сумматора 20 непосредственно и через инерционное звене 22 и инвертор 23. На выходе усилител - формировател 19 в соответствии с уравнением образуетс сигнал, пропорциональный возмущению по нагрузке на валу двигател IcRoНанр жение с выхода усилител -формировател 19 далее проходит через функциональное звено 24 на задатчик интенсивности компенсации 25, сигнал с которого подаетс на вход сумматора 26. Задатчик 25 определ ет скорость нарастани тока двигател 3. Функциональна зависимость звена 24 зависит от характера требований к механическим характеристикам двигател . Если требуютс пр молинейные механические характеристики различной жесткости, то функциональное звено 24 реализует пропорциональную зависимость. В других случа х функци звена 24 определ етс Конкретными требовани ми к форме механических характеристик. Если привод работает вхолостую, то алгебраическа сумма сигналов на входе усилител -формировател 19 равна нулю. Блок 14 не оказывает тогда вли ни на работу привода. При приложении нагрузки на вал двигател 3 осуществл етс компенсаци изменени скорости по нагрузке. Вследствие того, что рассчитываетс возмущающее воздействие на валу двигател , компенсаци осуществл етс по разомкнутому циклу. Она не затрагивает процесса управлени . Преимущество моделировани возмущающего воздействи IcRo состоит и в быстроте начала действи компенсации, что обеспечивает малое динамическое изменение скорости при высоком быстродействии управлени . Указанное преимущество наиболее значительно при резкомен ющейс нагрузке. В результате обеспечиваетс высокое быстродействие привода и регулируютс свойства системы по нагрузке, ттричем оказываетс возможным получение без вли ни па управление пр молинейных механических характеристик , а также и криволинейных характеристик различной формы (например, характеристик, подобных характеристикам двигател посто нного тока с последовательным возбуждением ). Компенсаци по нагрузке не только обеспечивает заданную статическую точность, но и малую динамическую ощибку по скорости при изменении нагрузки на валу двигател .19. The second term on the right side of the equation is formed as follows. The inputs of the adder 20 with different signs are: the output signal of the reference model 12 and the feedback signal for speed. The output of the adder 20 is proportional to the change in the speed of the engine Hades. The implicit differentiation of the signal and the signal amplification of the derivative is implemented by the amplifier-adder 21, the inputs of which are fed with different signs from the output of the adder 20 directly and through the inertial link 22 and the inverter 23. At the output of the amplifier 19, a signal is formed according to the equation proportional to the perturbation of the load on the motor shaft IcRo. The output from the output of the amplifier-former 19 passes through the functional link 24 to the setpoint compensation intensity 25, the signal from which It is fed to the input of the adder 26. The dial 25 determines the rate of rise of the current of the motor 3. The functional dependence of the link 24 depends on the nature of the requirements for the mechanical characteristics of the motor. If straight linear mechanical characteristics of different stiffness are required, functional link 24 implements a proportional relationship. In other cases, the function of the link 24 is determined by the Specific requirements for the form of mechanical characteristics. If the drive is idling, the algebraic sum of the signals at the input of the amplifier-former 19 is zero. Block 14 does not then affect the operation of the drive. When a load is applied to the shaft of the engine 3, the speed variation with respect to the load is compensated. Due to the fact that a perturbing effect on the motor shaft is calculated, compensation is performed in an open loop. It does not affect the management process. The advantage of simulating the disturbing effect of IcRo lies in the rapidity of onset of the effect of compensation, which ensures a small dynamic change in speed with a high speed of control. This advantage is most significant when the load is changing. As a result, a high speed of the drive is ensured and the system properties are controlled by the load, so it is possible to obtain without influence the control of the linear mechanical characteristics, as well as the curvilinear characteristics of various forms (for example, characteristics similar to those of a DC motor with series excitation). Load compensation not only ensures a given static accuracy, but also a small dynamic error in speed when the load on the motor shaft changes.

Claims

1. Controlled DC motor containing the serially connected speed and accelerator, the first adder, the speed regulator, the second adder, the current regulator, the power converter, to the output of which, through the probe, is connected to the shaft of the independent excitation motor, which is connected to the shaft sensor

speed, the output of which is connected to the first input of the first adder, the shunt is connected to the input of the current sensor, the output of which is connected to one of the inputs of the second adder, characterized in that in order to increase the drive speed and expand the application area by independent compensation of the control signal by control n load, it contains an integrating differentiation link, a load compensation unit and a reference model, the input of which is associated with the output of the speed and acceleration adjuster, the first and second outputs are connected according to It is connected with the first and second inputs of the load compensation unit, to the third input of which the output of the speed sensor is connected, to the fourth - the output of the current sensor, the output of the load compensation unit is connected to the second input of the first adder, with the third input of which is connected to the first output reference models.

2. The controlled electric drive according to claim 1, characterized in that the reference model comprises an amplifier and a series-connected adder of the model, an input link of the model and an integrator, the output of which is connected to one of the inputs of the adder of the model and to the second output of the reference model whose input is connected to another input of the model adder; the output of the amplifier is connected to the first output of the reference model; its input is connected to the output of the inertial link of the model.

3. Controlled electric drive according to claims. 1 and 2, characterized in that the load compensation unit comprises an adder, the inputs of which are connected respectively to the second and third inputs of the load compensation unit, an inertial link and an amplifier-adder, one input of which is connected to the output of the adder, and the second through serially connected an inertial link and an inverter, connected in series by an amplifier — a driver, a fuktsiopa a link and a setpoint of compensation intensity, the output of which is connected to the output of a load compensation block, and its first The fourth and fourth inputs and the output of the amplifier-adder are connected to the corresponding inputs of the amplifier-former.