SU655049A2

SU655049A2 - Device for control of motor speed

Info

Publication number: SU655049A2
Application number: SU762401009A
Authority: SU
Inventors: Виктор Иванович Полещук; Людмила Васильевна Полещук
Original assignee: В. И. Полещук и Л. В. Полещук
Priority date: 1976-09-06
Filing date: 1976-09-06
Publication date: 1979-03-30

Description

1one

Изобретение относитс к автоматизированным электроприводам ири управлении скоростью двигател посто нного тока независимого возбуждени изменением напр жени на зажимах кор . Оно может быть использовано в приводе металлорежупдих станков, в металлургических приводах, приводе бумагоделательных машин и других приводах, производительиость которых зависит от времени протекани переходных процессов.The invention relates to automated electric drives and controlling the speed of a direct current motor of independent excitation by changing the voltage at the terminals of the core. It can be used in the drive of metalworking machines, in metallurgical drives, drive of papermaking machines and other drives, the performance of which depends on the time of transient processes.

В основном авт. св. № 439052 описано устройство , содержаидее задатчик иитенсивности , пропорциональный регул тор скорости и узел установлени величины жесткости регулировочных характеристик электродвигател , содержащий модель системы регулировани , подключенную к одному из входов элемента сравнени , второй вход которого соединен с датчиком скорости , а выход через компенсирующее звено- с входом регул тора скорости. При этом вход модели соединен с выходом задатчика интенсивности, в узле установлени величины жесткости механических характеристик компенсирующее звено выполнено в виде интегратора при необходимости полной компенсации падени скорости или в виде ииерционного звена первого пор дка при частичной компенсации падени скорости.Basically auth. St. No. 439052 describes a device comprising a driver and intensity, a proportional speed controller and a node for setting the rigidity value of the motor control characteristics, containing a model of the control system connected to one of the inputs of the reference element, the second input of which is connected to the speed sensor, and the output through the compensating link speed controller input. At the same time, the model input is connected to the output of the intensity control unit; in the node for determining the rigidity of mechanical characteristics, the compensating link is made as an integrator, if necessary, full compensation of the velocity drop, or as a first-order cross element, with partial compensation for the velocity drop.

Такое выполнение компенсирующего звена обеспечивает заданные статические (установившиес ) режимы регулировани скорости и отработку ошибки регулировани скорости с астатизмом первого пор дка . Однако отработка большой ошибки регулировани , св занной с действием значительного возмущени (например, ударный наброс нагрузки на валу двигател ) происходит с недостаточной интенсивностью. Этот недостаток компенсирующего звена обусловлен тем, что его иараметры жестко св заны с динамическими свойствами всей системы . Параметры обычно выбираютс исход из перерегулировани 5-10% при спадении ошибки до нул . Так, если используетс трехконтурна система регулировани , то передаточна функци компенсирующего звена равнаThis embodiment of the compensating link provides the specified static (steady) speed control modes and the processing of the speed control error with first-order astatism. However, the development of a large control error associated with the action of a significant disturbance (for example, a shock load on the engine shaft) occurs with insufficient intensity. This disadvantage of the compensating link is due to the fact that its parameters are rigidly connected with the dynamic properties of the entire system. Parameters are usually chosen on the basis of a 5-10% overshoot when the error drops to zero. So, if a three-contour regulation system is used, then the transfer function of the compensating link is equal to

w(p) .(1)w (p). (1)

1.,,pПри настройке параметров на большую интенсивность отработки ошибки вс система регулировани становитс колебательной и возможна потер устойчивости, т. е. работоспособности . Из-за этого не удаетс повысить интенсивность отработки ошибки. Кроме того, необходимо повышение точности . Цель изобретени состоит в уменьшении ошибки регулировани в переходных процессах путем увеличени интенсивности отработки ошибки, а также повышени астатизма системы при обработке малой ошибки . Эта цель достигаетс тем, что в состав узла установлени величины жесткости введены дополнительно звено увеличени астатизма , релейный канал отработки ошибки и переключатель режимов работы, состо щий из последовательно включенных звена выделени модул ошибки и реле, релейный канал образован последовательным соединением усилител -сумматора, трехпозиционного реле и интегратора, охваченных встречно-параллельно включенным блоком коррекции. При этом выход элемента сравнени св зан со звеном выделени модул и с первым входом усилител -сумматора непосредственно и с входом компенсируюш ,его звена через размыкаюш,ий контакт реле переключател режимов работы, другой замыкающий контакт которого включен между трехпозиционным реле и интегратором. Выход этого интегратора подключен к дополнительному входу пропорционального регул тора скорости системы регул тора скорости системы регулировани и к входу блока коррекции, выходы которого соединены с вторым и третьим входами усилител -сумматора. Звено увеличени астатизма включено между компенсирующим звеном и входом упом нутого регул тора скорости. В блоке коррекции его вход св зан с одним выходом непосредственно, а с другим выходом через инвертор знака и дополнительную модель системы регулировани . Звено увеличени астатизма выполнено состо щим из последовательно включенных пропорционально-интегральных регул торов . При этом в зоне малой ощибки система регулировани работает как линейна система с астатизмом высокого пор дка, а в зоне большой ошибки - как более быстродействующа система, к входу которой приложено компенсирующее воздействие от релейного канала. Режимы отработки малой и большой ошибок разделены, выбор нужного режима осуществл ет автоматически переключатель режимов работы. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Элементы 1-9 вход т в состав устройства по основному авторскому свидетельству и их св зи, имевшие место в известном устройстве , показаны на чертеже пунктирными лини ми. При этом прин ты следующие обозначени : 1 - модель системы регулировани , 2 - элемент сравнени , 3 - датчик напр жени , 4-компенсирующее звено, 5- ыключатель, 6 - резистор, 7 - усилитель, - регул тор скорости, 9 - узел установлени величины жесткости. Входы элемента 2 сравнени св заны с ыходом модели 1 системы регулировани и с выходом датчика 3 напр жени . Выход элемента 2 сравнени соединен переключателем 10 режимов работы, с компенсирующим звеном 4 и с релейным каналом 11. Переключатель 10 режимов включает в себ последовательно соединенHbie звено 12 выделени модул ошибки регулировани и реле 13. Звено выделени модул св зано с выходом элемента 2 сравнени . Релейный канал состоит из усилител -сумматора 14, первый вход которого соединен с выходом элемента 2 сравнени , а выход через трехпозиционное реле 15 и интегратор 16 - с дополнительным входом пропорционального регул тора 8. Блок 17 коррекции релейного канала включает в себ непосредственную св зь между выходом интегратора 16 и вторым входом усилител -сумматора 14, а также инвертор 18 знака и дополнительную модель 19 системы регулировани , св занные с выходом интегратора 16 и третьим входом усилител -сумматора 14. На чертеже в звене 20 увеличени астатизма показан один ПИ-регул тор, включенный между звеном 4 и входом регул тора 8 скорости. Реле 13 переключател 10 режимов работы имеет размыкающий 21 и замыкающий 22 контакты. Устройство работает следующим образом . Звено 12 выдел ет из сигнала элемента 2 сравнени сигнал модул ощибки, подаваемый на реле 13 переключател 10. Рассмотрим сначала режим обработки малой ошибки . В этом режиме мал сигнал элемента 2, выходное напр жение звена 12 также небольщое . Реле 13 не срабатывает. Релейный канал 11 не работает, так как контакт 22 реле 13 разомкнут. Работу через замкнутый в этом режиме контакт 21 реле 13 осуществл ют компенсирующее звено 4 и ПИ-регул тор звена 20. Звено 4, будучи интегратором при разомкнутом выключателе 5, обеспечивает астатизм первого пор дка по ошибке. ПИ-регул тор звена 20 увеличивает астатизм системы до второго пор дка. Возможно включение в звене 20 любого числа ПИ-регул торов. Включение каждого ПИ-регул тора увеличивает астатизм системы на единицу. При этом посто нные времени последующих ПИ-регул торов удваиваютс по сравнению с посто нным времени предыдущих регул торов. Так, при передаточной функции компенсирующего звена согласно формуле (1) передаточные функции первых двух регул торов принимают вид 1 + .p 1 + й2T.p 327i.p1. ,, p When adjusting the parameters for a greater intensity of working out an error, the entire regulation system becomes oscillatory and a loss of stability is possible, i.e. working capacity. Because of this, it is not possible to increase the intensity of the error processing. In addition, the need to improve accuracy. The purpose of the invention is to reduce regulation error in transients by increasing the intensity of error processing, as well as increasing system astatism when processing a small error. This goal is achieved by adding an additional link for increasing astatism, a relay channel for error processing and an operating mode switch consisting of a series-connected separation module for an error module and a relay, the relay channel formed by a series connection of an amplifier-adder, a three-position relay and an integrator covered by a correction block connected in parallel with each other. At the same time, the output of the comparison element is connected with the selection link of the module and with the first input of the amplifier-accumulator directly and with the input compensates its link through the opening contact, the relay contact of the operating mode switch, the other closing contact of which is connected between the three-position relay and the integrator. The output of this integrator is connected to the auxiliary input of the proportional speed controller of the system of the speed controller of the regulation system and to the input of the correction unit, the outputs of which are connected to the second and third inputs of the amplifier-summator. An astatism increase link is connected between the compensating link and the input of the said speed regulator. In the correction unit, its input is connected with one output directly, and with another output through a sign inverter and an additional model of the control system. The asthism increase link is made up of successively connected proportional-integral regulators. In this case, in the zone of small faults, the control system works as a linear system with high order astatism, and in the zone of large error, as a faster system, to the input of which a compensating effect from the relay channel is applied. The modes of working out small and large errors are separated, the choice of the necessary mode is performed automatically by the mode switch. The drawing shows a diagram of the proposed device. Elements 1-9 are part of the device according to the main copyright certificate and their connections, which took place in the known device, are shown in the drawing by dashed lines. In this case, the following designations are accepted: 1 - control system model, 2 - reference element, 3 - voltage sensor, 4-compensating link, 5-switch, 6 - resistor, 7 - amplifier, - speed controller, 9 - installation unit stiffness values. The inputs of the comparison element 2 are connected to the output of the model 1 of the control system and to the output of the voltage sensor 3. The output of the comparison element 2 is connected by a switch 10 operating modes, with a compensating link 4 and with a relay channel 11. The switch 10 modes includes serially connected Hbie link 12 of the control error control module and relay 13. The selection link of the module is connected with the output of the comparison element 2. The relay channel consists of an amplifier-accumulator 14, the first input of which is connected to the output of the comparison element 2, and the output via the three-position relay 15 and the integrator 16 to the additional input of the proportional controller 8. The relay-channel correction block 17 includes a direct connection between the output the integrator 16 and the second input of the amplifier-suppressor 14, as well as the inverter 18 characters and the additional model 19 of the control system associated with the output of the integrator 16 and the third input of the amplifier-accumulator 14. In the drawing in link 20 The astatism shows one PI controller connected between link 4 and the input of the speed controller 8. The relay 13 of the switch 10 operating modes has a disconnecting 21 and closing 22 contacts. The device works as follows. Link 12 extracts from the signal of the comparison element 2 the signal of the fault module supplied to the relay 13 of the switch 10. First consider the processing mode of a small error. In this mode, the signal of element 2 is small, the output voltage of link 12 is also small. Relay 13 does not work. Relay channel 11 does not work, because contact 22 of relay 13 is open. Operation through the closed in this mode pin 21 of the relay 13 is performed by the compensating link 4 and the PI controller of the link 20. Link 4, being an integrator with the switch 5 open, provides first-order astatism by mistake. PI controller link 20 increases system astatism up to second order. It is possible to include in the link 20 any number of PI controllers. Turning on each PI controller increases system astatism by one. In this case, the time constants of subsequent PI controllers are doubled compared with the time constant of previous controllers. So, with the transfer function of the compensating link according to the formula (1), the transfer functions of the first two regulators take the form 1 + .p 1 + nd2T.p 327i.p

Увеличение астатизма системы повышает точность обработки ошибки, но одновременно увеличиваетс инерционность системы. Пор док системы со звеном по выражению (1) на единицу выше, а нри включении еш,е и регул торов по выражению (2) выше на 2, на 3 и так далее пор дков исходной системы регулированп . Поэтому астатпзм увеличен только в небольшой зоне малой ошибки.An increase in system astatism improves the accuracy of error handling, but at the same time the inertia of the system increases. The order of the system with a link in expression (1) is one higher, and the inclusion of the esh, e and controllers in expression (2) is higher by 2, 3, and so on, of the order of the original system is regulated. Therefore astatism is increased only in a small area of a small error.

В режиме обработки большой ошибки реле 13 включено и звень 4 п 20 отключены контактом 21 реле, а релейный канал вводитс в работу замыкающимс контактом 22. В соответствии с пол рностью выходного сигнала усилител -сумматора 14 реле 15 срабатывает в ту или иную сторону, подава ступенчатый сигнал необходимой пол рности на интегратор 16. Интегратор преобразует сигнал реле в линейно-измен юш .еес напр жение, поступающее на вход регул тора 8 скорости. Далее система регулировани быстро отрабатывает ошибку, в результате чего сигнал на выходе элемента 2 сравнени уменьшаетс . Выключение реле 15 необходимо осуществить с упреждением во избежание по влени низкочастотных автоколебаний. Эту операцию производит блок 17 коррекции.In the processing mode of a large error, relay 13 is turned on and links 4 and 20 are disconnected by contact 21 of the relay, and the relay channel is put into operation by closing contact 22. In accordance with the polarity of the output signal of amplifier-adder 14, relay 15 operates in one direction or another, giving stepwise the signal of the required polarity to the integrator 16. The integrator converts the relay signal into a linear-varied USe voltage applied to the input of the speed controller 8. Further, the control system quickly fulfills the error, as a result of which the signal at the output of the reference element 2 is reduced. Relay 15 must be turned off proactively to avoid the occurrence of low-frequency self-oscillations. This operation produces a block 17 correction.

Пол рность сигнала на втором и третьем входах усилител -сумматора 14 (эти сигналы образуютс сложением выходного напр жени интегратора 16 с этим же напр жением , прошедщим через инвертор 18 знака и дополнительную модель 19 системы регулировани ) обратна пол рности сигнала на выходе элемента 2 сравнени . Когда сумма этих трех сигналов станет равной нулю, реле 15 отключитс и на выходе интегратора 16 установитс неизменное па |р женис . Дальнейшее спадание ошибки происходит при движении системы по инерции, и интенсивность спадани ошибки постепенно уменьшаетс . При этом блок 17 коррекции поддерживает напр жение на входе реле 15 равным нулю. Требуемый характер изменени корректирующего сигнала обеспечиваетс моделью 19, упрощенно оппсывающей систему регулировани . Когда сигнал модул ощибки на входе реле 13 станет меньше зоны его нечувствительности, реле 13 отключаетс размыкаетс контакт 22 и замыкаетс контакт 21. Звень 14 и 20 плавно свод т ощибку к нулю, при этом напр жение интегратора 16 поддерживаетс неизменным .The polarity of the signal at the second and third inputs of the amplifier summer 14 (these signals are formed by adding the output voltage of the integrator 16 to the same voltage passing through the sign inverter 18 and the additional model 19 of the control system) is opposite to the polarity of the signal at the output of the comparison element 2. When the sum of these three signals becomes zero, the relay 15 is turned off and the output of the integrator 16 is set to an unchanged pa | be married. Further fall of the error occurs when the system moves by inertia, and the intensity of the decline of the error gradually decreases. In this case, the correction block 17 maintains the voltage at the input of the relay 15 to zero. The required nature of the change in the correction signal is provided by the model 19, which simplifies the control system. When the signal of the fault module at the input of the relay 13 becomes less than its insensitivity zone, the relay 13 is disconnected, the contact 22 is closed and the contact 21 is closed. The links 14 and 20 smoothly reduce the fault to zero, while the voltage of the integrator 16 is kept constant.

Регулировка интенсивности отработки ощибки релейным каналом 11 обеспечиваетс изменением величины входного резистора интегратора 16. Необходимый корректирующий сигнал устанавливаетс автоматически , что вл етс преимуществом технического решени блока коррекции. В блоке коррекции инвертором знака служит звепо с передаточным отношением минус единица . Этим звеном может быть разв занный по входу датчик напр жени . Модель 19 можно выполнить упрощенно - как звено первого или второго пор дка.Adjusting the intensity of testing the error by the relay channel 11 is provided by changing the value of the input resistor of the integrator 16. The necessary correction signal is set automatically, which is an advantage of the technical solution of the correction unit. In the correction block, the sign inverter serves as a star with a gear ratio minus one. This link can be a voltage sensor that is distributed to the input. Model 19 can be made simpler - as a link of the first or second order.

Применение модели исключает увеличение помех прп формировании корректирующего сигнала.The use of the model eliminates the increase in interference prp forming a correction signal.

. Элемепты релейного канала не вли ют на динамику системы. Роль релейного канала сводитс к подаче па регул тор 8 скорости компенсируюп;его воздействи от интегратора .. Relay channel elements do not affect system dynamics. The role of the relay channel is reduced to supplying the speed controller 8 to compensate for its speed from the integrator.

В предлагаемом устройстве это воздействие измен етс по линейному закону за счет благопри тного характера отработки этого сигнала системой регулировани . При отработке сигнала релейного канала участвует иперциопность только самой системы регулировани (отработка по разомкнутому циклу). Здесь инерционности звеньев 4 и 20 исключены. При отработке малой ошибки возможен в принципе аетатизм любого пор дка .In the proposed device, this effect varies linearly due to the favorable nature of the adjustment of this signal by the control system. When testing the signal of the relay channel, only the regulation system itself is involved, and it is only the control system itself (testing on an open loop). Here the inertia of links 4 and 20 are excluded. When a small error is worked out, in principle, the atism of any order is possible.

Таким образом, предлагаемое устройство совмещает в себе высокую интенсивность и точность отработки ошибки. Вс система в целом работает как линейна система. С помощью данного устройства осуществл етс контроль за процессом управлени системы регулировани и оперативно компенсируютс параметрические п функциональные возмущепп . Релейный канал 11 п звень 4 и 20 настраиваютс раздельно.Thus, the proposed device combines a high intensity and accuracy of working out the error. The whole system works as a linear system. With the help of this device, the control process of the control system is monitored and parametric and functional perturbations are promptly compensated. Relay channel 11 and link 4 and 20 are configured separately.

К преимуществу предлагаемого устройства можно отнести п то обсто тельство, что наладка устройства п его ввод в экспулатацию можно осуществить без остановки действующего электропривода. Техническое решеппе устройства иостроепо таким образом, чтобы избежать прпме епп дифферспцпрующих п других элементов, работа которых св зана с плохой помехозащищенностью. Применение устройства возможно в электроприводах посто нного тока, имеющих разпые собственные системы управлени .The advantage of the proposed device can be attributed to the fact that the adjustment of the device and its commissioning can be carried out without stopping the operating electric drive. Technical resampling devices are designed in such a way as to avoid the use of different components, whose operation is associated with poor noise immunity. The device can be used in direct current drives having their own control systems.

Фор м у л а изобретен и Formula is invented and

Claims

1. Device for regulating the speed of a direct current electric motor according to ed. St. L 439052, characterized in that, with the purpose of reducing errors, which are regulated in transient processes, the link for increasing astatism is added to the stiffness value node, the relay channel n switch of operation relays consisting of a series of error module n relay, the relay drip is formed by the successive connection of the humor-accumulator, the three-position integrator relay and the covering of the meetings of the parallel-parallel switched on correction unit, with the output of the comparator element connected to you Delenp module n with the first input of the controller.

compensating link through the opening contact of the relay of the operating mode switch, another closing contact of which is connected between the three-speed relay and the integrator, the output of this integrator is connected to the auxiliary input of the proportional speed controller of the control system and to the input of the correction unit whose outputs are connected to the second and third inputs of the amplifier an adder, and an astatism increase link is connected between the compensating link and the input of the said speed controller.

2. The device according to claim 1, that is, with the fact that in the correction unit its input is connected

with one output directly, and with another output through a sign inverter and an additional model of the control system.

3. A device for controlling the speed of a direct current electric drive according to claim 1, characterized in that, in order to increase astatism of the control system in the zone of small error, the link for increasing astatism is composed of successively included proportional-integral regulators.

Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No. 439052, cl. H 02 R 5/06, 1972.

g;

70

H 20