SU845143A1 - Самонастраивающа с система управлени - Google Patents

Description

(54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

1

Изобретение относитс  к области систем регулировани  скорости и может быть использовано дл  управлени  промышленными электроприводами, в которых в процессе работы имеет место изменение электромеханической посто нной времени, в том числе за счет регулировани  потока возбуждени  двигател  и изменени  приведенного момента инерции, и может найти применение, например , в роботостроении (в системах управлени  приводами рабочих органов манипул ционных роботов), в станкостроении ( в системах управлени  приводами главного движени  металлорежущих станков), в металлургии (в системах управлени  приводами моталок непрерывных прокатных станов).

Известна самонастраивающа с  система управлени , содержаща  последовательно соединенные настраиваемый регул тор и объект, выхо которого соединен со входом регул тора, а также устройство идентификации переменных параметров объекта, входы которого соединены соответственно со входами и выходами объекта, а выходы - с управл емыми входами регул тора 1 и 2.

Однако известна  самонастраивающа с  система обеспечивает стабилизацию динамических свойств при управлении электродвигателем с переменным моментом инерции и регулируемым потоком возбуждени  только при отсутствии момента нагрузки двигател , поскольку используемое в ней устройство идентификации рассчитано только на объекты с одним входом. Это ограничивает область применени  системы.

Известна также самонастраивающа с  система регулировани  скорости, содержаща  последовательно соединенные задатчик, сумматор, регул тор, исполнительный электродвигатель , датчик скорости, модель электродвигател , блок управлени  моделью и 15 контур самонастройки 3.

Однако известна  система, обеспечива  автоматическую стабилизацию контурного коэффициента усилени  при изменении потока возбуждени  двигател , не учитывает вли ни  на контурный коэффициент усилени  изменени  момента инерции двигател , что значительно уменьшает точность ее работы и, следовательно, ограничивает область применени . Из известных систем наиболее близкой по технической сущности к изобретению  вл етс  самонастривающа с  система управлени , содержаща  последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регул тор , усилитель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиком регулируемой координаты и датчико тока, выход которого через последовательно соединенные второй сумматор, первый блок умножени , третий сумматор, первый интегратор , четвертый сумматор, второй блок умножени  и второй интегратор подключен к управл ющему входу регул тора и к второму входу первого блока умножени , первый вход которого подключен ко второму входу второго блока умножени , выход датчика регулируемой координаты соединен со вторым входом первого сумматора и вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора 41. Недостатком системы  вл етс  низка  точность работы при переменном моменте нагрузки. Целью изобретени   вл етс  повышение точности работы системы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в предложенной системе установлены последовательно соединенные третий интегратор , п тый сумматор и блок делени , второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, а выход - со вторым входом второго сум ма7ора7 выхо7 блока умножени  подключен ко входу третьего интегратора, выход датчика peгVлиpyeмой координаты подключен ко второму входу п того сумматора 1)ункциональна  схема предлагаемой самонастривающейс  системы управлени  изображена на фиг. 1; осциллограммы процессов адаптивной идентификации приведены на фиг. 2, осциллограммы переходных процессов регулировани  скорости в самонастраивающейс  системе управлени  приведены на фиг. 3. На фиг. 1 обозначены задатчик 1, первый сумматор 2, неизмен ема  часть регул тора 3, измен ема  часть регул тора 4, усилитель мощности 5, электродвигатель 6, датчик регулируемой координаты 7, датчик тока 8, второй сумматор 9, первый блок умножени  10, третий сумматор 11, первый интегратор 12, четвертый сумматор 13, второй блок умножени  14, второй интегратор 15, третий интегратор 16, п тый сумматор 17, блок делени  18, устройство идентификации 19, регул тор 20, первые и вторые модели 21, 22 двигател . Основной контур регулировани  (скорости двигател ) образован задатчиком 1, первым сумматором 2, регул тором 20, усилителем мощности 5 и двигателем 6 с датчиком регулируемой координаты 7, например датчиком скорости. Остальные блоки образуют устройство идентификации коэффициента передачи ток-скорость двигател . Оценка этого коэффициента получаетс  на выходе второго интегратора 15 и подаетс  на управл ющий вход регул тора, что обеспечивает автоматическую стабилизацию контурного коэффициента усилени  системы при изменении коэффициента передачи двигател , обусловленном изменением момента инерции и/или регулированием потока возбуждени . Регул тор 20 состоит из неизмен емой части 3 и измен емой части 4. В качестве неизмен емой части 3 могут быть применен.ы любые линейные или нелинейные элементы автоматики, в качестве измен емой части 4 -блок делени , блоки умножени  и множительно-делительные блоки, В устройстве идентификации последовательно соединённь1е через сумматор 11, блок умножени  10 и интегратор 12 представл ют „„, собой настраиваемую модель двигател  21, на вход которой должна быть подана также сама  величина, что и реально действующа  на входе двигател . В этом случае получаемый на выходе сумматора 13 сигнал ощибки может быть использовано дл  настройки коэффициента передачи модели, так как эта ощибка обусловлена только различием коэффициентов передачи двигател  6 и модели 21. На вход модели 21, т. е. на второй 9, должен поступать не только сигнал, пропорциональный току двигател , снимае ш с датчика тока 8, но и сигнал, пропорциональный току нагрузки, т. е. пропорциональныи отношению момента нагрузки к отоку возбуждени . Формирование требуе сигнала, пропорционального току нагрузки , производитс  цепью из вновь ввеДанных блоков, обеспечивающих косвенную оценку измен ющегос  тока нагрузки следующим образом. Первый блок умножени  10 и третий интегратор 16 составл ют вторую модель дггигател  22. На выходе сумматора 17 вырабатываетс  сигнал рассогласовани  между действительной скоростью двигател  6 и выходом модели 22. При равенстве коэффициентов передачи модели 22 и двигател  6 этот сигнал рассогласовани  имеет место, если на систему действует момент нагрузки. Это рассогласование усиливаетс  в блоке делени  18 и подаетс  на сумматор 9. Блок делени  18 использован с целью стабилизации динамических свойств контура, образованного сумматором 9, блоком умножени  10 и цепью из вн(Увь введенных блоков. Без блока делени  18 не может быть обеспечена удовлетворительна  настройка идентификатора 19. Действительно, в этом случае коэффициент усилени  этого контура не зависит от выходного сигнала интегратора 15, так как этот сигнал подаетс  как на блок умножени  10, так и на блок делени  18.

Предлагаема  самонастраивающа с  система управлени , например, электродвигателем с переменным моментом инерции и регулируемым потоком возбуждени  работает следующим образом.

Задатчик 1 вырабатывает задающий сигнал , который через сумматор 2, регул тор 20, и усилитель мощности 5 передаетс  на двигатель 6, развивающий скорость вращени , соответствующую задающему сигналу. Указанное соответствие обеспечиваетс  совместным действием регул тора 20 и главной отрицательной обратной св зи с выхода датчика скорости регулируемой координаты на вход сумматора 2. Настроечные параметры регул тора 20 выбраны таким образом, что при номинальном приведенном моменте инерции двигател  6 и номинальном потоке возбуждени  динамические свойства системы (быстродействие и динамические ошибки по управле.чию и возмущению) удовлетвор ют техническим требовани м и считаютс  оптимальными.

Предположим, что момент нагрузки двигател  6 посто нен, а коэффициент передачи уменьшилс , например, вследствие увеличени  приведенного момента инерции.В этом случае во врем  переходного процесса, например , по управлению (задающий сигнал увеличилс ) выходной сигнал датчика тока 8 проход  через сумматор 9, блок умножени  10, сумматор 11 и интегратор 12 вызовет изменение сигнала интегратора 12, который вычитаетс  в сумматоре 13 из сигнала датчика регулируемой координаты 7, и на выходе сумматора 13 по витс  отрицательный сигнал ошибки. После умножени  в блоке умножени  14 на положительный выходной сигнал сумматора 9 он вызовет уменьшение выходного сигнала интегратора 15, вследствие чего коэффициент передачи по первому входу блока умножени  10 уменьшаетс  до тех пор, пока ошибка на выходе сумматора 13 не станет равной нулю, а коэффициент передачи по первому входу блока умножени  10 (т. е. выходу интегратора 15) не станет равным коэффициенту передачи двигател . Аналогичный процесс происходит если задающий сигнал уменьщилс . Выходна  величина устройства идентификации (выход интегратора 15) подаетс  на измен емую часть 4 регул тора 20, обеспечива  стабилизации контурного коэффициента усилени , а c leдoвaтeльнo, и динамических свойств системы.

При изменении момента нагрузки, например увеличении, скорость двигател  6 уменьшитс , а ток увеличитс . Поскольку величина сигнала на выходе блока делени  18 соответствует прежнему (меньшему) значению момента нагрузки, то на первый вход блока умножени  10 поступает сигнал, уже не соответствующий динамическому току, воздействующему на двигатель. Выходной сигнал интегратора 16 увеличиваетс 

(так как ток возрос), в то врем  как выходной сигнал датчика регулируемой координаты уменьщаетс . Имевщее место рассогласование на выходе сумматора 17 начнет увеличиватьс , что приведет к увеличению

сигнала с выхода блока делени  18 до тех пор, пока за счет действи  обратной св зи через сумматор 9, блок умножени  10, интегратор 16 и блок делени  17 этот сигнал не придет в соответствие с увеличившимс  моментом нагрузки двигател .

При одновременном изменении коэффициента передачи и момента нагрузки двигател  8 (этому случаю соответствует также режим регулировани  потока при посто нном моменте нагрузки, так как при этом

5 мен ютс  и коэффициент передачи, и ток нагрузки) система работает аналогично. При этом согласованна  работа и правильное взаимодействие контура оценки коэффициента передачи, образованного сумматором 9, блоком умножени  10, сумматором 11, интегратором 12, сумматором 13„ блоком умножени  14 и интегратором 15, И контура оценки тока нагрузки, включающего сумматор 9, блок умножени  10, интегратор 16, сумматор 17 и делитель 18, обеспечиваетс  соответствующим выбором их контурных коэффициентов усилени .

Таким образом, предлагаема  система при введении интегратора 16, сумматора 17 и блока делени  18 и соответствующих новых св зей обеспечивает идентификацию коэффициента передачи двигател  6 при изменении момента нагрузки и благодар  этому осуществл ет автоматическую стабилизацию контурного коэффициента усилени .

На фиг. 2 и 3 показаны осциллограммы

5 работы предлагаемой самонастраивающейс  системы управлени  электроприводом главного движени  металлорежущего станка. На фиг. 2 приведены осциллограммы процессов адаптивной идентификации коэффициента передачи двигател  (сигнал в)

при быстром ослаблении потока возбуждени  двигател  от номинального значени  Ф„ до минимального (0,2-0.25) Ф„: слева - при ступенчатом изменении задающего сигнала (управлени ) на холостом

5 ходу; справа - при действии возмущающего момента N нагрузки на валу (величиной до номинального) и посто нном задающем сигнале. Ток нагрузки обозначен как F.

Из осциллограмм видно, что устройство идентификации обеспечивает устойчивую

оценку коэффициента передачи двигател  как на холостом ходу, так и при переменном моменте нагрузки. Видно также, что сигнал оценки тока нагрузки (F) и сигнал датчика тока имеют сходный характер, повтор   друг друга с точностью до динамического

тока.

Claims (4)

1. Функционирование предлагаемой самонастраивающейс  системы управлени  иллюстрируетс  осциллограммами (фиг. 3), где слева показаны переходные процессы при ступенчатом управлении, минимальном потоке ц„ 0,2 Ф„и максимальном моменте инерции/д,д 3/н (/н- момент инерции двигател ); справа показаны переходные процессы при изменении момента нагрузки и посто нном задающем сигнале, ф 4{ц, и / /н- На обеих осциллограммах показаны переходные процессы до и после включени  контура самонастройки. В результате самонастройки врем  регулировани  сокращаетс  в линейной зоне реакции по управлению до 8 раз, что соответствует расширению полосы пропускани  с 3 до 20 -/24 Гц. Средн   ошибка стабилизации скорости при действии момента нагрузки уменьшаетс  с 50 - 80% до 7 - 9% (в % от минимальной скорости в диапазоне 1 : 100), т. е. повышаетс  в 7 - 9 раз. Формула изобретени  Самонастраивающа с  система управлени , содержаща  последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, регул тор, усилитель мощности и электродвигатель с установленными на нем датчиком регулируемой координаты и датчиком тока, выход которого через последовательно соединенные второй сумматор, первый блок умножени , третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор, второй блок умножени  и второй интегратор подключен к управл ющему входу регул тора и второму входу первого блока умножени , первый вход которого подключен ко второму входу второго блока умножени , выход датчика регулируемой координаты соединен со вторым входом первого сумматора и вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности работы системы, в ней установлены последовательно соединенные третий интегратор , п тый сумматор и блок делени , второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, а выход - со вторым входом второго сумматора, выход первого блока умножени  подключен ко входу третьего интегратора, выход датчика регулируемой координаты подключен ко второму входу п того сумматора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Петров Б. Н. Современные методы проектировани  систем автоматического управлени . М., «Машиностроение, 1967, с. 224 - 225.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 687974, кл. G 05 В 17/02; 1978.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 585475, кл. G 05 В 13/02, 1972.
4. 4.Мысливец Н. Л. и Сабинин Ю. А. Самонастраивающийс  электропривод промышленного робота, построенный на базе системы подчиненного регулировани . «Электротехническа  промышленность. Сери  «Электропривод , 1977, № 8(61), с. 23 - 25 (прототип ). Оценка S Сквростб . UnpaSffeMife

   Оценка S бО А Оценка S Oife/fffff Cffoflociffii y/rpafAeHix