SU851338A1

SU851338A1 - Self-tuning drive

Info

Publication number: SU851338A1
Application number: SU792855451A
Authority: SU
Inventors: Юрий Анатольевич Борцов; Игорь Борисович Юнгер
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина Электро-Технический Институт Им. B.И.Ульянова(Ленина)
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1979-12-17
Publication date: 1981-07-30

Description

(54) САМОНАСТРАИВАЩИЙСЯ ПРИВОД(54) SELF-SETTING DRIVE

Изобретение относитс к системам, предназначенным дл адаптивного управ лени нестационарным объектом при высоких требовани х к стабильности динамических свойств, качеству обработки внешних возмущений по моменту статических сопротивлений и быстродействию электропривода. Известно устройство, предназначенное дл адаптивного управлени нестационарными объектами, в котором сигналы с выхода фильтра и дифференцирую щего устройства выходного сигнала поступают по двум шинам в. делитель с пам тью, где они дел тс один на другой. Выходной сигнал делител устанавливает коэффициент передачи устройства согласовани Lla« Недостатком данной системы вл етс предположение об известности входных воздействий и отсутствии низкочастотной переменной составл ющей в полезном сигнале обратной св зи. Однако в системах электропривода внешние возмущени по моменту статических сопротивлений вл ютс неизвестными , а в полезном сигнале с выхода датчика скорости присутствует низкочастотна переменна составл юща , котора приводит к снижению быстродействи регул тора скорости из-за по влени переменной составл ющей в токе кор с частотой пульсаций сигнала обратной св зи по скорости . Кроме того, известное устройство отличаетс сложностью реализации. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс самонастраивающийс регул тор дл электропривода промышленного механизма , содержащий первый фильтр, сумматор , последовательно соединенные второй фильтр и первый дифференциатор и последовательно соединенные первый элемент сравнени , делитель, умножитель, регул тор, двигатель, третий фильтр и второй дифференциатор , вход которого соединен с пер3-8The invention relates to systems designed for adaptive control of a non-stationary object with high demands on the stability of dynamic properties, the quality of processing external disturbances on the moment of static resistances and the speed of the electric drive. A device for adaptive control of non-stationary objects is known, in which signals from the output of the filter and the differentiating device of the output signal are received via two buses. a memory divider where they are divided one on another. The output of the divider sets the transmission coefficient of the Lla matching device. The disadvantage of this system is the assumption that the input effects are known and that there is no low frequency variable component in the useful feedback signal. However, in electric drive systems external disturbances in the moment of static resistance are unknown, and in the useful signal from the output of the speed sensor there is a low-frequency variable component, which leads to a slower speed controller speed due to the appearance of a variable component in the core with a pulsation frequency speed feedback signal. In addition, the known device is characterized by the complexity of implementation. Closest to the proposed technical entity is a self-adjusting regulator for an industrial drive electric drive, comprising a first filter, an adder, a second filter connected in series and a first differentiator, and a first comparison element connected in series, divider, multiplier, controller, motor, third filter and second differentiator whose input is connected to per3-8

вым входом П€ рвого элемента сравнени подключенного вторым входом к входу второго фильтра, а выход умножител соединен с входом первого фильтра 2the primary input P € of the comparison element connected by the second input to the input of the second filter, and the output of the multiplier is connected to the input of the first filter 2

Наличие низкочастотной переменной составл ющей в коэффициенте передачи регул тора приводит к повышенной пульсации тока кор , что ухудшает услови эксплуатации системы и снижает ее быстродействие.The presence of a low-frequency variable in the controller's transmission coefficient leads to an increased ripple of the core current, which deteriorates the operating conditions of the system and reduces its speed.

. Цель изобретени - повышение производительности механизма за счет повьштени быстродействи электропривода .. The purpose of the invention is to increase the productivity of the mechanism by increasing the speed of the electric drive.

Поставленна цель достигаетс тем, что привод содержит второй элемент сравнени , первый вход которого соединен с выходом первого дифференциатора второй вход - с выходом второго дифференциатора н вторым входом делител , а выход через сумматор - со вторым входом умножител , второй вход сумматора соединен с выходом первого фильтра.The goal is achieved by the fact that the drive contains a second comparison element, the first input of which is connected to the output of the first differentiator, the second input - to the output of the second differentiator and the second input of the divider, and the output through the adder - to the second input of the multiplier, the second input of the adder .

На чертеже представлена блок-схема самонастраивающегос привода.The drawing shows a block diagram of a self-tuning drive.

Привод содержит самонастраивающийс регул тор 1, который включает в себ шины 2 и 3, первый элемент 4 сравнени , вход 5 самонастраивающегос регул тора, второй фильтр 6, первый дифференциатор 7, делитель 8, выход 9 первого дифференциатора, второй дифференциатор 10, выход второго дифференциатора 11, второй элемент 12 сравнени , умножитель 13, первый фильтр 14, регул тор 15 и сумматор 16. Кроме того, привод содержит исполнительный элемент, состо щий из последовательно соединенных исполнительного устройства 17, двигател 18 и тахогенератора 19, соединенного с входом третьего фильтра 20 скорости, подключенного к выходу 21 самонастраивающегос регул тора 1.The drive contains a self-tuning regulator 1, which includes tires 2 and 3, the first comparison element 4, the input 5 of the self-adjusting controller, the second filter 6, the first differentiator 7, the divider 8, the output 9 of the first differentiator, the second differentiator 10, the output of the second differentiator 11, the second comparison element 12, the multiplier 13, the first filter 14, the regulator 15 and the adder 16. In addition, the actuator includes an actuating element consisting of a series-connected actuator 17, an engine 18 and a tacho generator 19, connected wired with the input of the third speed filter 20 connected to the output 21 of the auto-tuning controller 1.

Самонастраивающийс привод работа ет следующим образом.The self-tuning drive operates as follows.

При подаче на вход регул тора сигнала управлени он поступает на вход первого элемента 4 сравнени , и с его выхода - на вход делител 8. Начальные смещени делител В и умножител 13 выбраны так, что коэффициент передачи привода равен единице. Сигнал с выхода умножител 13 поступает одновременно на вход первого фильтра 14, и регул тора .15. Параметры фильтра 14 выбраны так, что его движение описываетс уравнени ми, анало3384When a control signal is applied to the regulator input, it is fed to the input of the first comparison element 4, and from its output to the divider 8 input. The initial displacements of divider B and multiplier 13 are selected so that the drive transfer ratio is equal to one. The signal from the output of the multiplier 13 is fed simultaneously to the input of the first filter 14 and the regulator .15. The parameters of the filter 14 are chosen so that its motion is described by equations, analogous to 3384

гичными дифференциальным уравнени м подсистемы, состо щей из последовательно соединенных испол1штельного устройства 17, двигател 18, тахоге5 нератора 19, фильтра 20 скорости, и дифференцирующего устройства 10 выходного сигнала. Параметры второго фильтра 6 входного сигнала и первого дифференциатора 7 входного сигналаThe differential equations of the subsystem, consisting of the serially connected device 17, the engine 18, the oscillator 19, the speed filter 20, and the differentiating device 10 of the output signal. The parameters of the second filter 6 input signal and the first differentiator 7 input signal

0 выбираютс так, что сигнал на выходе дифференциатора 7 совпадает по фазе и амплитуде с сигналом с выхода дифференциатора 10. Далее сигнал с выхода регул тора 15 поступает на вход0 is chosen so that the signal at the output of the differentiator 7 coincides in phase and amplitude with the signal from the output of the differentiator 10. Next, the signal from the output of the regulator 15 is fed to the input

5 исполнительного элемента и последовательно на вход исполнительного устройства 17. В зависимости от пол рности входной сигнал открывает одну из двух групп исполнительного5 of the actuator and sequentially to the input of the actuator 17. Depending on the polarity, the input signal opens one of two groups of the actuator

0 устройства 17. Измен етс ток в0 devices 17. Current changes in

корной цепи. Двигатель начинает измен ть исходную скорость вращени . Информаци о скорости снимаетс с тахогенератора 19 и через третийroot chain. The engine begins to change the initial rotational speed. The speed information is taken from the tachogenerator 19 and through the third

5 фильтр 20 поступает одновременно на элемент 4 сравнени и дифференциатор 10. В случае, когда коэффициент передачи объекта равен заданному , за счет равенства сигналов с5, the filter 20 is supplied simultaneously to the comparison element 4 and the differentiator 10. In the case when the object transfer coefficient is equal to the specified one, due to the equality of signals with

0 выхода дифференциаторов 7 и 10 обеспечиваетс равенство нулю сигнала с выхода элемента 12 сравнени , а следовательно , обеспечиваетс равенство сигналов с выходов дифференциатора 10 и фильтра 14. При этом коэффициент передачи регул тора, определ емый как отношение этих сигналов, равен единице.The outputs of differentiators 7 and 10 ensure that the signal from the output of the comparison element 12 is equal to zero, and therefore, the signals from the outputs of differentiator 10 and filter 14 are equal. At the same time, the controller's transmission coefficient, defined as the ratio of these signals, is equal to one.

При равенстве сигналов управлени на входе самонастраивающегос регул тора 1 и выходе фильтра 20 скорости разгон двигател 18 прекращаетс . Система находитс в новом установившемс состо нии.With equal control signals at the input of the self-tuning regulator 1 and the output of the speed filter 20, the acceleration of the engine 18 is stopped. The system is in a new steady state.

В случае, когда коэффициент передачи объекта отличаетс от заданного в п раз из-за неравенства коэффициентов передачи подсистемы из элементов 17-20 и 10 и фильтра 14, сигнал с выхода дифференциатора 10In the case when the transfer coefficient of the object differs from the specified one by n times due to the inequality of the transfer coefficients of the subsystem of elements 17-20 and 10 and filter 14, the signal from the output of the differentiator 10

° в п раз- меньше требуемого. При этом коэффициент передачи регул тора определ етс из следующего отношени :.° in n less than the required. In this case, the controller transmission coefficient is determined from the following relationship:.

K(t,; z((t,)-2:(t,HrK (t ,; z ((t,) - 2: (t, Hr

сигнал на выходе фильтра 14 в момент t ; 2д сигнал на выходе первого дифференциатора 7 входного сигнала в момент , Z - сигнал на выходе второго дифференциатора 10 выходного сигнала в момент 3 - начальные смещени на элементах 12 сравнени . Пусть в момент t -, на вход привод поступает сигнал управлени . Тогда K(t)l, так как он определ етс то ко начальными смещени ми . Дл справедливо K(-fcx+ момента + ±, Увеличение настраиваемого коэффи циента приводит к пропорциональному увеличению сигналов j и z на вы ходах фильтров 14 и 6. Процесс само настройки продолжаетс до величины К-п , при этом iCt) 1 Данное состо 1гае привода устойчиво, так ка при K(t)vi происходит увеличение сигнала ошибки рассогласовани относительно заданной траектории и самонастройка происходит в сторону увеличени коэффициента передачи привода . При K(t)n имеем уменьшение сигнала ошибки рассогласовани относительно заданной траектории и самонастройка происходит в сторону умень шени коэффициента передачи привода При скачкообразном изменении нагрузки привод отрабатывает возмущение по моменту статических сопротивлений следующим образом. На выходе дифференциатора 10 по в л етс сигнал 7 (t и поступает одновременно на второй вход делител 8 непосредственно и через элемент 12 сравнени и сумматор 16 - на второй вход умножител 13. На выходе элемента 4 сравнени по вл етс сигнал ошибки рассогласовани , который последовательно преобразуетс через делитель 8 и умножитель 13 с коэффициентом передачи,равным единице. Сигнал с выхода дифференциатора 9 равен нулю. С выхода умножител 13 сигнал поступает одновременно на входы фильтра 14 и регул тора 15. Затем преобразуетс в регул торе 15 и поступает на вход одной из групп исполнительного устройства 17. Ток в корной цепи начинает изме н тьс с целью компенсировать приложенную к двигателю 18 нагрузку. Информаци о скорости двигател с тахогенератора 19 через фильтр скорости 20 поступает в элемент 4 срав- 86 нени и дифференциатор 10. Одновременно сигнал с выхода ф пьтра 14 приводит к увепиче п1Ю коэф 1«циента передачи регул тора. При этом увеличиваетс сигнал с выхода регул тора 15. Ток в корной цепи возрастает. Скорость восстанавливаетс до заданной . За счет увеличени коэффициента передачи самонастраивакицегос регул тора 1 происходит быстра компенсаци момента по нагрузке и восстановление заданной скорости двигател 18. При уменьшении сигнала рассогласовани с выхода элемента 4 сравнени величина сигнала с выхода умножител 13 также уменьшаетс . Последовательно уменьшаетс сигнал с выхода фильтра 14. В установившемс состо нии Коэффициент передачи самонастраивающегос регул тора 1 равен единице. Система движетс с заданной скоростью . Сигнал задани на ток с выхода самонастраивающегос регул тора 1 пропорционален новой величине нагрузки на двигатель 18. Быстродействие контура регулировани определ етс уровнем и частотой переменной составл ющей в сигнале скорости. В предлагаемом регул торе низкочастотна переменна составл юща в полезном сигнале обратной св зи по скорости не вли ет на коэффициент передачи регул тора. С выхода дифференциатора 10 выходного сигнала низкочастотна переменна составл юща поступает на второй вход делител 8 и одновременно через элемент 12 сравнени и сумматор 16 на второй вход умножител 13. Таким образом, в установившемс режиме коэффициент передачи регул тора равен единице и не содержит низкочастотной составл ющей . Технико-экономические расчеты показывают, что модернизаци электропривода одного копировально-фрезерного станка позвол ет увеличить производительность станка более,чем на 15%, что дает годовой экономический эффект около 9,3 тыс.руб. на один станок. Техникб-экономический эффект от внедрени предлагаемого изобретени обусловлен улучшением технологических режимов и повьшгением производительности оборудовани в результате повьшгени быстродействи системы электропривода. the signal at the output of the filter 14 at time t; The 2d signal at the output of the first differentiator 7 of the input signal at the time, Z is the signal at the output of the second differentiator 10 of the output signal at the moment 3 - initial displacements on the comparison elements 12. Let at the moment t -, the drive receives a control signal. Then K (t) l, since it is determined then to the initial displacements. For true K (-fcx + moment + ±, Increasing the tunable coefficient leads to a proportional increase in signals j and z at the outputs of filters 14 and 6. The process of tuning itself continues to the value of Kp, while iCt) 1 This drive state is stable , as at K (t) vi an increase in the error error signal with respect to a given trajectory occurs and self-tuning occurs in the direction of increasing the drive transmission coefficient. At K (t) n, we have a decrease in the error error signal with respect to a given trajectory and self-tuning occurs in the direction of a decrease in the drive transmission coefficient. With an abrupt change in load, the drive works out the disturbance due to the moment of static resistance as follows. Signal 7 is output at the output of differentiator 10 (t and goes simultaneously to the second input of the divider 8 directly and through the comparison element 12 and the adder 16 to the second input of the multiplier 13. At the output of the comparison element 4, the error error signal appears converted by divider 8 and multiplier 13. The gain is 1. The signal from the output of differentiator 9 is zero. From the output of multiplier 13, the signal goes to the inputs of filter 14 and controller 15 simultaneously. Then it is converted to controller 15 and It comes to the input of one of the groups of the actuator 17. The current in the crustal circuit begins to change in order to compensate for the load applied to the motor 18. Information about the motor speed from the tachogenerator 19 through the speed filter 20 enters the comparison element 4 and the differentiator 10. At the same time, the signal from the output of the phantra 14 leads to an increase in the transfer ratio of the regulator's transmission factor. This increases the signal from the output of the regulator 15. The current in the core circuit increases. The speed is restored to the set point. By increasing the transmission coefficient of the self-tuning controller 1, the torque is quickly compensated for the load and the set speed of the engine 18 is restored. When the error signal from the output of the comparison element 4 decreases, the signal from the output of the multiplier 13 also decreases. The signal from the output of the filter 14 is successively reduced. In the steady state, the transfer coefficient of the self-tuning controller 1 is equal to one. The system moves at a given speed. The signal set to the current from the output of the self-tuning controller 1 is proportional to the new load on the motor 18. The speed of the control loop is determined by the level and frequency of the variable component in the speed signal. In the proposed controller, the low frequency variable component in the useful speed feedback signal does not affect the gain of the controller. From the output of the differentiator 10 of the output signal, the low-frequency variable component arrives at the second input of the divider 8 and at the same time through the comparison element 12 and the adder 16 to the second input of the multiplier 13. Thus, in the steady state, the controller gain is equal to one and does not contain a low-frequency component. Technical and economic calculations show that the modernization of the electric drive of one copying and milling machine makes it possible to increase the productivity of the machine by more than 15%, which gives an annual economic effect of about 9.3 thousand rubles. on one machine. The techno-economic effect from the introduction of the proposed invention is due to the improvement of the technological regimes and the lowering of the equipment performance as a result of the increased speed of the electric drive system.

Предлагаемое устройство рассчитано на работу в системах регулировани скорости с переменными параметрами объекта управлени , например в услови х , когда коэффициент передачи объекта или маховый момент привода непосто нны. Автоматическа настройка регул тора позвол ет повысить производительность и улучшить качество продукции.,The proposed device is designed for operation in speed control systems with variable parameters of the control object, for example, under conditions when the object's transfer coefficient or the actuating swing moment is not constant. Automatic adjustment of the controller allows to increase productivity and improve product quality.

Claims

1. Patent of Germany No. 1815964, cl. Q 05 13/00, published 1972.

2. USSR author's certificate in application number 2660110/07,. cl. Q 05 13/02, 1979 (prototype).