SU920652A1

SU920652A1 - System for regulating dc drive speed

Info

Publication number: SU920652A1
Application number: SU802943121A
Authority: SU
Inventors: Евгений Алексеевич Смирнов; Геннадий Юлиянович Лапенис; Михаил Моисеевич Семов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4152
Priority date: 1980-06-19
Filing date: 1980-06-19
Publication date: 1982-04-15

Description

(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА(54) CONTROL SYSTEM OF SPEED OF DC ELECTRIC DRIVE

Изобретение относитс к системам автоматического управлени , а именно к управлению электроприводом посто нного тока, и предназначено дл инерционных механизмов, имеющих жесткие ограничени на весогабаритные характеристики, делающие невозможной установку тахогенератора.The invention relates to automatic control systems, namely to control of a direct current electric drive, and is intended for inertial mechanisms having strict limitations on the weight and size characteristics that make it impossible to install a tachogenerator.

Известен электропривод, содер«жащий последовательно соединенные датчик скорости, усилитель, двигатель посто нного тока с приводным механизмом и обеспечивающий получение нескольких фиксированных рабочих скоростей. В этом приводе скорость вращени двигател регулируетс изменением напр жени питани обмотки кор . При широком диапазоне регулировани скорости вращени нижний предел скорости ограничен величиной зоны нечувствительности двигател . При приближении к нижнему пределу скорости погрешность, вносима зоной нечувствительности, возрастает , достига величины 100% от текущего значени скорости и выше 1 .A motor drive is known that contains a speed sensor connected in series, an amplifier, a direct current motor with a drive mechanism and providing several fixed operating speeds. In this drive, the rotational speed of the motor is controlled by varying the supply voltage of the core winding. With a wide range of rotational speed control, the lower speed limit is limited by the size of the engine dead zone. When approaching the lower speed limit, the error introduced by the dead zone increases, reaching a value of 100% of the current speed value and above 1.

Недостатками этого привода вл етс небольшой диапазон и низка точность регулировани рабочей скорости , обусловленные отсутствием обратной св зи по скорости.The disadvantages of this drive are the small range and low accuracy of adjusting the operating speed due to the lack of speed feedback.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению вл етс система , содержаща последовательно соединенные задатчик скорости, сум матор и усилитель, а также мостовую схему с обмоткой кор двигател в одном из плеч, диагональ питани коID торой соединена с выходом усилител , а измерительна диагональ - со вторым .ВХОДОМ сумматора. В системе с помощью мостовой схемы, в одно из плеч которой включена обмотка кор The closest in technical essence to the invention is a system comprising a serially connected speed controller, a summator and an amplifier, as well as a bridge circuit with a motor core winding in one of the arms, a power diagonal which is connected to the amplifier output, and the measuring diagonal is connected to the second INPUT ADD. In the system with the help of a bridge circuit, in one of the arms of which is included the winding of the core

15 двигател , выдел етс ЭДС, индуцируема во вращающемс коре двигател , пропорциональна скорости вращени . Ток кор двигател независимого возбуждени определ етс с помо20 щью следующего выражени 15, the motor emits an emf induced in the rotating motor cortex proportional to the speed of rotation. The current of the motor core independent excitation is determined by the following expression

25 где Uq - напр жение питани кор 25 where Uq - power supply voltage

двигател ; п - скорость вращени кор engine; n is the speed of rotation of the core

двигател ;engine;

RQ - сопротивление обмотки ко30р двигател ;RQ is the winding resistance of the engine;

; с - коэффициент пропорциональ:НОСТИ .; с - coefficient proportional to: FEST.

Мостовую схему балансируют при заторможенном коре, тогда при вращении кор на измерительной диагона1ЛИ мостовой схемы по вл етс напр жение , пропорциональное скорости зращени , которсэе используетс в качестве сигнала обратной св зи по ско:рОСТИ ,The bridge circuit is balanced when the cortex is inhibited, then when the core rotates on the measuring diagonal of the bridge circuit, a voltage appears that is proportional to the speed of growth, which is used as a feedback signal:

Вследствие того, что напр жение ;Питаки кор двигател и ЭДС, про;порциональна скорости его вращени ;(слагаемое сп.в приведе.шом выше вы ражении ), имеют разные знаки, возникает опасность, что при разбалан:сировке мостовой схемы, вызванной изменени ми параметров ее элементов под действием внешних возмущений, может возникнуть положительна об;ратна св зь по напр жению питани , что приведет к возникновению автоколебаний системы. Вследствие этого, во-первых глубина обратной св зи по .скорости не может быть достаточно большой, а во-вторых балансировка моста не может быть сделана полной , так как должен быть обеспечен запас устойчивости с учетом изменени параметров составл ющих мостовую схему элементов. Поэтому не может быть обеспечена высока точност регулировани скорости, а также, вследствие невозможности точной балансировки моста, невозможно обеспечить введение обратной св зи при . малых скорост х вращени двигател , так как сигнал обратной св зи по вл етс только начина с некоторой величины скорости вращени ,- после компенсации сигнала небалансаC J, Недостатком известной системы вл етс низка точность регулировани рабочей скорости, особенно на нижнем пределе регулируемой скорости . Кроме того, в известной системе -наличие дополнительного резистора в цепи кор двигател приводи к увеличению потерь и к дополнительному нагреву системы. Due to the fact that the voltage; Pitaki, the motor core and the EMF, are proportional to the speed of its rotation; (the term ad in the above expression) has different signs, there is a danger that when unbalanced: Because of the parameters of its elements under the action of external disturbances, positive feedback may occur due to the supply voltage, which will lead to the emergence of self-oscillations of the system. As a result, firstly, the depth of feedback for speed cannot be sufficiently large, and secondly, the balancing of the bridge cannot be made complete, since a margin of stability must be ensured with regard to changes in the parameters of the components constituting the bridge circuit. Therefore, it is not possible to ensure high accuracy of the speed control, and also, due to the impossibility of accurate balancing of the bridge, it is impossible to ensure the introduction of feedback when. low rotational speeds of the engine, since the feedback signal appears only starting from a certain amount of rotational speed, after compensation of the unbalance signal CJ. A disadvantage of the known system is the low control accuracy of the operating speed, especially at the lower limit of the regulated speed. In addition, in a known system, the presence of an additional resistor in the motor core circuit leads to an increase in losses and to additional heating of the system.

Целью изобретени вл етс повышние точности системы без уменьшени диапазона скоростей.The aim of the invention is to improve the accuracy of the system without reducing the speed range.

Поставленна цель достигаетс тем, что в систему, содержащую дви ,гатель посто нного тока, кинематически св занный с приводным механи.змом ,,и последовательно соединенные задатчик скорости, первый сумматор и усилитель, введены первый ключ, несимметричный мультивибратор и последовательно соединенные второй сумматор, второй ключ, интегратор и инвертирующий усилитель, йричем выход, усилител через первый ключ св зан со входом двигател посто нного тока и первым входом второго сумматора, выход инвертирующего усилител соединен со вторыми входами первого и второго сумматоров, а управл ющие входы первого и. второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами несимметричного мультивибратора.The goal is achieved by the fact that a first key, an asymmetrical multivibrator and a series-connected second adder, are introduced into the system containing a dvigatelator, a kinematically connected with a drive mechanism, and a serially connected unit of speed, the first adder and amplifier, the second switch, the integrator and the inverting amplifier, the iric output, the amplifier through the first switch connected to the input of the DC motor and the first input of the second adder, the output of the inverting amplifier is connected to the second and first and second inputs of the adders, and the control inputs of the first and. The second keys are connected respectively with the first and second outputs of the asymmetrical multivibrator.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы.The drawing shows a block diagram of the proposed system.

На чертеже задатчик 1 скорости соединен с первым входом первого сумматора 2, выход которого соедине со входом усилител 3, выход которого через, первый ключ 4 св зан со входом двигател 5 посто нного тока, с валом которого соединен приводной механиз.л 6. При этом вход двигател 5 соединен с первым входом второго сумматора 7, выход которого через второй ключ 8 св зан со входом интегратора 9, выход которого соедине со входом инвертирующего усилител 10, к выходу которого подключены вторые вхо.ды сумматоров 2 и 7. Первый и второй выходы несимметричного мультивибратора 11 соединены соотвественно с управл ющими входами ключей 4 и 8,In the drawing, the setpoint 1 speed is connected to the first input of the first adder 2, the output of which is connected to the input of the amplifier 3, the output of which through, the first key 4 is connected to the input of the DC motor 5, to the shaft of which is connected a drive mechanism 6. At that the motor input 5 is connected to the first input of the second adder 7, the output of which through the second switch 8 is connected to the input of the integrator 9, the output of which is connected to the input of the inverting amplifier 10, the output of which is connected to the second inputs of the adders 2 and 7. The first and second outputs asymmetrical second multivibrator 11 are connected respectively with the control key inputs 4 and 8,

Принцип работы системы заключаетс в следующем. .The principle of operation of the system is as follows. .

Напр жение сигнала задатчика 1 скорости поступает на первый вход сумматора 2, на - второй вход которого поступает напр жение с выхода инвертирующего усилител 10. В первый момент после пуска напр жени н выходе инвертирующего усилител 10 равно нулю, поэтому на выходе сумматора 2 напр жение равно напр жению сигнала задатчика 1 скорости. Это напр жение поступает на вход усилител 3, с выхода которого идет на вход ключа 4. Когда мультивибратор 11 замыкает ключ 4, напр жение с выхода усилител 3 поступает на вход двигател 5 посто нного тока, который начинает вращатьс вместе с механизмом 6. Одновременно напр жение с выхода усилител 3 через замкнутый ключ 4 прикладываетс к первому входу сумматора 7, но поскольку ключ 8 в эту часть периода колебаний мультивибратора 11 оказываетс разомкнутым, то напр жение с выхода сумматора 7 не достигает входа интегратора 9 и не запоминаетс на нем. Далее мультивибратор 11 переключаетс , при этом ключ 4 размыкаетс , а ключ 8 - замыкаетс . Вследствие этого двигатель 5 отключаетс от выхода усилител 3, но по действием кинематической энергии вращающихс масс механизма 6 продолжает вращатьс , вследствие чего, поскольку обмотка возбуждени двигател 5 остаетс подключенной к сети, он переходит в генераторный режим и на входе двигател 5 по вл етс напр жение, пропорциональное.скороети его вращени , которое поступает на первый вход сумматора 7, а с его выхода через замкнутый в эту часть периода работы мультивибратора 11 ключ 8 - на вход интегратора 9. На выходе интегратора 9 по вл етс возрастающее напр жение,- которое через инвертирующий усилитель 10 поступает на второй вход сумматора 7, вычита сь в нем из напр жени , пропорционального скорости вращени двигател 5. На входе интегратора 9 напр жение будет существовать до тех пор, пок либо разомкнетс ключ 8, что произойдет при очередном переключении мультивибратора И, либо разностное напр жение на выходе сумматора 7 не станет равным нулю, что говорит о том, что напр жение на выходе инвертирующего усилител 10 достигло величины напр жени , генерируемого двигателем 5. После переключени мультивибратора 11, когда ключ 4 замкнут, а ключ 8 разомкнут, двигатель 5 снова переходит в двигательный режим работы, -а напр жение, заполненное в интеграторе 9, поступает на вход сумматора 2 в качестве сигнала обратной св зи по скорости. Если напр жение на выходе инвертирующего усилител 10 не достигает величины напр жени , вырабатываемого двигателем 5 в генераторном режиме работы, за один период колебаний мультивибратора 11, то оно достигает этой величины за два или несколько периодов. Длительность генераторного режима работы двигател 5 на пор док меньше длительности двигательного режима, поэтому мощность на валу двигател 5 уменьшитс незначительно . При практической аппаратурной реализации системы ключи 4 и 8 могут быть выполнены как в контактном исполнении - в виде контактных групп электромагнитных реле, так и , в бесконтактном исполнении - в виде полупроводниковых, или оптоэлектронных ключей, причем если место включени ключа 8 строго определено и имеет принципиальное значение дл работы системы, то ключ 4 быть включен и перед усилителем 3 (толькоThe voltage of the speed setpoint 1 signal is fed to the first input of the adder 2, the second input of which receives the voltage from the output of the inverting amplifier 10. At the first moment after starting the voltage and the output of the inverting amplifier 10 is zero, therefore the output of the adder 2 is equal to the voltage of the setpoint adjuster 1 speed. This voltage is fed to the input of amplifier 3, from the output of which goes to the input of key 4. When multivibrator 11 closes key 4, the voltage from the output of amplifier 3 enters the input of DC motor 5, which begins to rotate with mechanism 6. At the same time The output from the amplifier 3 through the closed key 4 is applied to the first input of the adder 7, but since the key 8 in this part of the oscillation period of the multivibrator 11 is open, the voltage from the output of the adder 7 does not reach the input of the integrator 9 and is not remembered it. Next, the multivibrator 11 is switched, while the key 4 is opened, and the key 8 is closed. As a result, the motor 5 is disconnected from the output of the amplifier 3, but due to the kinematic energy of the rotating masses of the mechanism 6 continues to rotate, as a result of which the excitation winding of the engine 5 remains connected to the network, it goes into generator mode and a voltage appears at the input of the engine 5 proportional to the speed of its rotation, which is fed to the first input of the adder 7, and from its output through the key 8 closed in this part of the period of operation of the multivibrator 11 - to the input of the integrator 9. At the output of the integrator 9 increasing voltage, which through inverting amplifier 10 is fed to the second input of adder 7, subtracted from the voltage proportional to the speed of rotation of the motor 5. At the input of the integrator 9, the voltage will exist until either key 8 is turned off what happens at the next switching of the multivibrator I, or the differential voltage at the output of the adder 7 will not become zero, which means that the voltage at the output of the inverting amplifier 10 has reached the voltage generated by the motor 5. After switching over the multivibrator 11, when the key 4 is closed and the key 8 is open, the engine 5 again goes into motorized mode of operation, and the voltage filled in the integrator 9 is fed to the input of the adder 2 as a speed feedback signal . If the voltage at the output of the inverting amplifier 10 does not reach the voltage generated by the motor 5 in the generator mode of operation for one oscillation period of the multivibrator 11, then it reaches this value in two or several periods. The duration of the generator mode of operation of the engine 5 is an order of magnitude shorter than the duration of the motor mode, therefore the power at the shaft of the engine 5 will decrease slightly. In practical hardware implementation of the system, keys 4 and 8 can be made either in the contact version - in the form of contact groups of electromagnetic relays, and in a contactless version - in the form of semiconductor or optoelectronic keys, and if the place of switching on the key 8 is strictly defined and has value for system operation, then key 4 be turned on and in front of amplifier 3 (only

в том случае, если усилитель 3 не имеет достаточного напр жени на выходе ) .in the event that amplifier 3 does not have sufficient output voltage).

Таким образом, предлагаема система обеспечивает получение высокой точности регулировани величины рабочей скорости в св зи с тем, что обратна св зь по скорости может быть сделана любой требуемой величины , так как изменение параметров источника сигнала обратной св зи по скорости в широких пределах не витс причиной потери системой устойчивости .Thus, the proposed system provides high accuracy of adjusting the magnitude of the operating speed due to the fact that feedback in speed can be made of any desired value, since changing the parameters of the source of the feedback signal in speed over a wide range does not cause loss stability system.

Claims

1. Stepanov Yu.G. and others. The following electric drive of ship radars. L., Shipbuilding, 1973, p. 38, fig. 17

2. Basics of an automated electric drive, M. / Energie, 1974, p. 242-245, 272, fig. 5-14, 5-16 (prototype).