Самонастраивающаяся система управления

Самонастраивающаяся система управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ COBETCHHX

РЕСПУБЛИК

«ю «и

3(5g G 05 В 13 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ 21! 3496508/24 (22) 04.10.82

46) 07.02.84. Бюл. В 5 (72) ФЪ.A.Fîðöîâ и В.В.Второв

O1) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина1 (531 б2-50(088.81 (5б) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3228588/18-24, кл. G 05 В 13/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

В 851339, кл. 0 05 В 13/00, 1979 (прототип1. (54) (57) САИОНАСТРАИВАПЩАЯСЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ, содеркащая последовательно соединенные эадатчик скорости, первый су еаатор, регулятор, усилитель мощности и электродвигатель, соединенный с входами датчика скорОсти идатчика тока, последовательно соединенные второй сумматор и блок умножения, последовательно соединенные третий сумматор, первый интегратор, четвертый сумматор и второй интегратор, подключенный выходом к первому .входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, второй вход регулятора подключен к выходу третьего интегратора и к второму входу блока умнокения, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора н с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен..к первому входу третьего сумматора, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения инвариантностн точности, быстродействия и запасов устойчивости самонастраиваиаейся системы от величины тока электродвигателя, она содеркит релейный элемент, вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, а выход - к второму входу Е третьего сумматора, а такие последовательнс соединейные пятый сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего сумматора и блока умнокення и блок деления, подключенный выходом Я к входу третьего интегратора, а вторым входом - к выходу второго сумматора и к третьему входу третьего сумматора.

1071997

65 и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего сумматора и блока умножения, и блок деления, подклоченный выходом к входу третьего интегратора, а вторым входом - к выходу второго сумматора и к третьему входу третьего сумматора.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема самонастраивающейся системы управления, на фиг. 2принципиальная схема примера конкретного выполнения системы.

Предлагаемая система содержит задатчик 1 скорости, первый сумматор 2, регулятор 3, усилитель 4 мощно сти, электродвигатель 5, датчик 6 скорости, датчик 7 тока, второй сумматор 8, блок 9 умножения, третий сумматор 10, блок 11 деления, первый интегратор 12, четвертый сумматор 13 второй интегратор 14, пятый сумматор

15, третий интегратор 16, операционный усилитель 17, ограничительный элемент 18 и релейный элемент 19.

Основной контур регулирования образован блоками 1-6. Блоки 7-18 образуют устройство идентификации коэффициента передачи ток-скорость электродвигателя. Оценка этого коэффицента, вырабатываемая интегратором

16, подается на управляющий вход регулятора 3„ перестраивая его коэффициент усиления, благодаря чему обеспечивается постоянство козФфициента усиления основного контура, а, .следовательно, и стабилизация его динамических свойств.

B устройстве идентификации блоки

7, 8 и 10, 12,13, 14,17,18 служат для получения оценки производной скорости двигателя. При этом интегра тор 12 является моделью механической части двигателя, вследствие чего на выходе сумматора 13 вырабатывается сигнал, пропорциональный ошибке между истинным значением скорости двигателя, снимаемым с выхода датчика 6 скорости,. и оцененным значением снимаемым с выхода интегратора 12.

Таким образом, сумматор 10 вырабатывает оценку производной скорости.

Сходимость вырабатываемых оценок, переменных к их истинным значениям, достигается благодаря введению новых блоков 17 к 18, реализующих в идеале знаковую (релейную) функцию ошибки, так что с течением времени ошибка (выход сумматора 13) стремится к нулю. Важным для правильного функционирования устройства идентификации является наличие интегратора 14, вырабатывающего оценку тоха нагрузки, вследствие чего сигнал на выходе сумматора 8 служит оценкой динамического тока, т.е. той же переменной, которая реально действует на входе двигателя. Наличие информации о динамическом токе и о производной скорости двигателя упрощает исходную задачу, сводя ее к задаче идентификации нестационарного коэфФициента передачи безынерционного звена по его входному и выходному сигналам. Решение этой задачи обеспечивается совместной работой блоков 9, 16 и вновь sseденных блоков 15 и 11.

В соответствии с принципиальной схемой (фиг. 2) зядатчик 1 может быть реализован, например, s виде потенциометра, сумматор 2 и регу15 лятор 3 — на одном операционном усилителе, например на интегральной микросхеме К553УД1В, причем управление регулятором (изменение его коэффициента передачи обратно пропорционально сигналу оценки коэффициента передачи двигателя) наиболее просто может быть осуществлено применением полевого транзистора, например типа КТ901. Сумматоры 8, 25 10, 13 и 15, усилитель 17 И интеграторы 12, 14 и 16 могут быть выполнены на операционных усилителях

К553УД1В, слок 9 умножения и блок

11 деления (реализуемый наиболее просто s виде операционного усилителя с блоком умножения в цепи обратной связи) — например иа прецизионных интегральных микросхемах аналоговых перемножителей 525РС1, нелинейный элемент 18 - в виде двух встречно включенных стабилитронов.

Самонастраиваляая система управления работает следующим образом.

Эадатчик 1 вырабатывает задающий сигнал, который через оуьееатор 2, регулятор 3 и усилитель 4 мощности, передается на двигатель 5, развивающий скорость вращения, соответствующую задающему сигналу. указанное соответствие обеспечивается совместным

45 действием регулятора 3 и главной отрицательной обратной связи с выхода датчика б скорости иа вход суммато- ра 2. Настроечные параметры регулятора 3 выбраны таким образом, что

50 при номинальном приведеяиом моменте инерции двигателя 5 и номинальном потоке возбуждения динамические свойства системы (быстродействие и динамические ошибки по управлению и возмущению) удовлетворяют техническим требованиям и считаются

:оптимальными.

Предложим, что момент кагрузки двигателя постоянен, а коэффициент передачи уменьшился, например вслед ствие увеличения приведенного момента инерции. В этом случае во время переходного процесса, например Tt0 управлению (западающий сигнал увеличился), выходной сигнал датчика

1071997

7 тока, проходя через блоки 8, 10 и 14, вызовет увеличение выходного сигнала интегратора 12, который вычитается н сумматоре 13 иэ сигнала датчика скорости, и на выходе сумматора 13 появится отрицательный сигнал ошибки. Вследствие этого на выходе масштабного усилителя 17 появится постоянный отрицательный сигнал, значение которого определяется параметрами нелинейного элемента 18, Этот сигнал, складываясь н сумматоре 10 с выходным сигналом сумматора 13, будет уменьшать выход- ной сигнал интегратора 12 до тех пор, пока он не сравняется со значе- (5 нием сигнала датчика скорости. Как только напряжение ошибки на выходе сумматора 13 станет равным нулю, контур образованный блоками 10, 12, 13 и 17, начнет работать с скользя- 7О щем режиме (реальное скольжение с конечной частотой переключения, обусловленной неидеальностью элемейтов), поддерживая ошибку близкой к нулю благодаря тому, что блок 17, охва- 25 ченный обратной связью 18, имеет н нулевой точке большой (теоретически бесконечный ) коэффициент усиления. Устойчивость скользящего режима обеспечивается наличием отрица,тельной связи между выходом сумматора 13 и вторым входом сумматора 10.

Таким образом, выходной сигнал интегратора 12 асимптотически стремится к значению, пропорциональному скорости двигателя, вследствие чего выходной сигнал сумматора 10 будет стремиться к значению, пропорцио.нальному производной скорости.

Описанные рассуждения верны при услонии, что отрицательный сигнал на выходе интегратора 14 пропорционален току нагрузки. Предположим теперь, что нагрузка изменилась, например, момент нагрузки увеличился. Вследствие этого в первый момент напряжение на выходе датчика б скорости уменьшится, и на выходе сумматора 13 появится отрицательный сигнал ошибки, вследствие чего абсо- 5О лютное значение отрицательного сигнала на выходе интегратора 16 возрастет, стремясь достичь значения тока нагрузки. Тем не менее, н силу инерционности интегратора 14 55 иа появление сигнала ошибки раньше отреагируют контур, составленный из блоков 10, 12 и 13, и контур, образованный блоками 10, 12, 13 и 17.

Ири этом на выходе усилителя 17 6О появится постоянный отрицательный сигнал. В результате ошибка на выходе блока 13 снова устремится к нулю и затем изменит знак, иэ-за чего выходной сигнал блока 14

65 будет стремиться уменьшиться, Однако новое переключение знака сигнала блока 17 и совместное дейстние указанных контуров заставят ошибку снова уменьшаться, а выходной сигнал интегратора 14 — увеличиваться и т.д.

Таким образом, контур образованный блоками 10, 12s 13 и 17, Т1о-прежнему, будет работать в скользяшем режиме, с той, однако, разницей, что среднее значение сигнала на выходе сумматора 13 будет иметь дополнительную отрицательную составляющую, наличие которой обуслонлено несоответствием между значением выходного сигнала интегратора 14 и фактическим током нагрузки. Действие этой составляющей принедет в итоге к увеличению вьходного сигнала интегратора 14 до значения, пропорционального новому значению тока нагрузки., Т аким образ ом, н а выходе сумматора Si вырабатывается оценка динамического тока двигателя. В блоке 9 умножения она умножается на выходной сигнал интегратора 16, представляющий собой оценку коэффициента передачи двигателя. Далее в сумматоре

15 результат вычитается нз сигнала оценки производной скорости нраще ния. Такакак, по сделанному предложению коэффициент передачи днигателя уменьшился, а значение его оценки осталось прежним, то на выходе сумматора 15 появится отрицательный сигнал ошибки, который, проходя через блок пеления 11. где он делится на оценку дннамического тока, поступает на вход интегратора 16, уменьшая его выходной сигнал до тех пор, пока ошибка не станет равна нулю. В этом случае, очевидно, значение сигнала на выходе интегратора.16 будет точно соответствовать нов му значению коэффициента переда чи двигателя. Этот сигнал, поступая на второй (управляющий7 вход регулятора 3, увеличит его коэффициент передачи, в результате чего коэффициент передачи основного контура регулирования (скорости вращения электродвигателя) остается неизменным.

8 предлагаемой системе исключено влияние значения тока двигателя на скорость самонастройки благодаря последовательному включению блока 9 умножения и блока 11 деления н- контуре, образованном блоками 9, 15, 11 и 16.

Технико-экономические показатели системы приводятся н сраннении с базовым объекторм, в качестве которого принята типовая промышленная система управления электроприводом с днухзониым регулированием скорости вращения..

1071997

Предлагаемая система при 8-кратном изменении коэффицинта передачи двигателя обеспечивает повыаение точности стабилизации скорости в

5,3 раза, что позволяет получить более высокую чистоту обработки дета- 5 лей. Однако главное состоит в тем, что при уменьшении коэффициента передачи двигателя более чем в 5 раз резко уменьшается запас устойчивости

cHcTeMbl (например, для широко рас- 10 пространенной настройки на симметричный оптимум - с 37 до 13 и менее), что приводит к появлению в системе недопустимых колебаний. Это заставляет снижать быстродействие 5 системы, отводя от рекомендованных для стационарной система настроек,,что приводит к дополнительному снижению точности по сравнению с предлагаемой системой.

В наибольшей степени параметрическая нестационариость в контуре регулирования скорости оказывает влияние на процессы по управлению.

Если в приводе главного движения станков эти процессы играют второстепенную роль, то в приводах рабочих органов роботов или моталок прокатных станов они являются определяюшими. для рекомендуемого типа настройки уже при 4-кратном уменьшении потока двигателя время регулирования возрастает в 11 pas а для настройки на снэеюетричный оптимумболее чем в 30 раз, что приводит к существенному снижению производительности оборудования.

1071997

Составитель 8. Нефедов

Редактор Н. Егорова ТехредМ.Гергель Корректор Г. Решетник

«»«» ««»»

Заказ 123/39 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4