Позиционный электропривод постоянного тока

Позиционный электропривод постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПйЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержсшшй электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого подключена к управляемому преобразователю, с последовательно соединенными задатчи- - ком и регулятором положения, задатчиком интенсивности, регуляторами част.оты вращения и тока в его цепи управления, а также функциональный преобразователь с квгц ратичной эгшисимостыо выходного напряжения от входного, выхсщ которого подключен к входу регулятора положения, при этом входы регуляторов соеди нены соответственно с датчиками положения, частоты вращения и тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности остановки электродвигателя в конце отработки задания и увеличения быстродействия электроприрода, регулятор положения выполнен в виде сумматора с релейной характеристикой, входы которого сл соединены дополнительно с выходами датчиков частоты вращения и тока, а вход функционального преобразователя соединен с выходом задатчика интенсивности. ю ю ю со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИН

ЗСМ) Н 02 P 5

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО. ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧМ ЫТИЙ (21} 3361894/24-07 (22) 01 ° 12.81 (4 6) 07 ° 02.84 .Бюл. 9 5 (72) И.B.Ñóêîâàòèí, П.M.Pó÷êèí и Б.Н.Минеев (71) Нижнетагильский металлургичес с кий комбинат им. В.И.Ленина (53) 621 ° 314.5(088 ° 8) (56) 1. Гарнов В.П., Рабинович В.:В., Вишневецкий Л.М. Унифицирование системы автоуправления электроприводом в металлургии. М, Машиностроение

1971, с 161-164

2. Лебедев Е.Д. и др. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. M. . Энергия, 1970> с. 83-90, (54)(57) ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ПОСТОЯННОГО ТОКА содержащий электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого подключена К управляемому преобразователю, с последовательно соединенными задатчи„.SU„„3 072223 А ком и регулятором положения, задатчиком интенсивности, регуляторами частоты вращения и тока в его цепи управлений, а также функциональный преобразователь с квадратичной зависимостью выходного напряжения от входного, выход которого подключен к входу регулятора положения, при этом входы регуляторов соединены соответственно с датчиками положения, частоты вращения и тока, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности остановки электродвигателя в конце отработки задания и увеличения быстродействия электропривода, регулятор положения выполнен в виде сумматора с релейной характеристикой, входы которого соединены дополнительно с выходами датчиков частоты вращения и тока, а вход функционального преобразователя соединен с выходом задатчика интенсивности..

1072223 динат системы (тока, выходного напряжения задатчика интенсивности) .

Эти учрощеиия приводят к тому, что момент начала торможения в конце отработки рассогласования выбирается с .некоторым упреждением, не зависящим от реального состояния координат систеж, и завершение отработки рассогласования протекает по некоторому (экспоненциальному) закону, затягивая переходный процесс.

Таким образом, недостаток прототипа заключается в том, что система управления строится в предположении, что процесс замедления привода протекает во времени линейно и при этом ие учитывается состояние других " координат система и инерционности внутренних контуров регулирования, что снижает быстродействие привода, особенно при малых и средних paccorНедостатком этого электропривода является зависимость качества переходных процессов от уровня сигнала заданий на путь электродвигателя.

Поэтому для обеспечения одинакового двигатель постоянного тока, якорная обмотка которого подключена к управляемому преобразователю, с последовательно соединенными задатчиком и регулятором положения, эадатчиком интенсивности, регуляторами частоты вращения и тока в его цепи управления, а также функциональный преобразователь с квадратичной зависимостью выходного напряжения от входного выход которого подключен к входу регулятора положения, прн этом ти перемещения коэффициент усиления входы регуляторов соединены соответственно сдатчиками положения,,частоты вращения и тока, регулятор положения выполнен в виде сумматора с релейной характеристикой, входы которого соединены дополнительно с выходами датчиков. частоты вращения и тока, а вход функционального преобразователя соединен с выходом зарактеристику, уменьшается с ростом рассогласования по пути, что увеличивает время реверса при переходе в режим торможения, снижая быстродей55 ствие электропривода. При этом предполагается, что изменение скорости датчика интенсивности. при торможении привода в конце стра- 60 На чертеже приведена блок-схема электропривода. ботки рассогласования происходит по линейному закону и не принимается во внимание инерционность внутренних контуров регулирования системы привода и состояние остальных коорПозиционный электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1 постоянного тока, якорная

Изобретение относится к электротехнике, а именно к позиционным злектроприводам, постоянного тока, и может быть использовано в электроприводах прокатных станов.

Известен позиционный электропри- 5 вад постоянного тока, содержащий последовательнб соединенные электродвигатель постоянного тока с датчиками скорости, положения и тока,управляемый преобразователь, регуля- 1О торы тока, скорости, задатчик интенсивности, регулятор положения и задатчйк положения fl).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является позиционный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого подк чена к управляемо"у преобра- 20 зователю, с последовательно соединенными задатчиком и регулятором положения, задатчиком интенсивности и регуляторами частоты вращения и тока в его .цепи управления, а также функциональный преобразователь с квадратичной зависимостью выходного напряжения от входного, выход которого подключен к входу регулятора положения, нри этом входы регуляторов соединены соответственно с датчика- ЗО ми положения, частоты вращения и тока (2) . перерегулирования в переходных процессах по пути при отработке переме- 4р щений с треугольным графиком скоросрегулятора положения реализуется в виде нелинейной Функции рассогласования, имеющей параболическую за- 45 висимость. Однако нелинейный регулятор положения, имеющий параболическую характеристику при работе устройства с трапециедальным графиком скорости, обусловливает увеличение перерегулирования и колебательности в переходном процессе. Кроме того, коэфФициент усиления регулятора положения, имеющего параболическую халасованиях и не обеспечивает точной остановки электродвигателя в конце отработки задания.

Цель изобретения — повышение точности остановки электродвигателя в конце отработки задания и увеличение быстродействия электропривода путем исключения перерегулирования по положению и сокращения времени отработки заданного перемещения, что достигается совместным учетом инерционности контуров привода и текущего состояния координат система (тока, скорости, положения и . вы%одного напряжения задатчика интенсивности) ., Указанная цель достигается тем, что в позиционном электроприводе постоянного тока, содержащем электро1072223

30 обмотка которого подключена к управ-ляемому преобразователю 2, с.последовательно соединенными задатчиком

3 и регулятором 4 положения, эадатчиком 5 интенсивности, регуля ораХэх б и 7 частоты вращения и тока в цепи его управления, а также Функциональ« иый преобразователь 8 с квадратичной зависимостью выходного напряже-. ния от входного, выход которого подключен к входу регулятора 4 положе- Ю ния, при этом входы регуляторов соединены соответственно с датчиками 9, 10 и 11 положения, частоты вращения и тока. Регулятор 4 положения выполнен в виде сувеюатора с релейной ха- . 5 рактеристикой, входы которого соединены дополнительно с выходами датчиков 10 и 11 частоты вращения и тока, а вход функционального нреобраэователй 8 соединен с выходом задатчи- ) ка 5 интенсивности.

Электропривод работает следующим образом.

Регулятор 4 положения реализует релейную Функцию управления

О (х) = -u„s > Г(х), где F(x) — Функция переключения оптимального по быстродействию управления, имеющая вид

Ф х

4 4

Г(х)=а х +а х +х +. 20 31ФВХ4 °

3г 3 И, Выражение F (х) получено в результате решения задачи оптимального по быстродействию упразления динамической системой х1=хгу (1) х2 х3 (2)

Х3 огх o3х3 k4х+ i

Х = О 51$> (-Х4+Ч 1

3 гг 33 44. (3) (4) 40 где х„ — рассогласование между задан. ным и истиным положением управдяемого механизма; х — скорость приводар х -- ток,якоря двигателя (уско- 45 рение приводар .

x - выходное напряжение задат4 чика интенсивности.

Система дифференциальных уравнений (1) — (4) описывает динамику сис-Я) теьи привода, состоящей из контура скорости, содержащего в себе контур регулирования тока двигателя, и эадатчика интенсивности.

Контур .скорости имеет передаточ- 55 ную функцию

I (р). г г

Ф

2Т р +2Т р+1

Ф где р -. оператор Лапласа; .-"коэффициент усиления систе- 60

MH y

Т - некомпенсируемая постоянная м времени системы, и содержит в себе следующие блоки: датчик 10 частоты вращения, электродвигатель 1, датчик 65

11 тока,. сйловой управляемый преобразователь 2, например тиристорный, регулятор 7 тока и регулятор 6 частоты вращения.

В соответствии с передаточной функцией контура скорости коэффициенты систевы дифференциальных уравнений определяют иэ выражений

4 4, у 3(2 2. - 2 Т Я7

Задатчик интенсивности преобразует выходное напряжение регулятора 4 положения при его скачкообразном изменении в линейно изменяющееся выходное напряжение х4() до установившегося значения х4О и описывается уравнением (4) .

Функциональный преобразователь 8 преобразует выходное напряжение задатчика интенсивности в квадрат с учетом знака х

=М хг э1 пх

ОС 341 . ВЫХ(Э) 94 4 4

Первое уравнение системы дифференциальных уравнений описывает связь между скоростью и перемещением. Через х„обозначено заданное рассогласование х„=х„„+х2у где хч2 истинное положение прйвода, х., заданное положение привода.

Регулятор 4 положения может быть выполнен, например, в виде двух последовательно соединенных операционных усилителей, входы первого иэ которых соединены с выходами датчика 11 тока (на который подан.сигнал х — ток якоря электродвигате3 ля), датчика 9 положения (на который подается сигнал х1" }, датчика

10 частоты вращения, функционального преобразователя (на который подается сигнал х+ - выходной сигнал задатчика 5 ийтенснвности) .

Датчик 11 тока, датчик 9 положения, задатчик 3 положения, датчик 10 частоты вращения и Функциональный преобразователь Формируют выходные напр -жения соответственно: П вЂ” выходное напряжение обратной связи датчика токау U „ - выходное напряжение обратной связи датчика положения;

U — выходное напряжение задатчика

Зп положения; U - выходное напряжение обратной связи датчика частоты вращениями Б 3„- выходное напряжение обратной связэй задчнка интенсивности.

Для получения релейной или близкой к. релейной характеристики регулятора положения 4 сопротивление обрат— ной связи второго усилителя принимается значительно большим входного сопротивления.

Обозначим

U =-К

Ocr ОСт "2

=-К х псп осп

U =-К х

3о оСп 3од

V =-К х осс тг

1072223 няться по закону (не учитывая знак выражения тока) U одзи „„x4 з

4 5 где К, К „, К, К „- передаточные коэ4@ициенты. соответствующих звеньев 11, 9, 10 и 8.

В исходном состоянии системы х -0y. хд-0; х -О; х4 О. 10

a"íà÷àëüíûé момент времени на вход системы подается задающее напряжение U „> О, соответствующее заданию х„„„..Тогда на выходе первого усилителя регулятора" 4 положения второй усилитель регулятора 4 положения войдет в насыщение и на его выходе получим

О„„=-и siqnF(x)=-0 з и О+„. (Ь), Под воздействием этого напряже20 ния выходное напряжение задатчика 5 интенсивности начнет линейно возрасI тать, вЫзывая соответствующий рост скоРости и уменьшение рассогласова-, ния по пути.

По мере роста (по абсолютной ве-, RH H? e) U or, e t ()ОСЮи О Осзи

Рассогласования (U>> U0 > ) выходное напряжение О+„=T(х) будет стремиться к нулю и второй усилитель регуля-. З0 тора 4 положения будет стремиться выйти из насыщения. В некоторый момент времени алгебраическая сумма напряжений обратной связи (с учетом соответствующих коэффициентов), ока- 35 жется равной нулю, а затем сменит знак (ф О) .

В сйлу этого обстоятельства и выходное напряжение U» также сменит знак. 40 .С этого момента начинается торможение двигателя привода, Так как функция Р(х) описывает поверхность переключения оптимального по быстрод йствию управления системой (1) — 45 (4), то момент начала торможения автоматически выбирается с учетом инер-. ционности контура тока и скорости системы привода за счет наличия от» рицательных обратных связей по скорости и току (ускорению) на входе регулятора положения.

Следует отметить,что, начиная с момента.,торможения, регулятор 4 положения в соответствии с теорией оптимального управления вынуждает систему скользить вблизи поверхности переключения .оптимального управления

М

I-(x)=a х +м х +х+ — х s$gnx .О. (т) щ

Разрешив это выражение относитель-.ноох», получим, что выходное напряжение задатчика интенсивности при оптимальности управлении должно изме-65

x = (е}

Если не учитывать инерционность контура тока и.скорости (положив

Т =О), получим широко распространенное выражение для построения регулятора положения

1,x4» . x з1 x = k " х 51gh X .(З)

Принципиальное отличие оптимального управления от управления по закону

x4= К x sigh x (40) . заключается в том, что момент начала торможения при оптимальном управлении задается несколько раньше, чем. при неоптимальном, при этом учитываются как параметры настройки контуров скорости и тока (k, U;, Т ), так и текущие значения скоростй и ока (х2 хЗ) привода

С момента начала торможения Up„ больше нуля (теоретически на бесконечно малую величину), а напряжение

U о устанавливается на уровне огранйчения второго„ усилителя (например, 24 В).

Напряжение задатчика интенсивности. стремится по линейному закону к значению х4=-24 В, скорость привода с некоторым запаздыванием следует за выходным напряжением задатчика интенсивности. В момент достижения напряжением задатчика интенсивности нулевого значения значение U ро остается

Ф больше нуля и значение х4 продолжает изменяться в сторону отрицательных значений. При достижении выходным напряжением задатчика интенсивности некоторого отрицательного значения выходное напряжение первого усилителя регулятора положения вновь изменяет знак и значение Up„снова становится равным 24 В. Напряжение х начиная с этого момента, стремится к.нулю одновременно со скоростью и током двигателя.

Таким образом, за счет последнего переключения управляющего воздействия Upn ïðîèñõîäèò одновременное гашение выходного напряжения задатчика интенсивности, частоты вращения и то-. ка двигателя, чем обеспечивается останов привода после отработки заданного рассогласования.

Последнее утверждение теоретически неточно, так как при оптимальном управлении колебательной системой точный переход в нуль координат осуществляется за большее, хотя и конечное число переключений. Однако практически переходные процессы заканчиваются после двух- трех переключений.

1072223

Составитель В.Кузнецов а

Редактор Н.Руднева Техред О.Неце Корректор B.Бутягин

Юказ 142/50 Тираж 66 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæãîpoä, ул.Проектная, 4

Таким образом, в предлагаемом электроприводе за счет исключения перерегулирования по положению и сохранения времени отработки заданного перемещения увеличивается быстродействне электропривода заданного перемещения и обеспечивается точная оста- . новка электродвигателя. Общее время торможения сокращается на 20%.