Способ адаптивной компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе и устройство для его осуществления

Способ адаптивной компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к разделу управления и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока.

Существует ряд технических объектов, приводимых в движение средствами автоматизированного электропривода, наличие дефектов в изготовлении механической части которых (например, эксцентриситета валов рабочих органов и систем передач движения) приводит к возникновению гармонических колебаний статического момента нагрузки на валу рабочих органов. При этом частота таких колебаний жестко связана со скоростью электродвигателя, когда момент нагрузки на валу рабочего органа M_н(t) можно представить в виде:

где М₀ - постоянная составляющая момента; М₁ - амплитуда колебаний момента; ω₁ - скорость рабочего органа; t - время.

В некоторых случаях, например при регулировании производительности технологического оборудования за счет изменения скорости рабочих органов, такая частота может меняться.

Минимизация последствий подобных возмущений позволяет значительно улучшить показатели качества систем автоматического управления скоростными режимами технологических установок. Снижение флуктуаций момента нагрузки и, как следствие, скорости рабочих органов технологических машин оказывают существенное влияние на качество выпускаемой продукции. При этом увеличивается точность изготовления деталей при металлообработке, стабилизируются геометрические размеры длинномерных материалов при обработке в поточных линиях (диаметр волокна или провода, толщина пленки и различных покрытий), нормируются их весовые показатели (плотность бумаги, ткани и др.), улучшается светопропускание оптических световодов и т.п.

Известен «Способ каскадного автоматического регулирования» (источник патент РФ №2127895, МПК6 G05B 13/02, год опубликования 1999), заключающийся в том, что осуществляют измерение вспомогательного параметра объекта и стабилизацию его с помощью одноконтурной системы регулирования, измерение основного параметра объекта, стабилизации его с помощью астатической одноконтурной системы регулирования и формирования сигнала задания регулятору внутреннего контура, при этом устанавливают сигналы задания верхнего и нижнего допустимых значений вспомогательного параметра объекта для регулятора внутреннего контура и определяют на заданном интервале ошибку рассогласования для астатического регулятора внешнего контура, воздействующего посредством исполнительного устройства на объект в заданном интервале с помощью аналогового сигнала, определяемого законом регулирования астатического регулятора внешнего контура, при выходе вспомогательного параметра объекта из заданного интервала с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра объекта от верхнего и нижнего допустимых значений, а основного параметра объекта - от заданного значения и одновременно отключают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура, формируют и сохраняют интегральную составляющую этого регулятора на уровне значения средней позиции выходного сигнала регулятора внутреннего контура, при возврате вспомогательного параметра объекта в заданный интервал одновременно отключают управляющее воздействие регулятора внутреннего контура и включают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура.

Способ решает поставленные перед ним задачи, но, будучи построенным на релейном принципе работы, в некоторых случаях (например, при гармоническом виде возмущений) может привести к возникновению режима автоколебаний. Кроме этого способ теряет свою работоспособность при отсутствии возможности измерения вспомогательного параметра, который в данном случае должен быть представлен моментом нагрузки на валу двигателя электромеханической системы.

Известен способ регулирования скорости и тока в электромеханической системе с электроприводом постоянного тока (источник книга Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергия, 1979. - 616 с. (стр. 280, рис. 6-15)). Способ является примером построения системы подчиненного регулирования и заключается в том, что регулирование нескольких переменных в системе электропривода производят путем измерения скорости и тока двигателя постоянного тока, сравнения измеренного значения скорости с заданным и подаче сигнала рассогласования на регулятор скорости. Результирующее значение на выходе регулятора скорости считают задающим для регулятора тока, на который подают сигнал обратной связи по току. При этом влияние возможных колебаний момента нагрузки на вал исполнительного двигателя постоянного тока оценивают путем измерения выходного параметра (в данном случае - скорости). Тем самым компенсацию возмущения осуществляют после его воздействия на выходной параметр.

Способ выполняет возложенные на него функции, но имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при необходимости компенсации влияния флуктаций момента нагрузки на выходную переменную (скорость исполнительного механизма) приходится значительно повышать быстродействие (динамическую точность) системы путем повышения коэффициента петлевого усиления. Это может привести к существенному ухудшению качества отработки управляющего воздействия или повышению токовых форсировок и соответствующему сокращению размеров линейной зоны работы системы, имеющей ограничение мощности силовых исполнительных органов.

Наиболее близким к заявляемому является известный способ компенсации возмущений в установившемся режиме, именуемый как «принцип внутренней модели» (источник книга Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с. (стр. 284-285)), который заключается в том, что управление осуществляют регулятором по скорости рабочего органа, для чего предварительно по результату анализа спектрограммы скоростей электромеханической системы, выделяют частоту наиболее существенного возмущения, с учетом этой частоты находят полином, формирующий математическую модель гармонического возмущения момента нагрузки

где s - комплексная переменная Лапласа; ω₁=Ω/i - угловая скорость рабочего органа; Ω - угловая скорость вала электродвигателя; i - передаточное отношение редуктора, вводят этот полином сомножителем в знаменатель передаточной функции регулятора по скорости рабочего органа, а искажение передаточной функции электромеханической системы по управлению устраняют за счет воздействия внеконтурного формирователя.

При этом выходной сигнал регулятора по скорости рабочего органа будет содержать гармоническую составляющую, которая благодаря действию отрицательной обратной связи по скорости рабочего органа, замыкающей внешний контур регулирования, обеспечит противофазную компенсацию возмущения. Способ, выбранный за прототип, выполняет свои основные функции, требует измерения лишь выходной координаты объекта управления - угловой скорости вала рабочего органа.

Основным недостатком предложенного технического решения (как будет показано далее) является низкая точность, поскольку способ-прототип отрабатывает только одну частоту внешнего возмущения и не адаптируется к вариации частоты внешнего воздействия. При использовании данного способа сложно добиться приемлемой компенсации возмущения, имеющего разную частоту, что свидетельствует о неселективной инвариантности прототипа, построенного с применением принципа внутренней модели возмущения, на что указано и в приведенном литературном источнике (см. книгу Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. - М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с., стр. 287).

Известна следящая система автоматического управления с компенсацией неизмеряемых возмущений (патент РФ №2051401, МПК6 G05B 11/01, год опубликования 1995). Следящая система содержит блок идентификации и формирования сигналов для компенсации возмущений и первый сумматор, причем выходы первого сравнивающего устройства и блока идентификации и формирования сигналов для компенсации возмущений подключены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого связан с входом усилителя и первым входом блока идентификации и формирования сигналов для компенсации возмущений, к остальным входам которого подсоединены выходы соответственно усилителя, второго сравнивающего устройства, последовательного корректирующего устройства, усилителя мощности и датчика обратной связи.

Устройство выполняет свои основные функции, но обладает недостатком, присущим всем системам с наблюдателем Люенбергера, который является основой построения блока идентификации - низкой параметрической робастностью. Даже незначительная вариация параметров объекта управления, входящих в математическую модель, являющуюся основой блока идентификации, приводит к резкому снижению качественных показателей системы управления.

Известна самонастраивающаяся система комбинированного регулирования (патент РФ №2022313, МПК6 G05B 13/00, год опубликования 1994) содержащая регулятор, сумматоры, измеритель рассогласования, блок самонастройки, корректирующий фильтр, блоки умножения, управляемые ключи, блок памяти. Разомкнутый контур управления системы предназначен для компенсации контролируемых возмущений. Замкнутый контур регулирования формирует управление на основе результирующего отклонения выхода объекта от уставки. Блок самонастройки системы предназначен для работы в условиях редкоизмеряемого выхода объекта. Он повышает качество работы обоих контуров системы за счет стабилизации их коэффициентов передачи.

Система решает поставленные задачи, однако обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, в состав устройства-аналога необходимо ввести датчик контролируемого внешнего возмущения, что в ряде случаев затруднительно (в частности при воздействии на электромеханическую систему такого возмущения, как момент статического сопротивления на валу электродвигателя). Во-вторых, наличие в контуре обратной связи блоков, производящих сложный логический анализ информации, элементов записи и хранения, блока задержки, усложняет устройство и резко ухудшает его быстродействие. В-третьих, принцип работа блока самонастройки предполагает наличие временного интервала, когда управляющие и возмущающие воздействия системой игнорируются.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для компенсации возмущений (Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. - М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с., рис. 10.1). Структурная схема, иллюстрирующая работу способа и устройства-прототипа применительно к электромеханической системе с двигателем постоянного тока приведена на фиг. 1. В состав структурной схемы введены внеконтурный формирователь 1, представляющий собой префильтр и предназначенный для устранения искажения передаточной функции электромеханической системы по управлению; элемент сравнения 2, который формирует на своем выходе сигнал ошибки, управляющий регулятором 3. Регулятор 3 замыкает отрицательную обратную связь по скорости рабочего органа и выполнен в виде блока, передаточная функция которого представляется отношением полиномов. Кроме этого в составе системы имеется силовой преобразователь 4, который преобразует напряжение управления Uy на своем входе в напряжение U на якорной обмотке электродвигателя постоянного тока 5. Измерительный блок 6 предназначен для измерения скорости электродвигателя постоянного тока 5. Регулятор 3 и внеконтурный формирователь 1 реализованы в виде цифровых или аналоговых блоков, которые при наладке требуют установки внутренних параметров, соответствующих полиномам, синтезированным в процессе конструирования системы управления.

В качестве основных параметров, влияющих на работоспособность системы, часть из которых приведена на фиг. 1, выбраны:

U_ΩЗ - напряжение, определяющее заданное значение скорости рабочего органа;

U_ΩЗФ - напряжение после внеконтурного формирователя;

U_н, U - управляющее и выходное напряжение силового преобразователя;

I_a - ток якорной цепи электродвигателя постоянного тока;

Ω - угловая скорость вала электродвигателя постоянного тока;

Ω_н - номинальная угловая скорость вала электродвигателя постоянного тока;

М_н - момент нагрузки (статического сопротивления).

Также здесь и далее приняты следующие обозначения параметров системы:

К_СП и Т_СП - коэффициент передачи и постоянная времени силового преобразователя напряжения;

R_a и Т_а - активное сопротивление и постоянная времени якорной цепи электродвигателя постоянного тока;

С - конструктивная постоянная двигателя постоянного тока;

J - суммарный момент инерции ротора двигателя постоянного тока и рабочего органа;

i - передаточное отношение редуктора.

Система имеет только один полиномиальный регулятор 3, в знаменатель передаточной функции которого, согласно способу-прототипу, введена, как показано выше, модель возмущения. Попытаемся синтезировать структуру регулятора 3 для электромеханической системы, построенной с применением двигателя постоянного тока 5, управляемого от силового преобразователя 4.

Для конкретности приняты следующие значения параметров объекта: К_СП=22, Т_СП=0,001 с, Ra=0,177 Ом, Та=0,02 с, Ωн=157 рад/с, С=1,37 Вб, J=0,2 кг·м², i=10.

Пусть требуется обеспечить пуск электромеханической системы на заданный уровень скорости Ω вала двигателя постоянного тока 5, равный 15,7 рад/с, что составляет 10% от номинальной скорости при времени нарастания переходной характеристики системы в линейной зоне ее работы не более 50 мс. После пуска системе необходимо отработать возмущающее гармоническое воздействие момента нагрузки, соответствующее уравнению (1) вида

при отсутствии перерегулирования, обеспечив нулевую статическую ошибку по скорости от действия момента нагрузки.

Согласно принципу селективной инвариантности, полином, формирующий математическую модель возмущения (1), определяется в данном случае в виде

где s - комплексная переменная Лапласа; ω₁=Ω/i - угловая скорость рабочего органа, вводится сомножителем в знаменатель передаточной функции (ПФ) регулятора 3, а искажение передаточной функции ЭМС по управлению устраняется соответствующим внеконтурным формирователем 1. Регулятор 3 с такой моделью возмущения приобретает интегральную и колебательную составляющие, которые в условиях действия отрицательной обратной связи (ОС) в совокупности обеспечивают астатизм 1-го порядка, т.е. нулевую статическую ошибку от действия постоянной составляющей момента, и противофазную компенсацию его гармонической составляющей в установившемся режиме работы. Появление дополнительных нулей ПФ системы по управляющему воздействию устраняется соответствующим внеконтурным формирователем 1 (префильтром).

Объектом управления в данной системе являются последовательно соединенные силовой преобразователь 4 и электродвигатель постоянного тока 5. Передаточная функция объекта управления может быть представлена в виде отношения полиномов B(s) и A(s).

Структурным решением поставленной задачи, требующим измерения лишь выходной координаты объекта управления, является электромеханическая система, представленная на фиг. 1, имеющая только один регулятор 3, объединяющий функции полиномиального и регулятора с внутренней моделью.

Для исходного объекта управления с передаточной функцией

по правилам полиномиального модального управления и уравнению

где E(s) и s·F(s) - полиномы числителя и знаменателя ПФ регулятора, причем F(s)=G(s)·V(s), V(s) - вспомогательный полином, обеспечивающий техническую реализуемость регулятора, D(s) - желаемый характеристический полином (ХП) синтезируемой системы, рассчитывают регулятор.

Для этого в соответствии с заданными требованиями динамики формируется структура и определяются параметры регулятора

Использование передаточной функции исходного объекта обеспечивает более полный учет его особенностей и способствует повышению помехоустойчивости и параметрической грубости системы.

Как видно из приведенного соотношения, порядок синтезированного регулятора 3 с учетом внеконтурного формирователя 1 - восьмой.

На фиг. 2 приведены результаты проведенного компьютерного моделирования рассматриваемого технического решения с синтезированным регулятором. Они представлены переходными процессами тока якоря электродвигателя I_a и угловой скорости Ω вала электродвигателя постоянного тока 5. Осуществляется пуск электродвигателя постоянного тока 5 на заданную скорость Ω, равную 10% от номинальной, что при заданных параметрах системы составляет 15,7 рад/с. С учетом выбранного передаточного отношения редуктора i=10 это соответствует угловой скорости рабочего органа ω₁=1,57 рад/с. После завершения переходного процесса пуска к валу электродвигателя постоянного тока 5 прикладывается гармонический момент нагрузки М_н выбранного вида . Здесь и далее гармоническое возмущение момента нагрузки воздействует на вал электродвигателя в момент t=4 с. Анализ переходных характеристик указывает на удовлетворительное качество процессов при воздействии заданного внешнего возмущения, обеспечивая время нарастания переходной характеристики системы в линейной зоне ее работы не более 50 мс при отсутствии перерегулирования по скорости и эффективную компенсацию влияния гармонической составляющей момента сопротивления заданного вида.

Попытаемся изменить параметры возмущающего воздействия, оставив структуры внеконтурного формирователя 1 и регулятора 3, настроенными на ранее выбранное возмущение, без изменения.

Проведем аналогичные экспериментальные исследования с той же компьютерной моделью, но выбрав в качестве заданной скорости номинальное ее значение Ω=157 рад/с. При этом параметры внеконтурного формирователя 1 и регулятора 3 не менялись, а воздействие возмущающего момента нагрузки вида из-за изменения Q осуществлялось с новой частотой. На фиг. 3 приведены результаты моделирования режима пуска и приложения в момент t=4c возмущающего момента. Анализ фиг. 3 указывает на то, что отработка данного вида внешнего возмущения без настройки параметров внеконтурного формирователя 1 и регулятора 3 происходит неэффективно. На временной диаграмме скорости заметны колебания, величина которых свидетельствует о нерезультативности работы способа-прототипа на частоте, отличной от заданной. Итак, основным недостатком устройства и способа прототипа являются недостаточная точность из-за отсутствия адаптации к вариации частоты внешнего воздействия.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности системы.

Такой результат достигается за счет того, что способ адаптивной компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе, заключающийся в том, что управление осуществляют регулятором по скорости рабочего органа, для чего предварительно по результату анализа спектрограммы скоростей электромеханической системы, выделяют частоту наиболее существенного возмущения, с учетом этой частоты находят полином, формирующий математическую модель гармонического возмущения момента нагрузки, вводят этот полином сомножителем в знаменатель передаточной функции регулятора по скорости рабочего органа, а искажение передаточной функции электромеханической системы по управлению устраняют за счет воздействия внеконтурного формирователя, дополняют тем, что колебания момента нагрузки дополнительно компенсируют по внутреннему контуру, представляющему собой обратные связи по напряжению, скорости и току, передаточные функции элементов системы настраивают в два этапа, на первом из которых полином регулятора по скорости рабочего органа формируют с учетом заданного быстродействия системы, по этому полиному находят среднегеометрический корень характеристического полинома внутреннего контура регулирования, задают общий вид желаемого полинома передаточной функции внутреннего контура регулирования, быстродействие которого оптимальным образом соответствует быстродействию регулятора по скорости рабочего органа при их каскадном включении, а на втором этапе по заданному желаемому полиному передаточной функции внутреннего контура регулирования и среднегеометрическому корню характеристического полинома внутреннего контура регулирования формируют коэффициенты полинома передаточной функции внутреннего контура регулирования, причем по результатам измерения скорости рабочего органа постоянно корректируют коэффициенты е₁, е₂, е₃ передаточных функций внеконтурного формирователя и регулятора.

Технический результат достигается тем, что в устройство адаптивной компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе содержащее внеконтурный формирователь, подключенный к неинвертирующему входу первого элемента сравнения, выход которого соединен с регулятором, силовой преобразователь, подключенный к электродвигателю постоянного тока соединенному с измерительным блоком, соединенным обратной связью по скорости с инвертирующим входом первого элемента сравнения; введены второй элемент сравнения; безинерционное звено обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К1; безинерционное звено обратной связи по току с коэффициентом передачи К2; безинерционное звено обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К3; делитель; квадратор; блок вычисления коэффициента е₁, содержащий третий элемент сравнения, два усилителя и первый формирователь, причем вход первого усилителя является входом блока вычисления коэффициента е₁, а выход второго усилителя является выходом блока вычисления коэффициента e₁; блок вычисления коэффициента е₂, содержащий четвертый элемент сравнения, два усилителя и второй формирователь, причем вход третьего усилителя является входом блока вычисления коэффициента е₂, а выход четвертого усилителя является выходом блока вычисления коэффициента e₂; блок вычисления коэффициента е₃, содержащий пятый элемент сравнения, третий формирователь и пятый усилитель, причем инвертирующий вход пятого элемента сравнения является входом блока вычисления коэффициента е₃, а выход пятого усилителя является выходом блока вычисления коэффициента е₃; при этом внеконтурный формирователь содержит три элемента сравнения, инвертирующий усилитель, три блока умножения, блок расчета обратной функции и три интегратора, причем первый вход шестого элемента сравнения является первым входом внеконтурного формирователя, вход блока расчета обратной функции является вторым входом внеконтурного формирователя, инвертирующий вход первого блока умножения является третьим входом внеконтурного формирователя, инвертирующий вход второго блока умножения является четвертым входом внеконтурного формирователя, а выход третьего интегратора является выходом внеконтурного формирователя; а регулятор содержит три интегратора, четыре блока умножения, четыре элемента сравнения и шестой усилитель, причем неинвертирующий вход девятого элемента сравнения является первым входом регулятора, первый вход седьмого блока умножения является вторым входом регулятора, первый вход четвертого блока умножения является третьим входом регулятора, первый вход пятого блока умножения является четвертым входом регулятора, первый вход шестого блока умножения является пятым входом регулятора, а выход двенадцатого элемента сравнения является выходом регулятора; при этом выход регулятора подключен к неинвертирующему входу второго элемента сравнения, выход которого подключен ко входу силового преобразователя, первый выход измерительного блока через безинерционное звено обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К1 соединен с первым инвертирующим входом второго элемента сравнения, второй выход измерительного блока через безинерционное звено обратной связи по току с коэффициентом передачи К2 подключен ко второму инвертирующему входу второго элемента сравнения, третий выход измерительного блока через безинерционное звено обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К3 подключен к третьему инвертирующему входу второго элемента сравнения; при этом первый выход измерительного блока последовательно через делитель и квадратор соединен с входом блока вычисления коэффициента е₁, с входом блока вычисления коэффициента е₂, с входом блока вычисления коэффициента е₃ и с вторым входом регулятора; выход блока вычисления коэффициента e₁ подключен к четвертому входу внеконтурного формирователя и к пятому входу регулятора; выход блока вычисления коэффициента е₂ подключен к третьему входу внеконтурного формирователя и к четвертому входу регулятора; выход блока вычисления коэффициента е₃ подключен ко второму входу внеконтурного формирователя и к третьему входу регулятора; в блоке вычисления e₁ выход первого усилителя соединен с инвертирующим входом третьего элемента сравнения, к неинвертирующему входу которого подключен первый формирователь, а выход третьего элемента сравнения подключен к входу второго усилителя; в блоке вычисления коэффициента e₂ выход третьего усилителя соединен с инвертирующим входом четвертого элемента сравнения, к неинвертирующему входу которого подключен второй формирователь, а выход четвертого элемента сравнения подключен к входу четвертого усилителя; в блоке вычисления коэффициента е₃ к неинвертирующему входу пятого элемента сравнения подключен третий формирователь, выход пятого элемента соединен с входом пятого усилителя; во внеконтурном формирователе выход шестого элемента сравнения соединен с первым входом третьего блока умножения, ко второму входу которого подключен блок расчета обратной функции, выход третьего блока умножения через последовательно соединенные первый интегратор и второй интегратор подключен к третьему интегратору, выход первого интегратора соединен с неинвертирующим входом первого блока умножения, выход которого подключен к первому входу седьмого элемента сравнения, выход второго интегратора подключен к неинвертирующему входу второго блока умножения, выход которого подключен к первому входу восьмого элемента сравнения, выход третьего интегратора соединен со входом инвертирующего усилителя, выход которого подключен ко второму входу восьмого элемента сравнения, выход которого соединен со вторым входом седьмого элемента сравнения, выход которого подключен ко второму входу шестого элемента сравнения; в регуляторе выход девятого элемента сравнения соединен с входом четвертого интегратора и со вторым входом четвертого блока умножения, который подключен к первому входу десятого элемента сравнения, выход четвертого интегратора соединен с входом пятого интегратора и со вторым входом пятого блока умножения, который подключен ко второму входу десятого элемента сравнения, выходом подключенного к первому входу одиннадцатого элемента сравнения, выход пятого интегратора соединен с входом шестого интегратор, со вторым входом седьмого блока умножения и со вторым входом шестого блока умножения, выход которого подключен ко второму входу одиннадцатого элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом двенадцатого элемента сравнения, выход шестого интегратора через шестой усилитель подключен ко второму входу двенадцатого элемента сравнения, а выход седьмого блока умножения подключен к инвертирующему входу девятого элемента сравнения.

На фиг. 4 изображена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа, на фиг. 5 приведены результаты компьютерного моделирования работы устройства при тех же условиях и тех же режимах, которые выбраны для способа - прототипа. На фиг. 6 приведены результаты компьютерного моделирования устройства по фиг. 4 с частотой внешнего возмущения, отличной от заданной.

Для фиг. 4 введены следующие обозначения: внеконтурный формирователь 1, первый элемент сравнения 2, выход которого соединен с регулятором 3, силовой преобразователь 4, подключенный к электродвигателю постоянного тока 5 соединенному с измерительным блоком 6, соединенным обратной связью по скорости с инвертирующим входом первого элемента сравнения 2; второй элемент сравнения 7; безинерционное звено обратной связи по скорости 8 с коэффициентом передачи К1; безинерционное звено обратной связи по току 9 с коэффициентом передачи К2; безинерционное звено обратной связи по напряжению 10 с коэффициентом передачи К3; делитель 11; квадратор 12, блок вычисления коэффициента e₁ 13, блок вычисления коэффициента е₂ 14, блок вычисления коэффициента е₃ 15. Блок вычисления коэффициента e₁ 13 содержит третий элемент сравнения 16, первый усилитель 19, имеющий коэффициент усиления , первый формирователь 21 с коэффициентом d₁ и второй усилитель 24 с коэффициентом усиления 1/b₀, причем вход первого усилителя 19 является входом блока вычисления коэффициента e₁ 13, а выход второго усилителя 24 является выходом блока вычисления коэффициента e₁ 13. Блок вычисления коэффициента е₂ 14 содержит четвертый элемент сравнения 17, третий усилитель 20, обладающий коэффициентом усиления d₄, второй формирователь 22 с коэффициентом d₂ и четвертый усилитель 25 с коэффициентом усиления 1/b₀, причем вход третьего усилителя 20 является входом блока вычисления коэффициента е₂ 14, а выход четвертого усилителя 25 является выходом блока вычисления коэффициента е₂ 14. Блок вычисления коэффициента е₃ 15 содержит пятый элемент сравнения 18, третий формирователь 23, имеющий коэффициент d₃-d₄ ²/4 и пятый усилитель 26 с коэффициентом усиления 1/b₀, причем инвертирующий вход пятого элемента сравнения 18 является входом блока вычисления коэффициента е₃ 15, а выход пятого усилителя 26 является выходом блока вычисления коэффициента е₃ 15. Внеконтурный формирователь 1 содержит шестой элемент сравнения 27, седьмой элемент сравнения 28, восьмой элемент сравнения 29, инвертирующий усилитель 30 с коэффициентом (-е₀), первый блок умножения 31, второй блок умножения 32, третий блок умножения 33, блок расчета обратной функции 34 с коэффициентом (1/е₃), первый интегратор 35, второй интегратор 36, третий интегратор 37, причем первый вход шестого элемента сравнения 27 является первым входом внеконтурного формирователя 1, вход блока расчета обратной функции 34 является вторым входом внеконтурного формирователя 1, инвертирующий вход первого блока умножения 31 является третьим входом внеконтурного формирователя 1, инвертирующий вход второго блока умножения 32 является четвертым входом внеконтурного формирователя 1, а выход третьего интегратора 37 является выходом внеконтурного формирователя 1. Регулятор 3 содержит девятый элемент сравнения 38, четвертый интегратор 39, пятый интегратор 40, шестой интегратор 41, четвертый блок умножения 42, пятый блок умножения 43, шестой блок умножения 44, десятый элемент сравнения 45, одиннадцатый элемент сравнения 46, двенадцатый элемент сравнения 47, шестой усилитель 48 с коэффициентом (е₀) и седьмой блок умножения 49, причем неинвертирующий вход девятого элемента сравнения 38 является первым входом регулятора 3, первый вход седьмого блока умножения 49 является вторым входом регулятора 3, первый вход четвертого блока умножения 42 является третьим входом регулятора 3, первый вход пятого блока умножения 43 является четвертым входом регулятора 3, первый вход шестого блока умножения 44 является пятым входом регулятора 3, а выход двенадцатого элемента сравнения 47 является выходом регулятора 3.

Для организации внутреннего контура регулирования предусмотрен второй элемент сравнения 7, безинерционное звено 8 обратной связи по скорости с коэффициентом передачи К1, безинерционное звено 9 обратной связи по току с коэффициентом передачи К2, безинерционное звено 10 обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К3.

Для определения угловой скорости рабочего органа ωl, равной Ω/i, в устройство введен делитель 11 с коэффициентом деления i и получающий информацию о скорости электродвигателя постоянного тока 5 с первого выхода измерительного блока 6.

Для расчета коэффициентов e1, е2, и е3 полиномов внеконтурного формирователя 1 и регулятора 3, зависящих от ω1, в устройство введены: - 13 блок вычисления e1; - 14 блок вычисления е2; - 15 блок вычисления е3.

Выход внеконтурного формирователя 1 подключен к неинвертирующему входу первого элемента сравнения 2, выход которого соединен с первым входом регулятора 3. Выход регулятора 3 подключен к неинвертирующему входу второго элемента сравнения 7, выход которого соединен с силовым преобразователем 4. Силовой преобразователь 4 подключен к электродвигателю постоянного тока 5 соединенному с измерительным блоком 6. Измерительный блок 6 выполнен с возможностью измерения напряжения на выходе силового преобразователя 4, скорости и тока двигателя постоянного тока 5. Первый выход измерительного блока 6 соединен обратной связью по скорости с инвертирующим входом первого элемента сравнения 2, также первый выход измерительного блока 6 соединен через безинерционное звено обратной связи по скорости 8 с коэффициентом передачи К1 с первым инвертирующим входом второго элемента сравнения 7. Второй выход измерительного блока 6 через безинерционное звено обратной связи по току 9 с коэффициентом передачи К2 подключен ко второму инвертирующему входу второго элемента сравнения 7. Третий выход измерительного блока 6 через безинерционное звено обратной связи по напряжению 10 с коэффициентом передачи К3 подключен к третьему инвертирующему входу второго элемента сравнения 7. Первый выход измерительного блока 6 также последовательно через делитель 11 и квадратор 12 соединен с входом блока вычисления коэффициента e₁ 13, с входом блока вычисления коэффициента е₂ 14, с входом блока вычисления коэффициента е₃ 15 и со вторым входом регулятора 3. Выход блока вычисления коэффициента e₁ 13 подключен к четвертому входу внеконтурного формирователя 1 и к пятому входу регулятора 3. Выход блока вычисления коэффициента е₂ 14 подключен к третьему входу внеконтурного формирователя 1 и к четвертому входу регулятора 3. Выход блока вычисления коэффициента е₃ 15 подключен ко второму входу внеконтурного формирователя 1 и к Третьему входу регулятора 3. В блоке вычисления e₁ 13 выход первого усилителя 19 соединен с инвертирующим входом третьего элемента сравнения 16, к неинвертирующему входу которого подключен первый формирователь 21, а выход третьего элемента сравнения 16 подключен ко второму усилителю 24. В блоке вычисления коэффициента е₂ 14 выход третьего усилителя 20 соединен с инвертирующим входом четвертого элемента сравнения 17, к неинвертирующему входу которого подключен второй формирователь 22, а выход четвертого элемента сравнения 17 подключен к входу четвертого усилителя 25. В блоке вычисления коэффициента е₃ 15 к неинвертирующему входу пятого элемента сравнения 18 подключен третий формирователь 23, выход пято