Устройство для регулирования скорости электродвигателя постоянного тока

Устройство для регулирования скорости электродвигателя постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п1) 655049

Соизз Соеетских

Социалистических

Республик 1 / Q+ (61) Дополнительное к авт. свид-ву 439052 (22) Заявлено 06.09.76 (21) 2401009, 24-07 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл."Н 02 P 5/06 (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (53) УДК 621.316.718. .5 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. И. Полещук и Л. В. Полещук (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

lV,,(p) ттр

УдаРстеенный комитет (23) Пр, ори .е .

Изобретение относится к автоматизированным электроприводам при управлении скоростью двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением напряжения на зажимах якоря. Оно может быть использовано в приводе металлорежущих станков, в металлургических приводах, приводе бумагодслательных машин и других приводах, производительность которых зависит от времени протекания переходных 10 процессов.

В основном авт. св. № 439052 описано устройство,(1), содержащее задатчик интенсивности, пропорциональный регулятор скорости и узел установления величины 15 жесткости регулировочных характеристик электродвигателя, содержащий модель системы регулирования, подключенную к одному из входов элемента сравнения, второй вход которого соединен с датчиком скоро- 20 сти, а выход через компенсирующее звено — с входом регулятора скорости. При этом вход модели соединен с выходом задатчика интенсивности, в узле установления величины жесткости механических характеристик компенсирующее звено выполнено в виде интегратора при необходимости полной компенсации падения скорости или в виде инерционного звена первого порядка при частичной компенсации падения скорости.

Такое выполнение компенсирующего звена обеспечивает заданные статические (установившиеся) режимы регулирования скорости и отработку ошибки регулирования скорости с астатизмом первого порядка. Однако отработка большой ошибки регулирования, связанной с действием значительного возмущения (например, ударный наброс нагрузки на валу двигателя) происходит с недостаточной интенсивностью. Этот недостаток компенсирующего звена обусловлен тем, что его параметры жестко связаны с динамическими свойствами всей системы. Параметры обычно выбираются исходя из перерегулирования 5 — 10% при спадении ошибки до нуля. Так, если используется трехконтурная система регулирования, то передаточная функция компенсирующего звена равна

При настройке параметров на большую интенсивность отработки ошибки вся система регулирования становится колебательной и возможна потеря устойчивости, т. е. работоспособности. Из-за этого не удается по655049

1+ 64Т;р

1 + 32Тр.р

3271р (2) 64Ти р высить интенсивность отработки ошибки.

Кроме того, необходимо повышение точности.

Цель изобретения состоит в уменьшении ошибки регулирования в переходных процессах путем увеличения интенсивности отработки ошибки, а также повышения астатизма системы при обработке малой ошибки.

Эта цель достигается тем, что в состав узла установления величины жесткости введены дополнительно звено увеличения астатизма, релейный канал отработки ошибки и переключатель режимов работы, состоящий из последовательно включенных звена выделения модуля ошибки и реле, релейный канал образован последовательным соединением усилителя-сумматора, трехпозиционного реле и интегратора, охваченных встречно-параллельно включенным блоком коррекции. При этом выход элемента сравнения связан со звеном выделения модуля и с первым входом усилителя-сумматора непосредственно и с входом компенсирующего звена через размыкающий контакт реле переключателя режимов работы, другой замыкающий контакт которого включен между трехпозиционным реле и интегратором. Выход этого интегратора подключен к дополнительному входу пропорционального регулятора скорости системы регулятора скорости системы регулирования и к входу блока коррекции, выходы которого соединены с вторым и третьим входами усилителя-сумматора. Звено увеличения астатизма включено между компенсирующим звеном и входом упомянутого регулятора скорости.

В блоке коррекции его вход связан с одним выходом непосредственно, а с другим выходом через инвертор знака и дополнительную модель системы регулирования, Звено увеличения астатизма выполнено состоящим из последовательно включенных пропорционально-интегральных регуляторов.

При этом в зоне малой ошибки система регулирования работает как линейная система с астатизмом высокого порядка, а в зоне большой ошибки — как более быстродействующая система, к входу которой приложено компенсирующее воздействие от релейного канала. Режимы отработки малой и большой ошибок разделены, выбор нужного режима осуществляет автоматически переключатель режимов работы.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Элементы 1 — 9 входят в состав устройства по основному авторскому свидетельству и их связи, имевшие место в известном устройстве, показаны на чертеже пунктирными линиями. При этом приняты следующие обозначения: 1 — модель системы регулирования, 2 — элемент сравнения, 3 — датчик

СО

4 напряжения, 4 — компенсирующее звено, 5— выключатель, 6 — резистор, 7 — усилитель, 8 — регулятор скорости, 9 — узел установления величины жесткости.

Входы элемента 2 сравнения связаны с выходом модели 1 системы регулирования и с выходом датчика 3 напряжения.

Выход элемента 2 сравнения соединен с переключателем 10 режимов работы, с компенсирующим звеном 4 и с релейным каналом 11. Переключатель 10 режимов включает в себя последовательно соединенные звено 12 выделения модуля ошибки регулирования и реле 13. Звено выделения модуля связано с выходом элемента 2 сравнения. Релейный канал состоит из усилителя-сумматора 14, первый вход которого соединен с выходом элемента 2 сравнения, а выход через трехпозиционное реле 15 и интегратор 16 — с дополнительным входом пропорционального регулятора 8. Блок 17 коррекции релейного канала включает в себя непосредственную связь между выходом интегратора 16 и вторым входом усилителя-сумматора 14, а также инвертор 18 знака и дополнительную модель 19 системы регулирования, связанные с выходом интегратора 16 и третьим входом усилителя-сумматора 14. На чертеже в звене 20 увеличения астатизма показан один ПИ-регулятор, включенный между звеном 4 и входом регулятора 8 скорости. Реле 13 переключателя

10 режимов работы имеет размыкающий 21 и замыкающий 22 контакты.

Устройство работает следующим образом.

Звено 12 выделяет из сигнала элемента 2 сравнения сигнал модуля ошибки, подаваемый на реле 13 переключателя 10. Рассмотрим сначала режим обработки малой ошибки. В этом режиме мал сигнал элемента 2, выходное напряжение звена 12 также небольшое. Реле 13 не срабатывает. Релейный канал 11 не работает, так как контакт 22 реле 13 разомкнут. Работу через замкнутый в этом режиме контакт 21 реле 13 осуществляют компенсирующее звено 4 и ПИ-регулятор звена 20. Звено 4, будучи интегратором при разомкнутом выключателе 5, обеспечивает астатизм первого порядка по ошибке. ПИ-регулятор звена 20 увеличивает астатизм системы до второго порядка.

Возможно включение в звене 20 любого числа ПИ-регуляторов. Включение каждого

ПИ-регулятора увеличивает астатизм системы на единицу. При этом постоянные времени последующих ПИ-регуляторов удваиваются по сравнению с постоянным времени предыдущих регуляторов. Так, при передаточной функции компенсирующего звена согласно формуле (1) передаточные функции первых двух регуляторов принимают вид

655049

Увеличение астатизма системы повышает точность обработки ошибки, но одновременно увеличивается инерционность системы.

Порядок системы со звеном по выражению (1) на единицу выше, а при включении еще и регуляторов по выражению (2) выше на

2, на 3 и так далее порядков исходной системы регулирования. Поэтому астатизм увеличен только в небольшой зоне малой ошибки.

В режиме обработки большой ошибки реле 13 включено и звенья 4 и 20 отключены контактом 21 реле, а релейный канал вводится в работу замыкающимся контактом

22. В соответствии с полярностью выходного сигнала усилителя-сумматора 14 реле

15 срабатывает в ту или иную сторону, подавая ступенчатый сигнал необходимой полярности на интегратор 16. Интегратор преобразует сигнал реле в линейно-изменяющееся напряжение, поступающее на вход регулятора 8 скорости. Далее система регулирования быстро отрабатывает ошибку, в результате чего сигнал на выходе элемента 2 сравнения уменьшается. Выключение реле 15 необходимо осуществить с упреждением во избежание появления низкочастотных автоколебаний. Эту операцию производит блок 17 коррекции.

Полярность сигнала на втором и третьем входах усилителя-сумматора 14 (эти сигналы образуются сложением выходного напряжения интегратора 16 с этим же напряжением, прошедшим через инвертор 18 знака и дополнительную модель 19 системы регулирования) обратна полярности сигнала на выходе элемента 2 сравнения. Когда сумма этих трех сигналов станет равной нулю, релс 15 отключится и на выходе интегратора 16 установится неизменное папряжсннс. Дальнейшее cl!1!äàíèñ ошибки происходит при движении системы по инерции, и интенсивность спадания ошибки постепенно уменьшается. При этом блок 17 коррекции поддерживает напряжение на входе реле 15 равным нулю. Требуемый характер изменения корректирующего сигнала обеспечивается моделью 19, упрощенно описывающей систему регулирования. Когда сигнал модуля ошибки на входе реле 13 станет меньше зоны его нечувствительности, реле 13 откл1о гастся размыкается контакт 22 и замыкается контакт 21. Звенья 14 и 20 плавно сводят ошибку к нулю, при этом напряжение интегратора 16 поддерживается неизменным.

Регулировка интенсивности отработки ошибки релейным каналом 11 обеспечивается изменением величины входного резистора интегратора 16. Необходимый корректирующий сигнал устанавливается автоматически, что является преимуществом технического решения блока коррекции. В блоке коррекции инвертором знака с.!óæèò звено с передаточным отношением минус единп5

ЗО

-!5

Rl

05 ца. Этим звеном может быть развязанный по входу датчик напряжения. Модель 19 можно выполнить упрощенно — как звено первого или второго порядка.

Применение модели исключает увеличение помех прп формировании корректирующего сигнала.

Элементы релейного канала не влияют на динамику системы. Роль релейного канала сводится и годаче на регулятор 8 скорости компенсирующего воздсй1ствия от интегратора.

Я прсдлагасмом устройстве это воздействие изменяется по линейному закону за счет благоприятного характсра отработки этого сиг. ала системой регулирования. При отработке сигнала релейного канала участвует инерционность только самой системы регулирования (отработка по разомкнутому циклу). Здесь инерционности звеньсв 4 и 20 исключсны. При отработке малой ошибки возможен в принципе астатизм любого порядка.

Таким образом, предлагаемое устройство совмещает в себе высокую интенсивность и точность отработки ошибки. Вся система в целом работает как линейная система.

С помощью данного устройства осуществляется контроль за процессом управления системы регулирования и оперативно компснсиру!отел параметрические и функциональныс возмущения. Релейный канал 11 и звенья 4 и 20 настраиваются раздельно.

К преимуществу предлагаемого устройства можно отнести и то обстоятельство, что наладка устройстга и его ввод В экспулатацню можно осуществить без останов11Н действующего элсктропривода. Техническое решение устройства !!Ос!росно таким образом, чтобы избежат; применения дифферсицирующих и других элементов, работа которых связана с плохой помехозащищенностью.

Применение устройсгва возможно в электроприводах постоянного тока, имеющих разные собствснныс системы управления.

Формула изобрстсния

1. Устройство для регулирования скорости электродвигателя постоянного тока по авг. св. М 439052, о тл и ч а ю щс с с л тем, у 310!iI IIICIIIISI ошибки рсгулпроBàíè51 в переходных процессах, в узел установления величины жесткости дополнительно введены звено увеличения астатизма, рслейный канал и переключатель режимов работы, состоящий из последовательно

ВключенHûх звcíà выдслсни51 Mîäóëë ошиби;! и рслс, рслсйный канал образован послсдОВятс;1ьнь1м сосдинснис\1 Силитсля-с! мматора, трсхиоз!!цио1!ного рслс и интегратора, охваченных встречно-параллельно включенным Оло 0 коррекции, 11рнчсм Выход элсмента сравнения связан с0 звсном выделен!Нл модуля и с ilcpII!»ir входом усилителясумматора неiloc1Iñäствснно и с входом

655049

Г

Составители В. Ткаченко

Техред Н. Строганова

Корректор Е. Хмелева

Редактор И. Грузова

Заказ 185/16 Изд. ¹ 216 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 компенсирующего звена через размыкающий контакт реле переключателя режимов работы, другой замыкающий контакт которого включен между трехпозиционным реле и интегратором, выход этого интегратора подключен к дополнительному входу пропорционального регулятора скорости системы регулирования и к входу блока коррекции, выходы которого соединены с вторым и третьим входами усилителя-сумматора, а звено увеличения астатизма включено между компенсирующим звеном и входом упомянутого регулятора скорости.

2. Устройство по п. 1, отл и ч а ю щеес я тем, что в блоке коррекции сго вход связан с одним выходом непосредственно, а с другим выходом через инвертор знака и дополнительную модель системы регулирования.

3. Устройство для регулирования скоро5 сти электропривода постоянного тока, по и. 1, отличающееся тем, что, с целью увеличения астатизма системы регулирования в зоне малой ошибки, звено увеличения астатизма выполнено состоящим из послеI0 довательно включенных пропорциональноинтегральных регуляторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

15 № 439052, кл. Н 02 P 5/06, 1972.