Система управления электроприводом

Система управления электроприводом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ф " . . ), у . r4

;,1, л

-. /l.;-::- : ,1М. (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 3105.79 (21) 2773710/18-24 с присоединением заявки ¹ .— (Я)м. кл.з

G 05 В 13/00, Государственный. комитет

С С С Р но делам изобретений.. и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230481. Бюллетень Ио 15 (53) УДК б 2-50

{088. 8) Дата опубликования описания 230481 (72) Авторы изобретения

В.A.Новиков и Л.М.Осипов

Ленинградский ордена Ленина электротехнйческйФ институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель

1, «3<

)-(54 ) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится.к автомати-

:ческому управлению и может быть ис-пользовано в фазовых системах управления прецизионными электроприводами.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению. является система управления электроприводом, содержащая последовательно соединенные регулятор тока, широтноимпульсный преобразователь, двигатель и датчик угла, первый и второй фотоприемники, выходы которых соединены

c ñîîòâåòñòâóþùèìè первым и вторым формирователями гармонических сигналов, выходы первого формирователя гармонических сигналов соединены соответственно с первым и вторым входами первого фазового дискриминатора, третьи и четвертые входы которого соединены с соответствующими выходами задакеаего генератора, первый выход .первого .фазового дискриминатора соединен с первым входом регулятора положения, второй выход — с Первым входом частотного дискриминатора, а третий вход - со вторым входом частотного дискриминатора, второйвыход двигателя соединен со вторым входом регулятора токаЯ.

Однако известное устройство не позволяет реализовать высокие потен-, циальные точностные возможности непрерывных фазовых систем управления электроприводаьы, работающими в широком диапазоне скоростей и в .условиях изменяющихся режимов нагрузки

{т.е. при деформациях спектральных характеристик, действующих на систему возмущения).

Цель изобретения — повышение точности регулирования углового положения или скорости непрерывной фазовой системы за счет подавления устранимых возмущений и минимизации ошибок системы, вызванных неустранимыми возмущениями при изменении в широком диапазоне скорости вращения или нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что система содержит последовательно соединенные нелинейный блок и ключ и последовательно соединен-. ные второй фазовый дискриминатор, блок вычисления дисперсии, блок поиска минимума дисперсии и блок управления, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления ..дисперсии, а через блок поиска минимума дисперсии со вторым входом

824135 а регулятора п ложения, первый вход которого соединен с третьим входом блока вычисления дисперсии, выход . частотного. дискриминатора соединен со входом нелинейного блока, первый выход которого соединен с третьим Входом регулятора положения, а второй выход - с третьим входом регулятора тока, выход регулятора положения - через ключ соединен с первым входом регулятора тока, первый и второй выходы второго формирователя гармонических сигналов соединены с соответствующими входами .второго .фа. зового дискриминатора, третий и чет-. вертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выхо-. дами задающего генератора.

На фиг ° 1 изображена общая функциональНая схема адитивной системы управления, на.фиг. 2. — фотоэлектрический датчик угловых перемещений, 2 на фиг . 3 — структура блока вычисления дисперсии действительной угловой ошибки; на фиг. 4 — логарифмическая . амплитудная характеристика системы (JIAX) .

Система содержит. основную непрерывную фазовую систему с внутренним

;контуром регулирования тока якоря ,(двигатель 1), фотоэлектрический датчик 2 угловых перемещений со сдвоенным первым фотоприемником 3 и сдвоен, ным первым формирователем 4 гармонических сигналов датчика, задающий генератор 5 стабильных частот, основной,первый непрерывный фазовый дискриминатор 6, перенастраиваемый ПИДрегулятор 7 положения, ПИ-регулятор

8 тока якоря, силовой транзисторный . широтно-импульсный преобразователь 9 (шунт 10), трехпозиционную подсисте- му автоматической синхронизации— (аналоговый) частотный дискриминатор

11, нелинейно (логический блок 12, аналоговый ключ 13}, выполненную в виде трехпозиционной системы регулирования частоты (скорости), выключаемой в синхронном режиме, локальную систему 14 стабилизации потока, подсистему поиска (экстремума) минимума. дисперсии действительной угловой или скоростной ошибки в функции частоты среза основной фазовой системы (дополнительный второй непрерывный фазовый дискриминатор 15, дополнительное измерительное устройство со вторым фотоприемником 16 и вторым формирователем 17 гармонических сиг-. налов, блок 18 вычисления дисперсии действительной угловой или скоростной ошибки, блок 19 поиска минимума дисперсии ошибки системы, блок,20 управления, усилители 21-23, квадраторы 24 и 25, интегратор 26, осветители 27 и 28).

Работа адаптивной фазовой системы осуществляется следующим образом и

1 может быть расчленена на ряд этапов. »

На первом этапе, начинающемся после вклкчения системы стабилизации потока и подачи частоты 52 + <х баз осуществляется разгон механизма- до околосинхронной скорости, контролируемый трехпозиционным контуром регулирования частоты (скорости) . Принятая структура контура регулирования

О частоты при прстоянном моменте сухого трения обеспечивает разгон механизма с постоянным ускорением. На- этом этапе посредством ключа 13 контур регулирования углового положения . (фазного сдвига) остается отключенным а в йнтеграторе регулятора 7 сигналом логического блока 12 нелинейно уста-, навливаются нулевые начальные условия. На втором этайе, начинающемся при вхождении рассогласовании частот (,д > — Ы в зону. нечувствительности блока. 13, контур регулирования частоты отключается, включается контур регулирования фазы и происходит втягивание фазовой: системы в синхронизм при начальной частоте вреза (a)gq соответствующей середине интервала ее изменения. Направление движения системы .определяется частотой Q.+ с<,(дз частоте 57+ о».(, > соответствует движе- ние вперед, а частоте Я -сс бвз — движение назад. По окончании процесса синхронизации и после подачи сигнала "Оптимизация" включается подсистема поиска минимума дисперсии действительной.угловой или скоростной 5 ошибки фУнкции частоты среза фазовой системы.

Для измерения дисперсий дейотвительной угловой или скоростной ошибки, являющихся мерой точности фазо40 вой системы при регулировании соответственно угла поворота или скорости, в изобретении используются два смещенных относительно друг друга по обороту лимба устройства измерения фазовогв рассогласования, состоящих из двух фотооптических систем и двух фазовых дискриминаторов б и

15> работающих в синфазном режиме. . Фотоэлектрический датчик угловых перемещений с обтюрационным сопряжением диаметрально противоположных участков растра (см.фиг.2) содержит два осветителя 27 и 28 и два спаренных фотоприемника 3 и 16, каждый из которых состоит из двух фотодиодов, изготовленных на одном кристалле. Гармонические сигналы, сформированные в сдвоенных блоках 4 и 17 поступают на фазовые дискриминаторы б и 15. Структура блока. вычисления дисперсии действительной угловой ошибки изображена на фиг.3 . Выходные напряжения У» и V< идентичных усилителей 21 и 22, предназначенных .для усиления сигналов дискриминаторов 6 и 15, связаны с действительной

5 824135 6 (угловой ошибкой 59 (Ц механизма соотношениями

V„=Е К к(69л,(1 бр Я)

V2= L К, „к (g8< ß+ 8„(Ц) гДе 0 8 рл, а6„2 - помехи, обУсловленные погрешностью нанесения штрихов на растре, — дискретность датчика, К, - коэффициент передачи

< д фазовых дискриминаторов, К вЂ” коэффициент усиления усилителей 21 и 22.

При разнесении устройств съема информации об угловом положении на угол 8н<, при котором корреляционная фукнция М дв„(Ý} ошибки Ь О р датчи. „ка угловых перемещений обращается в ноль, помехи д,8р и 6 ар2 оказываются взаимно некоррелированнщчи. Кроме того, исчезает корреляция также между Ь 8 щ (Ц и 6 8 (t}. При этом средние квадраты величий V g и \/2-Чл находят-. ся в соответствии c: вяражеииями чит=iхи,д иг(ав -щ ае Al i и, д l (а6 Я

На основании последних трех выра. жений находим

@ РА 1 2 д в2 л1 у где 0 - дисперсия действительной

8 угловой ошибки Д 8л (Ц. для реализации полученного алгоритма вычисления дисперсии угловой .ошибки помимо усилителей 21 и 22 ис-. пользуются суммирующий усилитель 23, два квадратора 24 и 25, интегратор .2б на усилителе с модуляцией и демодуляцией, осуществляющий равномерно взвешенное усреднение за конечный интервал времени Т.

При измерении дисперсии действительной ошибки по скорости усилители

21 и 22 должны быть заменены двумя идентичными друг другу дифференцирующими усилителями.

С учетом масштабных коэффициентов

0 квадраторов и масштабного коэффициента Т/Те интегратора соотношения " между сигналами Чоэ, Чр дисперсии действительной ошибки и дисперсиями

D e, D<„ угловой и скоростной ошибок находятся в виде б (2 К,рд к1 ЬТ 39 где Т вЂ” постоянная времени дифференцирующих усилителей.

При настройке контура регулирования тока якоря на предельное быстродействие ЛАХ основной фазовой систе5 мы может принимать вид 3-1-2 или

3-2-1-2 фиг. 4 . Гри этом, передаточная функция перенастраиваемого регулятора 7 может быть представлена выражением

}0 р l P) = с

) р где = — — частота среза системы, 1 с т

С вЂ” размерный коэффициент пропорциональности.

С целью быстрого выхода в окрестность экстремума и отслеживания дрейфуищего положения экстремума в подсистеме поиска минимума дисперсии действительной ошибки использован комбинированный алгоритм поиска с перенастройкой в окрестности экстремума алгоритма метода дихотомии на шаговый автоколебательный алгоритм.

При пуске системы. поиска минимума вначале реализуется алгоритм поиска по методу дихотомий, при котором ве.личина }-того рабочего шага1д ы „} и его знак рр <д „определяются соотношениями

Ь Яп Лыс„«-

35 где: а,са — начальный интервал неопределенности, величина пробного шага, 40 Ы ;И „- Ас.) . — частота среза фазос вой системы на -.ом рабочем шаге.

После формирования последнего

Д-того рабоч го шага дихотомии в бло45 ках 20 и 19 осуществляются переключения, обеспечивающие. перестройку алгоритма поиска. методом дихотомии на шаговый автоколебательный алгоритм поиска. Величина рабочего шага

) a(pc +4(и его знак при шаговом автоколеИательном алгоритме поиска представлены в виде формул

I .1 " С;);,= " сц ) (u„,+л)=(auсЕ(в " з )

55 .;*,= . и (;- ; «) с1

Время поиска экстремума определяется числом 6 шагов дихотомии и ин60 тервалом усреднения Т, выбираенЫМ по допустимой ошибке измерения дисперсий.

Применение системы поиска экстремума совместно с локальной системой . стабилизации потока двигателя поз824135 воляет при моменте нагрузки типа

"сухое" трение получить в диапазоне скоростей 0,01-50 рад/с максимальный выигрыш в среднеквадратичной угловой ошибке в 7-10 раз, в среднеквадратичной ошибке по скорости

5 в 4-5 раз. При датчике с обтюрационным сопряжением, диаметрально-про- тивоположных участков растра лимба диапазону скоростей 0,01-50 рад/с соответствуют: максимальная угловая ошибка — в пределах 1-0,1 угл.с., максимальная мгновенная относитель-. ная ошибка но скорости — s пределах . 0,2-0,001Ъ.

Предлагаемая аддитивная фаэовая система управления прецизионным 15 . электроприводом может быть использована в имитаторах точных движений для испытания оптико-фотографической аппаратуры, в стендах для аттестации датчиков угловых перемещений, угло- щ вых скоростей и линейных ускорений, в технологических процессах напыления тонких пленок, в прецизионных металлообрабатынакщих станках и в целом ряде других приложений, где требуется получать предельные динамические точности движения механизмов при изменении в широком диапазоне скорости электропривода или нагрузки.

Формула изобретения

Система управления электроприводом содержащая последовательно соФ

35 единенцые регулятор тока, широтноимпульсный преобразователь, двигатель и датчик угла, первый и второй фотоприемники, выходы которых соединены с соответствующими первым и вторым формирователями гармонических 4() сигналов, выходы. первого формирователя гармонических сигналов соединены соответственно с первым и вторым входами первого фазового дискриминатора, третьи и четвертые входы которого соединены с соответствующими выходами задающего генератора, первый выход первого фазового дискриминатора соединен с первым входом регулятора положения, второй выход - с первым входом частотного дискриминатора, а третий вход — co вторым входом частотного дискриминатора, второй выход двигателя соединен со вторым входом регулятора тока, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит последовательно соединенные нелинейный блок и ключ и последовательно соединенные второй фазовый дискриминатор, блок вычисления дисперсии, блок поиска минимума дисперсии и блок управления, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления дисперсии, а через блок поиска минимума дисперсии со вторым входом регулятора положения, первый вход которого соединен с третьим входом блока вычисления дисперсии, выход частотного дискриминатора соединен со входом нелинейного блокапервый выход которого соединен с третьим входом регулятора положения, а второй выход — с третьим входом регулятора тока, выход регулятора положения - через ключ соединен с первым входом регулятора тока, первый и второй выходы второго формирователя гармонических сигналов соединены с соответствующими входами второго фазового дискриминатора, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами задающего генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Р 1513445, кл. G 05 В 13/ОО, опублик. 1974 (прототип).

Составитель А.Лащев

Техред Е.Гаврилешко, Корректор М.Шарохин

Редактор, Т.Киселева

Заказ 2108/68 Ти раж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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