Цифровая система для позиционирования электропривода постоянного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 955 А 1 1) 5 С 05 В 19/18 ВИДЕТЕЛЬ Н АВТОРАДИО енны торскиоект" вчан,Ю.З.Федь свидетельство СС С 05 В 19/ 18, 19 видетельство СССР С 05 В 19/18, 19 СИСТЕМА ДЛЯ ПОЗИЦИ ОПРИВОДА ПОСТОЯННОНИГО тение отн кого упра(57) Изоб автоматич рования эл тока и пр ботки раб сится к технике ления и регулиа постоянного для точной отразаданного перектроприво назначено чим орган ах ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(54) ЦИФРОВАЯРОВАНИЯ ЭЛЕКТРТОКА Изобретение касается автоматического управления и регулирования элек тропривода постоянного тока и предна значено для точной отработки рабочим органом заданного перемещения в течение заданного времени.Цель изобретения - повышение быст родействия при минимальных тепловых потерях в электроприводе.На фиг. 1 приведена Функциональная схема предлагаемой системы, на фиг. 2 - то же, блока задания поля двигателя; на Фиг. 3 " временные диа граммы основных параметров системы; на фиг. 4 - структура элемента промещения в течение заданного времени.Целью изобретения является повышениебыстродействия при минимальных тепловых потерях в электроприводе, Цифровая система содержит блок задания перемещения, сумматор, счетчики импульсов, преобразователь код-частота,блок ограничения частоты, формирователь импульсов, интегратор, цифроаналоговый преобразователь, блоки ограничения амплитуды, блоки регулирования, электропривод постоянного .тока (двигатель), импульсный датчикперемещения, блок задания времени перемещения, генератор эталонной частоты, ключи, преобразователи частоты,блок сравнения кодов, блок фиксациипараметров тахограмм, селектор кодов,блок задания сравнения кодов, блокФиксации параметром тахограмм, селектор кодов, блок задания поля двигателя. 1 з.п. Ф-лы, 5 ил. граммируемой памяти, на фиг. 5структура блока фиксации параметров т ограмм,Цифровая система содержит блок 1задания перемещения, сумматор 2, первый счетчик 3 импульсов, преобразователь 4 код - частота, блок 5 ограничения частоты, Формирователь б импульсов, интегратор 7, цифроаналоговыйпреобразователь 8, первый и второйблоки 9 и 10 ограничения амплитуды,первый и второй блоки 11 и 12 регулирования, электропривод 13 постоянноготока (двигатель), импульсный датчик14 перемещения, блок 15 задания време1553955 лков орректор Н,Ревская М.Келеме Редак вчу Заказ 45 74 исное ираж ВНИИПИ Государе ГКНТ СССР крытия д а Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гага Составит Гехред А енного комитета 13035, Москва, Ж изобретениям Раушская нни перемещения, генератор 16 эталонной частоты, первый, второй и третий ключи 17- 19, первый, второй и третий преобразователи 20-22 частоты, второй, третий и четвертый счетчики 23-25 импульсов, блок 26 сравнения кодов, блок 27 Фиксации параметров тахограмм, селектор 28 кодов, блок 29 задания поля двигателя. В свою очередь, блок 29 задания поля двигателя содержит соеди ненные последовательно блок 30 задания магнитного потока двигателя, преобразователь 31 код - частота и счетчик 32, а также цифроаналоговый преобразователь 33.В состав элемента 30 программируемой памяти входят дешифраторы 34.1- 34.3, а также 1 с сегментов 35,1-35.Е памяти. В состав блока 27 фиксации параметров тахограмм входят дешифраторы 36.1 и 36.2 и элементы 37,1-37,п памяти .Блоки 16-18, 20-28 участвуют в Формировании задания скорости электропривода в первой зоне, т,е. по каналу регулирования напряжения. Блоки 19 25-27, 29 участвуют в формировании задания скорости электропривода во второй зоне, т.е. по каналу регулирования поля электропривода постоянного тока.Цифровая система для позиционироВания электропривода постоянного тока работает следующим образом,В исходном состоянии на выходе 35 блока 1 задания перемещения код ИЬ заданного положения равен нулю, все счетчики импульсов и интегратор 7 находятся в нулевом состоянии, сигнал.И на втором выходе блока 29 зада йия поля двигателя соответствует номинальному потоку двигателя, сигнал.задания скорости У на выходе пер" вого блока 9 ограничения амплитуды равен нулю и электропривод 13 посто янного тока находится в состоянии покоя.Введенный в блок 1 задания переме-с щения код ИЬ заданного положения подается на первый вход сумматора 2. 50 На выходе сумматора возникает код рассогласования ЬИЬ, который подается на вход преобразователя 4 код частотаНа выходе преобразователя 4, имеющего линейную характеристику, воз. 55 никают импульсы, следующие с частотойвеличина которой пропорциональна коду рассогласования д ИЬ. Импульсы частоты 1 поступают на первый вход блока 5 ограничения частоты. На выхо" де блока 5 возникают импульсы, частота Г следования которых равна частоте Го, импульсов, поступающих на его второй вход с выхода второго клю ча 18, Вырабатываемые блоком 5 импуль сы суммируются в интеграторе 7, выходная величина И которого преобразуется цифроаналоговым преобразователем 8 в напряжение задания скорости П , которое через первый блок 9 ограничения амплитуды подается на первый вход первого блока 11 регулировавши, управляющего напряжением электропривода 13. При этом электропривод начинает разгоняться, импульсный датчик 14 перемещения начинает выдавать импульсы, частота Й следования которых пропорциональна скорости перемещения рабочего органа электропривода. Эти импульсы через формирователь б импульсов подаются на второй вход интегратора 7 и являются сигналом обратной связи в цифровом контуре регулирования скорости. С выхода формирователя б импульсы подаются также на вход счетчика 3 импульсов, производящего их суммирование, На выходе счетчика 3 код И представляет собой фактическое положение рабочего органа электро- привода и является сигналом обратной связи в цифровом контуре регулирования положения.В процессе отработки заданного перемещения разгон и торможение электро- привода 13 постоянного тока осуществляется в соответствии с величиной сигнала Г , заданной скорости, отрабатываемого в первой зоне по каналу управления напряжением двигателя), либо во второй зоне (по каналу управ" ления полем двигатели) цифровым контуром регулирования скорости, при этом суммарное число импульсов частоты Гоар в точности соответствует коду ИЬ заданного перемещения.В данной системе реализуется оптимальный, соответствующий минимуму тепловых потерь в электроприводе закон изменения скорости. Причем с целью повышения быстродействия при отработке средних и больших перемещений осуществляется двухзонное управление электроприводом постоянного тока с минимизацией суммарных тепловых потерь в обеих зонах регулирования скорости: до номинальной скорости - путем регулирования напряжения, подаваемого на двигатель, а выше номи- .5 15539 мальной скорости - путем регулирования магнитного потока двигателя. Каждому заданному перемещению Ь (его код ИЬ) за заданное время Т (его код ИТ) соответствует единственная, оптимальная по сумме потерь в обеих зонах тахограмма. В соответствии с этой тахограммой электропривод постоянного тока осуществляет два равных переме щения Ь за время Т (при разгоне и торможении) в первой зоне и перемещение Ьза время Т во второй зоне (фиг. 3). Параметры этой оптимальной ,тахограммы формируются в блоке 2 фик 15 сации параметров тахограмм, который представляет собой элемент программируемой памяти, каждая страница которого определяется кодом заданного перемещения ИЬ, адрес ячейки в каждой 20 странице определяется кодом ИТ заданного времени перемещения, а содержимое каждой ячейки памяти представляет собой следующую совокупность параметров тахограммы для первой и второй 25 зон регулирования скорости электро- привода:ИЬ - код перемещения в первой зоне (как при разгоне, так и при торможении), третий выход блока 2730 ИТ, - код времени перемещения впервой зоне (как при разгоне, таки при торможении),ИЬ - код перемещения во второйзоне, второй выход блока 27, 35ИТ - код времени перемещения вовторой зоне, первый выход блока 27,ИЬ, +ИЬ 1 - суммарный код перемещения при разгоне в первой зоне и перемещения во второй зоне, четвертый выход блока 27,В предлагаемой системе движениеэлектропривода в первой зоне осуществляется по оптимальной параболической 45тахограмме. Однако при двухзонном регулировании скорости движение в первой зоне производится не по всей отмеченной параболе (пунктирная линияна фиг. 3), а лишь по двум ее частям: 50при нарастании скорости до номинальной 7 и при снижении скорости ниженоминальной 71, после окончания регулирования скорости во второй зоне.Параметры отмеченной (расширенной)параболической тахограммы определяются величинами кодов перемещений ивремени перемещений в первой зоне регулирования;(1- -- -)Чн ИТ3 ИЬИЬ = ИЬтр7 ИТ)2 И 1ИТ,ЗИ 1ИТ = ИТР1 Ц2 И 1.,(2) которые формируются соответственно на пятом и седьмом выходах блока 27 фиксации параметров тахограмм и используются при формировании частей оптимальной параболической тахограммы в первой зоне регулирования скорости электропривода.На шестом выходе блока 27 фиксации параметров тахограмм формируется код ИЬ, в соответствии с выражением Т 1 оТ,И И 1 (3)1" 1 Р 2 Т1 р который заносится в счетчик 23 импульсов в момент обратного перехода регулирования скорости электропривода от второй зоны к первой.Параметры ИЬ, , ИТ , И 1,также входят в совокупйость содеряимого соответствующей ячейки памяти.Реализация оптимальной параболической тахограммы в первой зоне регулирования скорости производится следующим образом.В исходном состоянии счетчики 23-25 импульсов находятся в нулевом положении, код ИТ заданного времени перемещения и код ИЬ заданного пере-. мещения равны нулю, сигналы на выходах преобразователей 20, 21 и 22 частоты также равны нулю, ключ 17 закрыт.Введение в блок 1 задания перемещения и в блок 15 задания времени перемещения соответственно кодов ИЬ и ИТ начинает цикл отработки электроприводом заданного перемещения. Коды ИЬ и ИТ подаются соответственно на первые входы блока 27 фиксации параметров тахограмм и блока 26 сравнения кодов и на второй вход блока 27 фиксации параметров тахограмм, При этом по установочному входу в счетчик 23 импульсов через селектор 28 кодов заносится величина ИЬ,Р /2, а на частотный вход первого преобразователя 20 частоты через ключ 17 начи 1553955нает поступать частотный сигнал Й с выхода генератора 16 эталонной частоты. На выходе преобразователя 20 частота следования импульсов определяется выражением4 ИЬ 1 рйо ИТ1 р"Р Й где Й - поинятая дискретность задатния времени перемещения, 20т . е, цена импульса г енерат ора 16 эталонной частоты,Й - принятая дискретность задаЬния перемещения, т. е, ценаимпульса на выходе датчика14 импульсов.С выхода первого преобразователя 20 частоты импульсы частоты й со зраком минус поступают на частотный вход счетчика 23, изменяя его выход ной код в соответствии с выражением И (Е) = ИЬ 1 -Е, (8.1) ИЬ 1 р 1 РИмпульсы Г 1 поступают также на55 частотный вход второго преобразователя 21 частоты, на выходе которого частота Г следования импульсов определяется соотношением И= - ГМЬ 1 И 1 1 р(8)2 оИТ35Обозначение И на фиг. 3 относит- ся к графику, изображенному сплошной ломаной линией с точками излома в моменты Т и Т + Т. Эта линия гра 1фйчески отражает содержимое счетчика 40 23 в цикле работы устройства. На отрезке времени от нуля до Т, линия И описывается уравнением (Я) . На отрезке времени от Т 1 до Х, + Тсодержимое счетчика 23 не изменяется, 45 так как закрыт ключ 17. В момент времени Т, + Т 1 в счетчик 23 вводится код ИЬ , а ключ 17 открывается ина отрезке времени от Т, + Тдо Т . с.одержимое счетчика описывается урав- нением(10) На выходе преобразователя 22 частота Г следования импульсов определяется выражением И 16 ИЬ 1 т (т) = т.- = й 3 1 ИЬ о ИТ1 р 1 р3 6 ИЬ 1 р со ИТ 31 Р Пренебрегая динамической ошибкой в скорости, при движении электропривода можно записать для случая регулирования скорости в первой зоне Ч огр 3 Я( 12) где Ч - скорость перемещения рабочегооргана привода,Из соотношения (12) с учетом выражений (5), (6),и (11) уравнение скорости перемещения рабочего органа принимает вид Ьм 2 6 ИЬ 1 р7=2 й = -- (ГьИЬо ИТ1 р К ИЬ 1 р(9)1 ргде К = 12 - постоянный коэффициент.При этом знак частотного сигнала Еопределяется знаком И, кода счетчика 23, т.е, в период разгона привода в первой зоне при положительном И импульсы частоты Й суммируются в третьем счетчике 24, а при торможении привода в первой зоне отрицательное значение И, = ИЬ, (введенное по завершении регулирования во второй зоне в счетчик 23 импульсов через селектор 28 кодов с шестого выхода блока 27 фиксации параметров тахограмм) реверсирует счет импульсов в третьем счетчике 24 импульсов. Таким образом, выходной сигнал И 1 третьего счетчика 24 определяется выражениемИ (е) =(е)де = й6 ИЬ 1 рйо 1 Рз 6 И 1 р6 ЬрТ.)иво 1 Т 3 Т 21 р 1 р 6 Ь, г Т (13) ь О 20 25 30 15 35 магнитного потока двигателя, на первый вход которого, определяющий данный сегмент памяти, поступает с первого выхода блока 27 фиксации параметров тахограмм код ИТ времени перемещения привода во второй зоне. Навторой вход блока 30 задания магнитного потока двигателя, определяющийданную страницу в данном сегменте памяти, поступает с второго выходаблока 27 Фиксации параметров тахограмм код Ж перемещения во второйзоне. Наконец, на третий вход блока30 задания магнитного потока двигателя, определяющий адрес ячейки вданной странице памяти, поступает свыхода счетчика 32 блока 29 заданияполя двигателя код Втекущего перемещения электропривода во второизоне, Содержимое каждой ячейки памяти представляет собой совокупность 40 45 50 55 Выражение (13) показывает, что движение электропривоца в первой зоне регулирования скорости действител но осуществляется по отрезкам параболической тахограммы, оптимальной по условиям тепловых потерь в электроприводе.Импульсы частоты Гз подаются на вход четвертого счетчика 25, на выходе которого код Хз соответствует текущему перемещению электропривода.В момент 1 = Т когда электропривод, разгоняясь в первой зоне фиг. 3) достигает номинальной скорости, выходной код И счетчика 25 достигает величины МЬ кода перемещения привода в первой зоне регулирования скорости. При этом блок 26 сравнения кодов на своих выходах формирует сигналы, соответствующие переходу от первой к второй зоне регулирования скорости электропривода,а именно: сигнал с первого выхода блокирует ключи 17, 18 в канале формирования частотного сигнала задания скорости 2 в. первой зоне, сигнал с четвертого выхода открывает ключ 19 в канале формирования частотного задания скорости 2 во второй зоне, сигнал с третьего выхода запускает в работу блок 29 задания поля двигателя.Основу блока 29 задания поля двигателя составляет блок 30 задания кода КЧ , задаваемого текущего значения скорости электропривода во второй зоне, и кода И, задаваемого текущего значения магнитного потока электродвигателя, Код БЧ преобразователем 31 код - частота преобразуется в пропорциональную частоту Г задания скорости двигателя во второй зоне, импульсы которой поступают через ключ 19 на вход счетчика 25, выходной сигнал Х которого соответствует полному текущему перемещению электропривода. Кроме того, импульсы частоты Г поступают на вход счетчика 32, выходной сигнал М которого соответствует текущему перемещению электропривода постоянного тока во второй зоне. Код И ц цифроаналоговым преобразователем 33 преобразуется в пропорциональный сигнал У задания текущего магнитного потока двигателя при регулировании скорости во второй зоне. Таким образом, блок 30 задания магнитного потока двигателя в зависимости от величины Ьг и времени Тг перемещения рабочего органа электро- привода постоянного тока во второй зоне регулирования скорости формирует в Функции текущего перемещения во второй зоне заранее рассчитанную и занесенную в память оптимальную тахограмму во второй зоне регулирования скорости. При этом сигнал Бр поступает на вход второго блока 12 регулирования, выход которого связан с обмоткойвозбуждения двигателя и Формирует определяемый сигналом Бр закон ослабления магнитного потока двигателя при регулировании скорости во второй зоне. Так как скорость электропривода во второй зоне выше номинальной, то на входах первого блока 11 регулирования, управляющего напряжением двигателя, установлены первый (в канале задания) блок 9 ограничения амплитуды и второй в канале обратной связи по скорости) блок 10 ограничения амплитуды, ограничивающие сигналы до уровня, соответствующего номинальной скорости.Как и при регулировании скорости в первой зоне, цифровой контур регулирования положения при регулировании скорости во второй зоне также контролирует отработку заданного перемещения, так как при этом на входы интегратора 7 поступают задающий частотный сигнал Г =т. =Йи частотный сигогрнал 2 фактической скорости рабочего11 15 органа электропривода во второй зоне регулирования.В момент С = Т, + Т, когда электропривод, снижая скорость при регулировании во второй зоне, достигает номинальной скорости (фиг, 3), выходной код Бз счетчика 25 импульсов достигает величины БЬ, +ИЬ суммы кодов перемещения электропривода в первой (при разгоне) и во второй зонах. При этом блок 26 сравнения кодов на своих выходах формирует сигналы, соответствующие обратному переходу от второй к первой зоне регулирования скорости, т,е. по сигналу с второго выхода через селектор 28 ходов в счетчик 23 импульсов заносится код ЫЬ, рассчитанный в соответствии с выражением (3), сигнал с первого выхода открывает ключи 17, 18 в канале формирования частотного сигнала задания скорости Й в первой зоне регулирования скорости; сигнал с чет - вертого выхода закрывает ключ 19 в канале формирования частотного сигнала задания скорости Г во второй зоне регулирования скорости; сигнал с третьего выхода прекращает работу блока 29 задания поля двигателя,Работа системы на спадающем участке параболической тахограммы при регулировании скорости в первой зоне принципиально ничем не отличается от работы системы на восходящем участке Этой тахограммы. Отличие заключается только в том, что при движении на спадающем участке параболической тахограммы начальное значение выходного кода счетчика 23 равно И = ИЬ1 к (Фиг. 3).В момент= 2 Т,+Т, когда электропривод, двигаясь по спадающему участку параболической тахограммы в первой зоие регулирования скорости цостигнет- нулевой скорости, выходной код И з счетчика 25 достигнет величины ИЬ=2 ИЬ 1+БЬ 7, а блок 26 сравнения кодов своими выходными сигналами блокирует действие каналов формирова - ния оптимальной по тепловым потерям цвухзонной тахограммы электропривода.В конце цикла отработки заданного перемещения при Й 0= О сигнал ограниЧения блокируется, а контроль отработки заданного перемещения осществляется цифровым контуром регулирования положения. В этом случае приналичии ошибки в позиционировании(например, из-за инерционности конту-ра регулирования скорости или из-заналичия статической нагрузки) на входинтегратора 7 через блок 5 ограничения частоты поступают импульсы частоты Г, Код Ич на выходе интегратора,а следовательно, и сигнал Цз на выхо -де первого блока 9 ограничения амплитуды изменяются таким образом, чтобыустранить рассогласование. При достижении величиной кода фактического положения рабочего органа электропривода значения ИТ=БЬ кода заданногоперемещения рассогласование становится равным нулю, а рабочий орган электропривода останавливается в заданномположении,Формула изобретения 1. Цифровая система для позиционирования электропривода постоянного тока, содержащая блок задания времени перемещения, последовательно соединенные блок задания перемещения, сумматор, первый преобразователь код - частота, блок ограничения частоты, интегратор, цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные первый блок регулирования, двигатель, датчик перемещения, формирователь импульсов, выход которого соединен с вторым входом интегратора, первый счетчик импульсов, выход которого подключен к второму входу сумматора, а также последовательно соединенные генератор эталонной частоты, первый ключ, управляющий вход которого подсоединен к первому выходу блока сравнения кодов, первый преобразователь частоты, первый информационный вход которого соединен с вторыми информационными входами второго и третьего преобразователей частоты, а выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, к тактовому входу второго преобразователя частоты и тактовому входу третьего преобразователя частоты, первый информационный вход которого подсоединен к выходу третьего счетчика вход управления реверсом которого соединен с выходом знакового разряда второго счетчика импульсов, счетный вход третьего счетчика импульсов подключен к выходу второго преобразователя частоты, первый информационный вход которого подсоединен к выходу второго счетчика импульсов, первый вход сум 15539матора соединен с первым уставоч- " ным входом блока сравнения кодов, информационный вход которого подсоединен к выходу четвертого счетчика им 5 пульсов, счетный вход которого подключен к второму входу блока ограничения частоты, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия при минимальных тепло вых потерях в электроприводе, в нее дополнительно введены блок Фиксации параметров тахограмм, блок задания поля двигателя, второй блок регулирования, первый и второй блоки ограничения амплитуды, второй и третий ключи и селектор кодов, причем выход блока задания перемещения соединен с первым входом блока фиксации параметров тахограмм, второй вход которого подсоединен к выходу бЛока задания времени перемещения, первый и второй выходы блока фиксации параметров тахограмм подключены соответственно к первому и второму входам блока задания поля двигателя, второй выход которого соединен с входом второго блока регулирования, выход которого подсоединен к второму входу двигателя, выход которого подключен к входу второго блока ограничения амплитуды; выход которого соединен с вторым входом первого блока регулирования, первый вход которого подсоединен к выходу первого блока ограничения амплитуды, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, третий и четвертый выходы блока Фиксации параметров тахо- грамм соединены соответственно с вто,40 рым и третьим уставочными, входами блока сравнения кодов, третий выход которого подсоединен к третьему входу блока задания поля двигателя, первый выход которого подключен к входу третьего45 55 14ключа, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока сравнения кодов, выход третьего ключаподсоединен к счетному входу четвертого счетчика импульсов и к выходувторого ключа, вход которого подключен к выходу третьего преобразователя частоты, а управляющий вход которого соединен с первым выходом блокасравнения кодов, второй выход которого подсоединен к управляющему входуселектора кодов выход которого подключен к установочному входу второго счетчика, первый вход селекторакодов соединен с первым информационным.входом первого преобразователячастоты и с пятым выходом блока фиксации параметров тахограмм, седьмойвыход которого подсоединен к второмуинформационному входу первого преобразователя частоты, а шестой выходблока фиксации параметров тахограммподключен к второму входу селекторакодов,.2. Система по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что блок заданияполя двигателя содержит соединенныепоследовательно блок задания магнитного потока двигателя, нреобразаватель код - частота и счетчик, а также пифроаналоговый преобразователь,вход которого подключен к второмувыходу блока задания магнитного потока двигателя, а выход соединен с вторым выходом блока задания поля двигателя, первый выход которого подсоединен к выходу преобразователя кодчастота, первый и второй входы блоказадания поля двигателя подключенысоответственно к первому и второмувходам блока задания магнитного потока двигателя, а выход счетчика соединен с третьим входом блока заданиямагнитного потока двигателя.