Устройство для регулирования частоты вращения электропривода постоянного тока

О П И С А Н И Е (11,731539ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет 02 Р 50 осударственный коми СССР о делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 30.04.8 72) Автор изобретения Я. Ткаченк 1) Заявитель сковский ордена Трудового Красного Знамени инженерно строительный институт имени В. В. Куйбышева(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ маВРА 1 ЦЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА 25 Изобретение относится к электроприводам и предназначено для управления электроприводами постоянного тока с нежесткой кинематической передачей от двигателя к механизму.Известно устройство для регулирования электропривода постоянного тока, в котором механизм соединен с двигателем упругой связью, содержащее установленные на валу двигателя и валу механизма тахогенераторы, выходы которых через элемент суммирования соединены со входом системы управления приводом 111,Такое включение тахогенераторов обеспечивает демпфирование колебаний электропривода, однако при этом уменьшается быстродействие, особенно при низкой собственной частоте колебаний электропривода, а влияние оборотных пульсаций тахогенераторов, которые могут достигать 9%, затрудняет использование этого устройства. Кроме того, установка тахогенератора на валу механизма для многих электропрпводов затруднена.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и по достигаемому результату является устройство для регулирования частоты вращения электропривода постоянного тока, двигатель которого связан с механизмом упругой кинематической передачеи, содержащее последовательно включенные регулируемый преобразователь, питающий двигатель, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря, фильтр и регулятор частоты вращения двигателя с подключенным к его входу датчиком частоты вращения 21. Такое устройство с фильтром, включенным между регуляторами частоты вращения и тока якоря, обеспечивает демпфирование колебаний только при токе якоря двцгателя, меньшем предельного, а при минимальном значении тока не оказывает демпфирующего воздействия, Это делает его неэффективным для электроприводов с частымп и длительными режимами разгона, торможения и реверса, когда ток якоря достигает максимального значения. Кроме того, устройство увеличивает время регулирования, что снижает быстродействие электро- привода, особенно при низкой частоте относительных колебаниц масс двигателя и механизма.Цель изобретения - уменьшение колебаний электроиривода и времени регулирования. Это достигается тем, что в устроиство для регулирования частоты вращения электропривода постоянного тока, двигатель которого связан с механизмом упругой ки10 15 ТРд м1+ РКтр 1 д+ м) РМ = -20 нематической передачей, содержащее последовательно включенные регулятор частоты вращения двигателя с подключенными к его входу задатчиком и датчиком частоты вращения, регулятор тока якоря с подключенным к его входу задатчиком и датчиком частоты вращения, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря и регулируемый преобразователь, питающий двигатель, введены последовательно включенные инерционные звено первого порядка, нелинейный элемент с параболической характеристикой, блок суммирования и нелинейное звено с зоной нечувствительности, а также интегрирующеещее звено, блок ограничения и операционный усилитель с равным единице коэффициентом усиления по первому входу и превышающим его по меньшей мере на порядок коэффициентом усиления по второму входу, причем указанный операционный усилитель включен первым входом и выходом между регулятором частоты вращения и регулятором тока якоря, второй его вход соединен с выходом нелинейного звена, а в цепь его обратной связи включен блок ограничения, входы инерционного звена соединены с выходами датчика тока якоря, интегрирующего звена и источника сигнала, пропорционального моменту сопротивления механизма, а входы блока суммирования - с выходами регулятора частоты вращения и интегрирующего звена, вход которого как и вход регулятора частоты вращения соединен с выходом инерционного звена.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство для управления электроприводом, в котором двигатель 1 соединен с механизмом 2 упругой кинематической передачей 3, содержит питающий двигатель регулируемый преобразователь 4, включенный на его входе регулятор 5 тока якоря с датчиком 6 тока якоря, а также регулятор 7 частоты вращения с подключенным к его входу датчиком 8 частоты вращения, Между выходом регулятора 7 и входом регулятора 5 включен операционный усилитель 9 с равным единице коэффициентом усиления по первому входу, подключенному к выходу регулятора 7, и превышающим его на порядок коэффициентом усиления по второму входу, подключенному к выходу последовательно соединенных нелинейного звена с зоной нечувствительности 10 и блока 11 суммирования. В цепи обратной связи операционного усилителя 9 включен блок 12 ограничения. Ко входу блока 11 суммирования подключены выход регулятора 7, выходы введенных в устройство интегрирующего звена 13 и через нелинейный элемент 14 с параболической характеристикой - инерционного звена 15 первого порядка, выход которого подключен также ко входам интегрирующего звена 13 п ре 25 30 35 40 45 50 55 60 65 гулятора 7, а к его входу подключены выходы датчиков 6, интегрирующего звена 13, а также источник 16 сигнала, пропорциональный моменту М, сопротивления механизма.Устройство работает следующим образом.Инерциопное звено 15 обеспечивает получение на его выходе сигнала, пропорционального скорости РМ изменения момента Му в упругой кинематической передаче, если его параметры выбрать в соответствии с выражением, определяющим зависимость этой скорости от выходных величин этого звена Км + Л 4 с - Л 4 У где У, У, - моменты инерции двигателя имеханизма;С, К,р - жесткость и коэффициент трения кипематической передачи;г - ток двигателя;Км - коэффициент пропорциональности.Так как выход инерционного звена 15 соединен с входом интегрирующего звена 13, то на выходе последнего получаем сигнал, пропорциональный величине момента М в упругой кинематической передаче. Звенья 13 и 15 легко могут быть выполнены с помощью решающих усилителей. С помощью блока 11 сравнивается выходной сигнал регулятора 7, определяющий требуемое в соответствии с выполняемым режимом управления значение момента в упругой кинематической передаче, с его фактическим значением, поступающим с выхода интегрирующего звена 13, с учетом скорости его изменения, определяемой выходным сигналом инерционного звена 15 и поступающей на вход блока 11 через нелинейный элемент 14.В случае малых значений получающегося в результате такого сравнения выходного сигнала блока 11, лежащих в пределах зоны нечувствительности нелинейного звена 10, на второй вход операционного усилителя 9 сигнал не поступает, и устройство работает как обы гная система подчиненного регулирования частоты вращения и тока якоря двигателя, что обеспечивается выбором коэффициента усиления операционного усилителя 11 по первому входу, подключенному к выходу регулятора 7, равного единице, и выбором ограничения выходного напряжения этого усилителя, осушествляемого блоком ограничения 12 таким же, как у регулятора 7.Если выходной сигнал блока 11 по модулю больше зоны нечувствительности нели 731538Исммакс У, нейцого звена 10, причем момент в упругой кинематической связи с учетом дополнительного сигнала, зависящего от скорости его изменения, меньше выходного сигнала регулятора 7, то сигнал на втором входе операционного усилителя 9 добавляется к сигналу, поступающему на первый вход этого операционного усилителя с выхода регулятора 7 и вследствие большого коэффициента усиления по второму входу быстро увеличивает выходной сигнал операционного усилителя 9 до максимального значения, обеспечивая максимальное задание величины тока якоря ц тем самым максимальную скорость отработки рассогласования. При возникновении такого рассогласования по моменту в упругой связи в режиме разгона, когда регулятор частоты вращения находится в зоне ограничения, и поэтому ц операционный усилитель 9 находится на границе этой же зоны, дополнительный сигнал на втором входе операционного усилителя 9 практически не изменяет движения электропривода, так как блок 12 исключает возможность дальнейшего увеличеция выходного сигнала операционного усилителя 9.При изменении знака выходного сигнала блока 11, поступающего на второй вход операционного усилителя 9, этот сигнал вычитается цз сигнала, поступающего на первый вход операционного усилителя 9 с выхода регулятора 7, и вследствие большого коэффициента усиления по второму входу меняет знак выходного напряжения операционного усилителя 9 и доводит его до максимального значения, обеспечивая уменьшение рассогласования с максимальной скоростью (знак и величина выходного напряжения регулятора 7 прц этом могут це изменяться, например, в режиме разгона).При новом изменении знака выходного сигнала блока 11 процесс повторяется до сведения рассогласования к достаточно малой величине, определяемой зоной нечувствительности нелинейного элемента 10.Благодаря высокому коэффициенту усиления по второму входу операционного усилителя 9 изменение величины и знака его выходного напряжения близко к релейному, характерному для оптимального по быстродействию управления, а введение нелинейного элемента 14, имеющего параболическую характеристику, в цепь сигнала, пропорционального скорости изменения момента в упругой кцнематической передаче, позволяет сформировать функцшо переключения этого сигнала, близкую к оптимальной. Благодаря этому обеспечивается высокая эффективность демпфирования колебаний и повышается быстродействие, способствующее уменьшению времени регулирования. В то же время сохранение небольших зон пропорционального управле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бо 65 ния (вследствие конечного значения коэффициента усиления операционного усилителя 9) и нечувствительности нелинейного звена 10 позволяет исключить характерные для идеального оптимального управления автоколебания в зоне установившегося режима.Дополнительное подключение выхода инерционного звена 15 ко входу регулятора 7 обеспечивает введение гибкой обратной связи по моменту в упругой кццематической передаче вблизи установившегося режима, когда регулятор 7 выходит цз зоны ограничения, что обеспечивает стабилизацию электропрцвода в этом режиме. При больших рассогласованцях во время переходных процессов разгона, торможения ц реверса эта обратная связь не действует вследствие насыщения в этих режимах регулятора частоты вращения.Устройство целесообразно применять в электропрпводах, для которых момент сопротивления механизма может быть измерен илц известен, а также в случае незначительного влцяцця момента сопротивления на момент в упругой кцнематической передаче в переходных режимах цлц малых возможных отклонений этого момента от известного среднего значения (электроприводы испытательных стендов, механизмов для горизонтального перемещения грузов с гибким подвесом, позиционных механизмов с малым моментом сопротивления). При этом наиболее эффективным является это устройство для электропрцводов с малым периодом собственных колебаний, сравнимых с длительностью переходных процессов.Таким образом, изобретение обеспечивает уменьшение колебаний электропривода во всех режимах управления, причем эффективность уменьшения этих колебаний повышается в результате формирования максимально допустимого демпфирующего воздействия на привод прц возникновении этих колебаний, что повышает также быстродействие ц позволяет уменьшить время регулирования. Формула изобретен ця Устройство для регулирования частоты вращения электропрцвода постоянного тока, двигатель которого связан с механизмом упругой кцнематпческой передачей, содержащее последовательно включенные регулятор частоты вращения двигателя с подключенными к его входу задатчиком ц датчиком частоты вращения, регулятор тока якоря с подключенным к его входу датчиком тока якоря ц регулируемый преобразователь, пцтающцц двигатель, отл п ч аРедактор В. Фельдман аказ 756/17 Изд,286 Тираж 798 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5пографня, пр. Сапунова, 2 1 о щ е е с я тем, что, с целью уменьшения колебаний электропривода и повышения быстродействия, в него введены последовательно включенные инерционное звено первого порядка, нелинейный элемент с параболической характеристикой, блок суммирования и нелийейное звено с зоной нечувствительности, а также интегрирующее звено, блок ограничения и операционный усилитель с равным единице коэффициентом усиления по первому входу и превышающим его, по меньшей мере, на порядок коэффициентом усиления по второму входу, причем указанный операционный усилитель включен первым входом и выходом между регулятором частоты вращения и регулятором тока якоря, второй его вход соединен с вь 1 ходом нелинейного звейа, а в цепь его обратной связи включен блок ограничения, входы инерционного звена соединены с выходами датчика тока якоря, интег рирующего звена и источника сигнала, пропорционального моменту сопротивления механизма, а входы блока суммирования - с выходами регулятора частоты вращения и интегрирующего звена, вход которого как 10 и вход регулятора частоты вращения соединен с выходом инерционного звена.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка Франции2260224, кл. Н 02 р 15 6/00, 1975.2. Журнал АЕб, Те 1 е 1 цпкеп, Тес 11 п 131 ЬеМШе 11 цпдеп, т. 60,6, 1970, с. 369 - 372.