Устройство для управления приводом

Союз Советских Социалистических Республик) Заявлено 12. 07. 78 (21) 2674297/18 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийс присоединением эаявни Мо(088.8) та опубликован описания 170181(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ дви- раэ 5 Изобретение относится к управлению позиционным электроприводом, осуществляемому с помощью замкнутой системы подчиненного регулирования, и может быть использовано для приводов, выттолняющих перемещение рабочих органов механизмов на заданную величину, как, например, приводы нажимных винтов, линеек, подъемных столов и других подобных механизмов прокатных станов.Известна система, осуществляющая способ управления позиционным электроприводом, которая содержит каскадно включенные регуляторы тока, скорости вращения и положения и блок задания перемещения, причем на входе регулятора положения сравниваются сигналы заданного и действительного значения позиции, а выходной сигнал этого регулятора, являясь заданием скорости вращения электропривода, сравнивается на входе регулятора скорости с сигналом действительной скорости вращения. Регулятор скорости помимо регулирования этого параметра осуществляет также. ограничение ускорения двигателя на заданном уровне за счет избыточного сигнала задания скорости, и, таким образом, регулирование перемещения рабочего органапроизводится прн равноускоренномженин злектропривода на участкахгона и торможения,При этом основная функция регулятора положения состоит в определениимомента начала торможения из условиянаиболее быстрой отработки заданногоперемещения при заданном ускорении,без перерегулирования 11.Недостатком этой системы с линейным регулятором положения являетсяотносительное увеличение времени отработки перемещений рабочего органа,меньших настроечного, обусловленноетем, что в этом случае коэффициентусиления регулятора оказывается нижетого, который требуется для осуществления данного перемещения за минимальное время.В результате этого торможение,начинаясь преждевременно при относительно меньшей скорости, заканчивается экспоненциальным участком (такназываемым "дотягиванием"). При этомотносительное увеличение времениотработки перемещения получается тембольшим, чем меньше это перемещение.Наиболее близким к изобретению поство, содержащее каскадно включенные регулятор скорости, параболический регулятор положения и блок ввода задания перемещения 21 .Благодаря параболической характеристике регулятора положения моментначала торможения, определяемый равенством выходного сигнала регулятора положения, пропорционального квадратному корню иэ остатка пути, действительной скорости вращения на входе регулятора скорости, соответствует заданному перемещению, чем обеспечивается наименьшее при заданном ускорении время отработки этого перемещения.Однако поскольку на практике параболическая характеристика реализуется путем аппроксимации параболы линейными участками, припасовываемыми друг к другу и при этом влияющими один на другой, параболический регулятор положзния весьма сложен по устройстну и трудоемок н настройке. Это усугубляется необходимостью уменьшения наклона начального участка параболической характеристики для обеспечения монотонности процесса окончания регулиронания перемещения .в ли- .нейной зоне работы системы, когда не ограничен нИ-один из параметров злектропривода,Главный же недостаток параболического регулятора состоит н том, чторегулирование перемещения на участке торможения происходит в этом случае практически при отсутствии избыточного сигнала задания скорости, З 5из-за чего точность поддержания заданного значения ускорения при торможении и связанная с этим величинавремени отработки перемещения становятся н сильной степени зависимы Оми от стабильности ряда параметровэлектропривода, таких, например, какнапряжение питания, момент сопротивления и др. Этот недостаток усугубляется н случае перехода к цифровымдискретным) позиционным системам,поскольку здесь начинает сказываться.,и период квантования сигналов.Таким образом, известное техническое решение не обеспечивает стабильность процесса управления, что ухуд Ошает качество регулирования перемещений и снижает производительность механизма,Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства за 55счет обеспечения стабильности процесса управления при одновременном минимуме времени отработки произвольного перемещения для увеличения производительности механизма. 60Поставленная цель достигается тем,что н устройство для управления приводом, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения, первый сумматор и регулятор положения и последонательно соединенныевторой сумматор, регулятор скорости,исполнительный элемент и двигатель,выход которого связан с датчиком положения и датчиком скорости, выходыкоторых подключены соответственно ковторому входу первого сумматора и первому входу второго сумматора, введены после,цс зательно соединенные блокпамяти, функциональный преобразователь, первый селектор и делитель ипоследовательно соединенные источник постоянного напряжения и второйселектор, ныход которого подключенко входу делителя, первый вход блокапамяти соединен со вторым выходомпервого сумматора, а второй вход - совторым выходом блока задания перемещения, второй вход делителя соединенс выходом регулятора положения, авыход - со вторым входом второго сумматора,На чертеже представлена функциональная схема устройства,Устройство содержит тиристорныйпреобразователь 1, питающий якорьдвигателя 2, в цепи которого установлен датчик 3 тока, а с валом механически связаны датчик 4 скорости идатчик 5 положения. Преобразователь 1управляется трехконтурной системойподчиненного регулирования, состоящейиз каскадно включенных регулятора бтока, регулятора 7 скорости, регулято-"ра 8 положения и блока 9 задания переещения, при этом выходы датчика 3ока, датчика 4 скорости и датчика 5положения подключены соответственнок входам регулятора б тока, регулятора 7 скорости и регулятора 8 положения через третий 10, второй 11 ипервый 12 сумматоры соответственно,Между сумматором 11 и выходом регулятора 8 положения нключен делитель13.Источник 14 постоянного напряжения подключен к второму селектору 15,блок 16 памяти соединен с функциональным преобразователем 17, выходкоторого подключен к перному селектору 18. Сумматор 10, регулятор бтока, тиристорный преобразователь 1и датчик 3 тока, образуют исполнительный элемент 19.Сущность управления позиционньвэлектроприводом состоит в том, чтовыходной сигнал регулятора 8 положения, имеющего коэффициент усиления,пропорциональный отношению заданногозначения ускорения Е к максимальнойскорости вращения ьпж4)РД чаис помощью делителя 13 увеличиваютв 1/Я раз, гдечальнбго рассогласования по положению, Ьо13 - Во - начальное рассогласование по положению; 3 З - заданное перемещение;- действительное положение механизма в начальный момент регулирования переме Ьения и " - максимальный путц) трЮхразгона и торможения привода,З К - 1 ( 20 спозх Момент начала торможения в даннойсистеме определяется равенством нулю результирующего сигнала на входе регулятора 7 скорости, т.е. равенством задающего сигнала Ш сигналу действи 3,тельной скорости вращения Ю , соотнетствующей моменту начала торможения:ЗОР) Ъ нт Величина рассогласования по положению в момент начала торможения ДВ с учетом выражений (1), (2) и (3) З 5 получается ранной яьу 4 цтнт К1(4)40Поскольку при равноускоренном движении электропривода регулирование перемещений, меньших настроечного, осуществляется при треугольном граФике изменения скорости связь между 45 .полным перемещением, численно равным начальному рассогласованию дно, и скоростью вращения Ю, выражается зави- симостью д Ы о Епредставляющему собой условие минимальности времени отработки перемеще- Я ния при равноускоренном движении электропривода.Для перемещений, больших настроеч,ного, т е. таких, у которых Ъ у 1, значение сигнала на входе делителя Этот сигнал, .представляющий собой Я заданное значение скорости вращения ШД, сравнивают на входе регулятора 7 .скорости с сигналом действительной скорости вращения и)В этом случае результирующий коэффициент усиления контура регулирования положения, связывающий сигналО с рассогласованием по положению Д 2, оказывается пропорциональным:13 становится равным единице, т.е.в этом диапазоне перемещений К :КХ 6Рпр рп ЮГПоскольку такие перемещения реализуются при трапецеидальном графике изменения скорости, то н этом случае ГО) нт птОИ Нт О) х1НТРо Г 9) Последнее выражение, так же как и выражение (6 , является услонием минимума времени отработки перемещения, производимого с максимальной скоростью Ю 10 поскольку правая часть выражения (.9) как раз представляет собой величину тормозного пути для этонизма Ьо в момент образования команды"пуск", поступающим на вход обратной связи регулятора 8 положения от датчика 5 положения, Сигнал ЬСо запоминается блоком 16 памяти на весь период отработки заданного перемещенияВыходной сигнал блока 16 памяти, пропорциональный относительному значению начального рассогласования %, поступает на вход функционального преобразователя 17, осуществляющего операцию извлечения квадратного корня иэ % . Выходной сигнал этого преобразователя, пропорциональный Ьпри % ) %е поступает через диодный селектор сигналов 18 в качестве дели" теля на вход делителя 13, на второйнход которого в качестве делимогоподан выходной сигнал регулятора 8положения, имеющего указанный вышенеизменный коэффициент усиления,ХВыходный сигнал делителя 13 поступа" ет в качестве сигнала задания скорости Ы на задающий вход регулятора 7 скорости, где сравнивается с сигналом действительной скорости вращения, поступающим с датчика 4 скорости. При 1 САо диодный селектор 18 сигналов оказывается запертым, и в ка-. честве делителя на вход делителя 13 подается сигнал Ло от. источника 14 го случая.Устройство работает следующим образом.,При нноде блоком 9 по команде "пуск" очередной уставки заданного перемещения 63 на .задающий вход регулятора 8 положения этой же командой "пуск", поступающей на стробирующий вход блока 16 памяти, производится запись н него информации о начальной величине рассогласования ДЕ, представляющей собой разность между сигналом заданного значения 6 и сигналом действительного положения меха796794 2, Там же, с. 89-93 (прототип) Составитель Л. ЦаллаговаРедактор П. Бабич Техред С.Мигунова Ко екто Г. Наза ва. Заказ 9767/64 Тираж 951 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 через диодный селектор 15 сигналов, Тем самым ограничивается минимальное значение сигнала на делительном входе делителя 13, а, следовательно, максимальная величина результирующего коэффициента усиления Кп при малых перемещениях (% С %ц) , регулирование которых на участке торможения происходит с ускорением, меньшим заданного, т.е. в линейной зоне работы системы.Ограничение максимальной величины выходного сигнала функционального преобразователя 17 на уровне, равном гдинице, при %71 обеспечивает ограничение по минимуму результирующего коэффициента усиления Крр зна чением, соответствующим выражейию (,7), при трапецеидальном графике изменения скорости электропривода.Предлагаемое техническое решение Обеспечивает увеличение производитель 2 О ности позиционных механизмов за счет повышения стабильности процесса управления при одновременном обеспечении минимального при заданном ускорении времени отработки перемещений. Это достигается благодаря обеспечению данным техническим решением высокой стабильности поддержания тормозногб тока;, а следовательно, ускс - рения электропривода в режиме торможения. Формула изобретенияУстройство для управления приводом, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения,первый сумматор и регулятор положенияи последовательно соединенные второйсумматор, регулятор скорости, исполнительный элемент и двигатель, выход которого связан с датчиком положения и датчиком скорости, выходы которых подключены соответственно ковторому, входу первого сумматора и первому входу второго сумматора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, оно содержит последовательно соединенные блок памяти,функциональный преобразователь, первый селектор и делитель и последовательно соединенные источник постоявного напряжения и второй селектор,выход которого подключен ко входуделителя, первый вход блока памятисоединен со вторым выходом первогосумматора, а второй вход - со вторымвыходом блока задания перемещения,второй вход делителя соединен с выходом регулятора положения, а выход -со вторым входом второго сумматора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Лебедев Е. Д. и др, Управлениевентильными электроприводами постоянного тока, И., "Энергия", 1970,с, 83-89,