Система автоматического регулирования скорости электропривода

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1277331(5 Р 4 Н 02 Р 5/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ вайгель-гегепнен нИвгуценнеге йеиненнй Ь;) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Зеленов А. Б. Синтез и исследование релейных систем управления электроприводом постоянного тока. - Электромеханика, Известия вузов. 1979,5, с. 407 - 413.Загороднюк В. Т., Жиляков В. И., Садовский А. В. Синтез регуляторов электроприводов промышленных роботов. - Системы управления горными машинами, Межвузовский сб., Новочеркасск, 1979, с. 110 - 116.Авторское свидетельство СССР1136289, кл. Н 02 Р 5/06, 1983.(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРО- ПРИВОДА(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, применяемых в металлургии и химической промышленности. Целью изобретения явля. ется повышение точности регулирования. Использование компенсации позволяет устранить, нелинейную зависимость параметров якорной цепи от угловой скорости электродвигателя, а введение блоков 23 и 24 перемножения и интеграторов 17 и 18 позволяет управлять скоростью сферического двигателя при обеспечении наперед заданного качества регулирования, т. е. обеспечить независимость выходной координаты от меняющихся в широком диапазоне пардметров электропривода и внешних возмунц ний.1 3. п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования электроприводов постоянного тока, применяемых в металлургии, химической промышленности, машиностроении.Целью изобретения является повышение точности регулирования скорости электро- привода путем компенсации параметрических и внешних возмущений при ограниченной частоте скользящего режима.На фиг. 1 приведена блок-схема системы автоматического регулирования скорости электропривода; на фиг. 2 - то же, при использовании в качестве объекта управления сериесного электродвигателя.Система (фиг. 1) содержит электропривод 1, выполненный по системе преобразователь - двигатель, модель 2 замкнутого электропривода, состоящую из последовательно включенных сумматора 3, моделей 4- 6 соответственно тиристорного преобразователя, цепи якоря и механической части электродвигателя, выходы которых соединены с входами сумматора 3, релейный элемент 7, выход которого соединен с входом тиристорного преобразователя 8, а входы подключены к выходам усилителей 9 - 11, каждый из которых через отдельный сумматор 12, 13 или 14 соединен соответственно с выходами механической части 15 электродвигателя и ее модели 6, с выходами якорной цепи 16 электродвигателя и ее модели 5, с выходами тиристорного преобразователя 8 и его модели 4.Система содержит также интеграторы 17 и 18, вход первого из которых подключен к выходу сумматора 12, а вход второго - к выходу сумматора 13, выход интегратора 17 соединен с входами сумматоров 13 и 14, а выход интегратора 18 - с входом сумматора 14.Модель 2 электропривода содержит усилители 19 - 21, включенные в цепь обратной связи по регулируемой координате, и усилитель 22, включенный между выходогл сумматора 3 модели 2 электропривода и входом тиристорного преобразователя 8.Система автоматического регулирования, представленная на фиг. 2, помимо элементов, изображенных на фиг. 1, содержит два блока 23 и 24 возведения в квадрат, а также последовательно соединенные источник 25 напряжения, пропорционального сопротивлению якорной цепи электродвигателя, сумматор 26, усилитель 27, блок 28 перемножения и динамическое звено 29, передаточная функция которого обратна передаточной функции тиристорного преобразователя 8, при этом второй вход сумматора 26 соединен с выходом механической части 15 электродвигателя, второй вход блока 28 перемножения связан с выходом цепи якоря электродвигателя, выход динамического звена 29 подключен к входу тиристорного преобразователя 8, а входы сумматоров 13 и 14 5 0 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 соединены соответственно через блоки 23 и 24 возведения в квадрат с выходами якорной цепи 16 электродвигателя и тиристорного преобразователя 8. Сериесный электродвигатель в электроприводе 1 содержит дополнительное звено 30, учитывающее цепь возбуждения.Входной сигнал Х- определяет задание в статике (заданный уровень стабилизации скорости ю). В модели 2 формируются желаемые значения Е";, 1, щ+(невозмущенные движения) фазовых координат Е., 1, ц электропривода. Сформированные таким образом координаты Е;" 1,ф модели 2 представляют собой задания в динамике и статике координатам Е, 1,о электропривода.Система работает следующим образом.До подачи входного сигнала Х. на модель 2 желаемые значения фазовых координат Еф, 1, ш модели равны нулю, следовательно, на вход модели 4 тиристорного преобразователя и тиристорный преобразоватепь 8 поступает сигнал управления У = О, на входы релейного элемента 7 поступают нулевые сигналы, релейный элемент работает в скользящем режиме, причем выход его равен нулю, поэтому на вход тиристорного преобразователя 8 поступает нулевой суммарный сигнал. После подачи входного сигнала Хна выходе сумматора 3 модели 2 посредством усилителя 19 - 21 формируется сигнал управления У = Х- - А 9 гв - 1 гм 1 -- 1 г,Е", одновременно поступающий на входы модели электропривода (вход модели 4 тиристорного преобразователя) и электро- привода 1 посредством усилителя 22. При этом одновременно на выходах моделей 4, 5 и 6 при помощи сумматора 3 формируются желаемые значения (невозмущенные движения) Е, 1, се фазовых координат электропривода, которые могут быть измерены, и текущие (истинные) значения Е, 1, ж фазовых координат эпектропривода на выходах звеньев 8, 15 и 16. В сумматорах 12, 13 и 14 вычисляются отклонения (координаты возмущенного движения) )т( текущих значений фазовых координат электропривода от их желаемых значений, которые посредством усилителей 9 -1 поступают на входы релейного элемента 7.Если модель 2 точно моделирует динамические свойства электропривода, на вход электроприводане действуют внешние возмущения и не меняются параметры электропривода, то сигнал управления сl обеспечивает Е = - Е, 1 = 1, м = а при использовании в качестве как релейного элемента, так и линейного усилителя вместо него. На входы релейного элемента 7 поступают нулевые сигналы. Таким образом, при идентичности свойств электропривода и его модели регулирование электропривода посредством усилителя 22 ведется управлякццим воздействием модели с/, которое по отношению к электроприводу 1 является про 1277331граммным и которое обеспечивает реализацию координатами Еь, 1, щ электропри вода их программных (желаемых) значений Е, 1,м. Поскольку при этих условиях не возникает возмущающее движение, т. е. ц, = = т 2 = цз = О, то дополнительное управление 11 с выхода релейного элемента 7, работающего в скользящем режиме, равно нул ю.Если модель не идентична электроприводу, меняются его параметры или на него действуют внешние возмущения, то действительные зцацения фазовых координат не равны желаемым, возникает возмущенное движение, координаты ть т), тз которого не равны нулю. Сигналы отклонения ть т 2, Чз через усилители 9 - 11 поступают на входы релейного элемента. Поскольку на вход релейного элемента 7 не подан входной сигнал Х- и подключены только выходы усилителей 9 - 11, то выбором их параметров можно обеспечить работу релейного элемента в скользящем режиме при любом Л . В результате на выходе релейного элемента 7 формируется дополнительное управление(/ = - я Р ий 9 т+ А, от 2 + lГт) з),стремящееся погасить возмущенное движение электропривода. Это управление обеспечивает компенсацию влияния изменений параметров тиристорного преобразователя 8 и внешних возмущений, приложенных к его входу, Однако влияние иных возмущений (например, изменение параметров якорной цепи от нагрева, статического момента, изменение момента ицерции) не может быть скомпенсировано достаточно точно без интеграторов 17 и 8. При работе системы при отсутствии интеграторов и действий статической нагрузки появление статического тока приводит к тому, цто скорость начинает уменьшаться и на выходе первого сумматора 12 формируется положительная ошибка т= со - ж. Стремясь отработать эту ошибку, релейный элемент 7 в скользящем режиме увеличивает воздействие (l ца вход тиристорцого преобразователя 11, что естественно приводит к увеличению координат Е, 1 и к формированию на выходах второго 13 и третьего 14 сумматоров отрицательных ошибок г 1 = 1 - 1, цз =- ш - ю. Таким образом, в системе возникают антагонистические противоречия и релейный элемент 7 формирует компромиссное управление. которое затягивает переходный процесс и способствует наличию статической ошибки в установившемся режиме. Подключение интеграторов 17 и 18 устраняет эти противоречия, обеспечивает сокращение длительности переходных процессов и устраняет статицеские ошибки. Действительно, если действует 1, то Ч)0, но задание на ток равно сумме (1 + у 1), а задание на Е равно (Е + у. + уз). За счет выбора коэффициентов усиления усилителей 10 и 11 и интегратора 18 можно всегда обеспечить одинаковые знаки отклонений ть 12, 1 з и устранить противоречивую информацию, поступающую на вход релейного элемента 7, а интеграторы 17 и 18 устраняют статические ошибки о координатам о, 1 в установившемся режиме. Минимум ошибки 1)з в установившемся режиме обеспечивается за счет скользящего релейного элемента 7 и поэтому можно не подключать еще один интегратор с выхода сумматора 14 на вход релейного элемента 7. Если же необходимо полностью устранить статическую ошибку 1 з, то такой интегратор может быть подключен. Введение интеграторов 17 и 18 аналогично решает задачу и при действии иных возмущений.Таким образом, использование программного управления 1/ приводит к тому, что ресурс релейного элемента используется только на компенсацию влияния меняющихся условий работы электропривода. Исполь зование дополнительных интеграторов 17и 18 позволяет и при наличии одного релейного элемента обеспечить независимость движения выодной координаты системы от меняющихся в широком диапазоне параметров электропривода и действующих на его входы внешних возмущений.В системе, изображенной на фиг. 2, навход сумматора 26 подан сигнал Я, равный относительным потерям мощности и цепи якоря двигателя. 1-еобходимость введения компенсации обьясняется следующим.Для электродвигателя последовательного возбуждения справедливо соотношениеН Е 1 х+СоЙПараметры этого инерционного звеназависят от угловой скорости. Для компенсации этой зависимости вводят дополнительное воздействие на вход якорной цепи 16Е, = (Я + См)1; Е = Е 1 + Е(2) 40Тогда уравнение (1) с учетом (2) преобразуется к виду= Е) (3)45 и, следовательно, параметры якорной цепиуже не зависят от угловой скорости. С учетом того, цто дополнительное воздействие Е должно формироваться тиристорным преобразователем 8, переносят воздействие Е на вход преобразователя 8 и наодят, что окончательное компенсирующее воздействие.приложенное к входу преобразователя 8, равно(Л = (р)(Р+ Сю), (4) где В 7(р) - обратная передаточная функция тиристорного преобразователя. Уравнение (4) реализуется блокамц 26 29.До подачи входного сигнала Х. ца модель 2 желаемые значения фазовых координат Е, Р, с)ф модели равны цлю, поэтому lф = О, на вход релейного элемента 7 поступают нулевые сигналы и он работает в скользящем режиме, сигнал ня его выходе равен нулю. Поэтому на вход преобразователя 8 поступает нулевой суммарный сигнал. После подачи Хна выходе сумматора 3 формируется управление с, одновременно поступающее на вход модели 4 преобразователя и через усилитель 22 - ца вход преобразователя 8. Коэффициент усиления усилителя 22 вырабатывается так, чтобы в режиме холостого хода обеспечить блоками 23 и 24 возведение в квадрат примерных равенств с)лс)ф, Р=Р, ЕтЕ",. В сумматорах 1214 вычисляются отклонения 111 - 1)з, которые через усилители 9 - 11 ш)стуцак г ца входы релейного элемента 7. Если система в режиме холостого хода настроена так, что т) = т)2 = тз = О, Ь = О, то чправлецис 1.2 с Выхода релейного элемента 7 равно нулю и управление электроприводом 1 ведется воздействием с которое цо отношению к электроприводу 1 является программным. Если изменяется скорость электро- привода или действует статическая нагрузка, то действительные значения фазовых коор.)динат Е, 1, с) не равны их заданным значениям (невозмуценным движециям) Е", ф, с)ф, в системе возникает возмущенное движение, координаты )111 з которого не равны нулю. Сигналы отклоненияз через усилители 9- 11 поступают ця входы . релейного элемента 7, который Всегда работает в скользящем режиме и формирует дополнительное управление Ь , стремящееся погасить возмущенное движение элек гропривода. Это управление обеспечивает компенсацию влияния изменений параметров преобразователя 8 и внешних возмупений, приложенных к его входу. Однако Влияние иных возмущений (изменение параметров двигателя при изменении скорости, статического момента, момента инерции) це может быть скомпенсировано достаточно точю, если не использовать интеграторы 17 и 18 и блоки 26 - 29.Как следует из (1), (2) и (4), щ.цомогятельное компенсирующее управление (4), реализуемое блоками 26 -29, обеспечивает компенсацию переменных параметров цепи якоря 16, которая описывается после Введения У, не уравнением (1), а уряВцеццем (3), т. е. теперь параметры инерциоццого звена не зависят от угловой скорости двигателя. Если не использовать ицтеграторы 17 и 18, то в системе возникают стяИческие ошибки по координатам и затягивает;я переходный процесс.Пусть под влиянием статической нагрузки скорость с) на выходе механической части 15 двигателя уменыцилась. Тогда ця Выходе сумматора 2 ошибка ) ==- " - 1)О. Отрабатывая эту о ибку, релейный элемент 7 в скользяцем режиме увеличивает Воздействие с/з, что приводит и формированию ошибок г)з =- "-.-О; 11 з = Е -Е,- ОВ системе возникают противоречия, чтоведет к затягиванию переходного процесса и формированию статРческих оцибок. При помощи интеграторов 17 18 противоречия устраняются, сокраиастся длительность переходных процессов. 1;сли уменьшилась скорость с), то задание на ток равно Гф+у, 1 а цяпряжецис -Е -1- у + у. Зя счет выбора коэффициентов усиления соответстВуюцРх входов сумматоров 13 и 4 мсжцо всегда обеспечить одинаковые знаки отклонений 1- - ;. Ма,Осгь сццибки 1)з обеспечивается за счет скслзящего режима релейного элемента 7, ц) цри необходимости можно вместо ус;лителя1 использовать 20 пропорционально-интс гряльцое звено.Таким образом. использование компенсации позволяет устранить нелинейную зависимость параметров я орной пени от угловой скорости двигателя, а введение блоков 23 и 24 перемножения и интеграторов 17 и 18 позволяет управлять скоростью сериесцого двигателя при обесшчении наперед задац Ого качества регулирования, т. е. обеспечить независимость выходной координаты От меняющихся В широком диапазоне параметров электроцривотя ц Вцеццих ВозмуЦЕЦИ й.Формула Вс)бр.тс яая. Системы автомтичсского регулирова 1:ця скорости электро;рводя, Выпо,ценного по системе тиристорцый прсобразователь -- двигатель, содержащая модель замкнутого электропри вода, состоящую з цослсдоятельно включенных сумматора, х озелей 40 преобразователя, сепц якоря и механическойчасти электрсдвигат ля, Выходы которых соединены с входами указаного сумматора, рслейцый элемент, выход которого соединен с Входом тиристорР Ого преобрязова геля, Выходы которого подключены к вых)дяГ 45трсх усилителей, каждый из которых через. ололыый сумматор: оедицец соответственно с выходами мсхан ческой части электродвигателя и сс модели, с Выходамц якорной пепи электродвигателя и се модели и с выходами тиристоргого преобразователя и его Г 10 дели, Отичйюшая я тем, что, с цлью повышения то ности регулирования скорости :утем комцесации параметрических и в:ец- их Воз м чпс ни Й цр Р 01 ряи чс 111 ОЙ час тоте СКОЛЬЗЯЦЕГС) РЕЖИМЫ, В НЕЕ ВВЕДЕЫ ДВЗ ИН тсгратора, Входы котсры.с по.клк)чецы соотВстствеццо к Вы хс)дя Г первого и Второ О Отдельных суммятороц, Выход первого интегратора соединен с Вхсмц Второ:о 11 трс тье1277331 6281 Составитель В. Ктзнсиова Редактор Л. Г 1 овкан Техред И. Всрсс Корректор И. МГска Заказ 6675/54 т р, 631 1 однн нос ВНИИПИ Государственно о комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушскаи наб., д. 45 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Г 1 роектнав, 4го сумматоров, а выход второго интегратора - с входом третьего сумматора. 2, Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности компен сации параметрических и внешних возмуГцений при использовании в качестве объекта управления сериесного электродвигателя, в нее введены два блока возведения в квадрат, а также последовательно соединенные источник напряжения, пропорционального сопротивлению якорной цепи электродвигателя, дополнительный сумматор, усилитель, блок перемножения и динамическое звено,передаточная функция которого обратна передаточной функции тиристорного преобразователя, при этом второй вход дополнительного сумматора соединен с выходом механической части электродвигателя, второй вход блока перемножения связан с выходом цепи якоря электродвигателя, выход динамического звена подключен к входу тиристорного преобразователя, а входы второго и третьего отдельных сумматоров соответственно соединены через указанные блоки возведения в квадрат с выходами якорной цепи электродвигателя и тиристорного преобразователя.