Электропривод с оптимальным управлением

,ЯО 13391)4 Н 02 Р 5/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ сСОРЗИЧ:13 ", И1Ыьдй м ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСКОМУ СВИДТЕЛЬСТ Бюл . олите я Вел й рев В,Г.Д ническии инстикой Октябрьской люции бови 8.5(0 свиде02 Р идете Н 02 ельство СССР7/36, 1980.ьство СССР5/06, 1983,Р 10(57) Изобретение отн технике и может быть электр ситс спользовано а электродвигателя.2 иг. 1(21) (22) (46) (71) тут соци (72) и А. (53) (56) В 74 3975903/218.11. 8523.09.87.Киевскийим. 50-леталистическЮ.В.ГудзьВ,Чермалых621. 316. 7Авторское6855, кл. Нвторское с70679, кл. я управления электродвигателямистоянного тока в механизмах циклиского действия. Целью изобретения является снижение потерь энергии вэлектроприводе. Устройство содержитфункциональный преобразователь 14вход которого соединен с блоком 18задания угла поворота и с первым входом блока 13 управления, последовательно соединенные первый интегратор15, третий сумматор 16, первый ключ10 и второй интегратор 17, выходкоторого подключен к входу первогосумматора 3, Устройство позволяетснизить потери электроэнергии эасчет формирования диаграммы скоростиоптимальной по потерям для каждогозначения заданного угла поворотапервому 15 и второму 17 интеграторам подключены соответственно второй и третий 12 ключи, управляющие вхо.ды которых соединены с первым выхо 40 1 13398Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вэлектроприводах постоянного тока цик.лического действия.Г)Целью изобретения является снижение потерь энергии в электроприводе.На фиг. 1 дана структурная схема злектропривода с оптимальным управлением;на фиг. 2 - диаграммы скорости, ускорения, рывка, где Ц)" - напряжение на и-выходе х-блока.Электропривод с оптимальным управлением содержит электродвигатель 1 постоянного тока, подключенный к блоку 2 регулирования напряжения, и последовательно соединенные первый сумматор 3, регулятор 4 частоты вращения, второй сумматор 5 и регулятор 6 тока, выход которого подключен к входу блока 2 регулирования напряжения, датчики 7 и 8 частоты вращения и тока, входы которых подключены к входам соответственно первого 3 и второго 5 сумматоров, пропорциональ ный усилитель 9, соединенный с входом второго сумматора 5, три ключа 10 - 12, блок 13 управления с двумя входами и двумя выходами,функциональный преобразователь 14 с двумя выходами и входом, соединенным с первым входом блока 13 управления, и последовательно соединенные первый интегратор 15, третий сумматор 16, первый ключ 10 и второй интегратор 17, выход которого подключен к входу35 первого сумматора 3 и второму входу 15 блока 13 управления, параллельно 54различных значениях угла поворота (или пути перемещения рабочего органа) с,к электродвигателя 1 определяется оптимальное время Т циклаопт при заданных максимальных значениях ускорения к, и рывка р , На вход устройства (клемма 18) подается напряжение Б, , пропорциональное углу поворота электродвигателя 1 (Б,=П ). Обработка заданного угла поворота вала двигателя 3 производится при определенных значениях ускорения б и рывка р . Напряжения, пропорциональные величинам й иформируются на выходе функционального преобразователя 14 -- Текущее значение ускорения р изменяется по прямой ссре, Е =- рк, Т (Фиг, 2) . Напряжение, пропорциональное ускорениюформируется на выходе сумматора 16 с характеристикой 0,6Интегратор 15 имеет характеристйку Ц- Н . Угловая скорость электродвиРгателя 1 определяется какы= йр = ( - р с) йс.Напряжение)пропорциональное угловой скорости, Формируется на выходе интегратора 17 с .передаточной функциейЦп Н)б" Ме Бр г.) и подается на регулятор 4 частоты вращения с сумматора 3 с характеристикой Б = Ц,Коэффициент передачи датчика 7 частоты вращенияТТЬг максветственно третьего сумматора 16 и первого интегратора 15,вход пропорционального усилителя 9 соединен с входом второго интегратора 17.Вход функционального преобразователя 14 соединен также с блоком 18 задания угла поворота.Электропривод работает следующим образом.Для обеспечения оптимального управления по минимуму потерь электрической энергии электропривода при 50 дом блока 13 упраьления, второй выходкоторого подключен к управляющемувходу первого ключа 10, первый и второй выходы функционального преобразователя 14 соединены с входами соотскорости ыакс вала электродвигателя 1Угол поворота с) = ы дС - (Е - Р ) ей,тогдасС = ЕурУгловая скорость ы сз Б 1, изменяется по кривой оаЬ (фиг, 2) с параболическими. участками оа и аЬ, а площадь, ограниченная кривой оаЬ, равна углу поворотаВ момент времени С, угол поворотап сг Р РРЕ = 1,5 р мс 1Так как Еав еследовательно,где П 1 макс 25 а на первом 30 1 Ктгде К9 С 35 Напряжение Цтор 6 тока черезтеристикой 40 Ф 09 ПвВ точке аловой скоростиное значение 50 Аналогичныеключи 12 и 11 Й 1 12 1 аР,сЙ с Т при П = 1; Р 95Ускорение Ек, связано с динамической составляющей тока 1 электродви 9гателя 1 соотношением 1 Е = с 1 в, где 1 - приведенный момент инерцииэлектропривода; 10С - постоянный коэффициент дляпринятого электродвигателя.При коэффициенте обратной связи по току П в макс51 макс максимальное напряжение на выходе датчикатока при максимальномзначении тока электродвигателя;максимальный ток электродвигателя.СТогда П = - П и.равно напЕ 1 К., Эряжению на выходе сумматора 16, ПеБ 1 вБ - напряжение на выходе усилителя 9, соответствующее заданному ускорению электропривода, пропорционально динамическому току 1 К 19 Е,С Е рк 9 рв коэффициент переда-. чи пропорционально" го усилителя 9.подается на регулясумматор 5 с харак(фиг. 2) величина уг.е,р имеет максималь 45 Се Ед мсе кс макс Р 2 рПри оптимальном режиме работы электропривода по потерям электро- энергии 6 1 ЫгдеТЭс оптимальное значение времени периода;момент статической нагрузки электропривода; ток электродвигателя,-- сС сйС ссЕ С 12 1 11, 12 аРщ=-1 СТ 9 = -т 9опт опт Подставляя выражение для Т,2 Мс полУчим Ррк 1 Д к с Используя последнее выражение,величина ускорения определится какМсЕ = - , Г 6 с к,Напряжение на втором выходе функционального преобразователя 14 формируется по выражению2 Мс2 БЕ, 1Так как величины приведенного момента инерции 1 и момента статического Мс являются постоянными для конкретного электропривода, то напряжения БР и Б Е на выходе функциональйого преобразователя 1 е изменяются только в зависимости от значения заданного угла поворота, т, е. напряжение Бср,.Отключение электропривода в конце цикла (точка Ь на фиг. 2) производится ключом 10, который, размыкаясь, разрывает связь сумматора 16 и интегратора 17, Замыкаются ключи 11 и 12, которые закорачивают выходы и входы интеграторов 15 и 17, и сигнал задания скорости электропривода становится равным нулю. Ключ 10 имеет характеристикугпри Пв = 1 к при П = О,г характеристики имеют40 45 50 55 0 при Б = 1; 1 711 0 при 0 = О18Управление ключами производится блоком 13 управления, который имеет характеристику при Б7 0 при 1117 = 07 0 при 11117 ) 07 1 при 111 у ) 0; О при П - О. При снятии входного сигнала (О7 Ь0) на выходе блока 13 управления будут следующие значения сигналов: 11 = 1 - О.18 18Рассмотрим работу устройства при подаче на его вход (клемма 18) напряжения, пропорционального заданному углу поворота вала электродвигателя 1. Это напряжение, пропорциональное площади, ограниченной кривой оаЬ (фиг, 2), подается на первый вход блока 13 управления, при этом ключ 10 замыкается,а ключи 11 и 12 размыкаются. Входное напряжение Б пода 18 ется на функциональный преобразователь 14, с выхода которого через сумматор 16, ключ 10, пропорциональный усилитель 9, сумматор 5, регулятор тока 6, блок 2 регулирования напряжения, датчик 8 тока - на электродвигатель 7. При вращении якоря электродвигателя сигнал датчика частоты вращения подается через сумматор 3 на регулятор 4 частоты вращения, Сигнал датчика 8 тока подается на сумматор 5. Напряжение Б ю Би подается на интегратор 15. Напряжение на его выходе начинает увеличиваться и подается на сумматор 16, на выходе которого напряжение изменяется по прямой сй (фиг, 2)в период разгона электродвигателя 1. Когда напряжение на выходе интегратора 15 превышает напряжение на втором входе сумматора 16, начинается замедление электродвигателя 1 по прямой ое. Изменение напряжения на выходе интегратора 15 происходит по прямой сне, так как на его входе в период всего цикла приложено постоянное напряжение Б = Б , Когда напряжение с выхода сумматора 16 через ключ 5 10 15 20 25 30 35 10 подается на вход интегратора 17,на его выходе напряжение увеличивается по второй оЬ при разгоне электродвигателя 1 и уменьшается по кривой аЬ при его замедлении. Это напряжение пропорционально заданнойскорости ы и Б, . При напряжении77на выходе интегратора 17, равном нулю, на выходах блока 13 Б= 1;Б = О, При этом ключ 10 размыкаетчся и сигнал на его выходе становится равным нулю,а ключи 11 и 12 замыкаются и интеграторы 15 и 17 подго-тавливаются к следующему циклу.Электродвигатель1 останавливается.Таким образом, обеспечивается автоматическая остановка электропривода при любом задании входногосигнала Б,Для разгона электродвигателя 1в обратную сторону необходимо сигнал задания угла поворота двигателя11 подать противоположной поляр 18ности. При снятии сигнала Бнавыходе блока 13 управления устанавливаются логические уровни1; Б, = О, ГГри этом ключ 10 разомкнут,а ключи 11 и 12 замкнуты.Работа электродвигателя 1 производится по оптимальному законупо потерям энергии, так как егодвижение производится по кривой оаЬ(фиг. 2) с оптимальным временемцикла. Формула изобретения Электропривод с оптимальным управлением,содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к блоку регулирования напряжения,и последовательно соединенные первый сумматор, регулятор частоты вращения,второй сумматор и регулятор тока, выход которого подключен к входу блока регулирования напряжения, датчик частоты вращения и датчик тока якоря, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго сумматоров, отличающийся тем,что, с целью снижения потерь энергии,в него введены пропорциональный усилитель, выход которого подключен к входу второго сумматора, блок задания угла поворота, блок управления с двумя входами и двумя выходами, функциональный преобразователь с двумя выходами и входом, соединенказ 4243/54 Тираж 659 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набПодписСР роизводственно-полиграфическое риятие, г. Ужгород, ул. Проектная,ным с выходом блока задания углаповорота и первым входом блока управления,и последовательно соединенные первый интегратор, третийсумматор, первый ключ и второй интегратор, выход которого подключен квходу первого сумматора и второмувходу блока управления, второй и третий ключи подключены параллельно соответственно первому и второму интеграторам, управляющие входы второго и третьего ключей соединены спервым выходом блока управления,второй выход которого подключен к управляющему входу первого ключа,первый и второй выход функциональногопреобразователя соединены с входамисоответственно третьего сумматора ипервого интегратора, вход пропорционального усилителя соединен свходом второго интегратора, функциональный преобразователь и блок управления реализуют следующие функциональные зависимости- ф Х, -Е + Еф соответственно на входе и первбм, второмвыходах функционального преобразователя;постоянные коэффициенты;сигналы соответственно на первом и втором выходах и первоми втором входах блокауправления.