Электропривод с подчиненным регулированием параметров

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) (И) Н 02 Р 5/06 ИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханикипри Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 813645, кл. Н 02 Р 5/06, 1978.(54)(57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВпо авт св. Р 813645, о т л и ч а ю"щ и й с я тем, что, с целью стабилизации динамических характеристикэлектропривода, в него введены последовательно соединенные дифференцирующее звено и сумматор, а пороговый элемент выполнен управляемым, приэтом вход дифференцирующего звенаподключен к датчику скорости, второйвход введенного сумматора соединенс датчиком тока, а выход сумматорасвязан с управляющим входом порогового элемента.1108593 родвигателя. 2. Электропривод по и. 1, о т - д и ч а ю щ и й с я тем, что пороговый элемент содержит инвертирующий усилитель и элемент смещения, соединенный с управляющим входом порогового элемента и подключенный своим выходом к входу суммирующего уси" лителя, выход которого соединен с Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению автоматизированными электроприводами по"стоянного тока, и может быть использовано в электроприводах подач металлорежущих станков.По основному авт. св. В 813645 известен электропривод с подчиненнымрегулированием параметров, содержащийпреобразователь, питающий якорь электродвигателя, систему управления споследовательно включенными пропорционально-интегральными регуляторами скорости и тока, ключевой элемент,включенный параллельно конденсатору 15 репи обратной связи регулятора скорости, а также соединенный с задатчиком и датчиком скорости блок сравнения, пороговый элемент, блок фиксации насыщения регулятора скорости, схему совпадения и дифференцирующее звено, при этом выход блока сравнения через пороговый элемент соединен с одним из входов схемы совпадения, другой вход которой соединен с вы- р ходом блока фиксации насыщения регулятора скорости, подключенного к выходу регулятора, а выход схемы совпадения через дифференцирующее звено соединен с управляющим входом ключевого элемента 11.Недостаток известного электропривода с подчиненным регулированием параметров - неудовлетворительные динамические характеристики электро- привода при изменении в широких пределах момента статической нагрузки электродвигателя, а именно большое перерегулирование по скорости и большая, соответственно, длительность времени переходного процесса в электроприводе, объясняющиеся тем, что в динамических режимах при надвумя входами нелинейного элемента,с одним непосредственно, а с другимчерез инвертирующий усилитель, третий вход нелинейного элемента является входом порогового элемента, аего выход соединен с входом выпрямителя, выход которого служит выходомпорогового элемента. сыщении пропорционально-интегрального р егулятора с кор ос ти в моментыуменьшения рассогласования по скорости Ло ЛО=О-О) происходитразряд потенциала конденсатора вцепи обратной связи регулятора скорости путем его закорачивания ключевым элементом. Однако при изменении величины момента статическойнагрузки электродвигателя в известном электроприводе при насыщении регулятора скорости происходит неоптимальный выбор момента времениразряда потенциала конденсатора, находящегося в цепи обратной связирегулятора скорости (момент времениразряда конденсатора в известномэлектроприводе строго определяетсявеличиной рассогласования по скорости ь О , которая является величинойпостоянной). Это приводит к тому,что пропорционально-интегральныйрегулятор скорости после разрядаконденсатора в цепи обратной связиснова насыщается и известный электропривод теряет свои преимуществаперед обычной системой подчиненногорегулирования при изменении в широких пределах момента статическойнагрузки электродвигателя. Такимобразом, известный электроприводс подчиненным регулированием параметров имеет неудовлетворительныединамические характеристики по управляющему воздействию при изменениимомента статической нагрузки электЦель изобретения - стабилизациядинамических характеристик электропривода.Цель достигается тем, что в электропривод введены последовательносоединенные дифференцирующее звено и сумматор, а пороговый элемент выполнен управляемым, при этом вход дифференцирующего звена подключен к датчику скорости, второй вход вве денного сумматора соединен с датчиком тока, а выход сумматора связан с управляющим входом порогового элемента.Пороговый элемент содержит при . 10 этом инвертирующий усилитель и элемент смещения, соединенный с управляющим входом порогового элемента и подключенный своим выходом к входу суммирующего усилителя, выход кото рого соединен с двумя входами нелинейного элемента, с одним непосред" ственно, а с другим - через инвертирующий усилитель, третий вход нелинейного элемента является входом по рогового элемента, а его выход соединен с входом выпрямителя, выход которого служит выходом пороговогоэлемента.На фиг. 1 изображена блок-схема 25 предлагаемого электропривода с подчиненным регулированием параметров, на фиг. 2 - схема порогового элемента, на фиг. 3 - временные диаграммы выходного напряжения пропорционально- З 0 интегрального регулятора скорости.Злектропривод с подчиненным регулированием параметров (фиг. 1) содержит пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор 1 скорости, выход35 которого соединен с первым входом ПИ регулятора 2 тока, преобразователь 3, питающий якорь электродвигателя 4, причем вход преобразователя 3 соединен с выходом ПИ регулятора 2 тока, шунт 5, выход которого через датчик 6 тока подключен к второму входу ПИ регулятора 2 тока, датчик 7 скорости (тахогенератор), установленный на валу электродвигателя 4, ключевой элемент 8, юунтирующий конденсатор 9, находящийся в цепи обратной связи ПИ регулятора 1 скорости, схему 1 О совпадения, выход которой подключен через дифференцирую 50 щее звено 11 к управляющему входу ключевого элемента 8, блок 12 фиксации насыщения ПИ регулятора 1 скорости, через который выход ПИ регулятора 1 скорости соединен с первым входом схемы 10 совпадения, блок 1355 сравнения, пороговый элемент 14, выход которого подключен к второму входу схемы 10 совпадения, а входы блока 13 сравнения - к входам ПИ регулятора 1 скорости, причем выход тахогенератора 7 соединен с входом дифференцирующего звена 15, выходом подключенного к входу сумматора 16, второй вход которого соединен с выходом датчика 6 тока, а выход сумматора 1,6 соединен с управляющим входом порогового элемента 14. При этом блок 12 фиксации насыщения регулятора 1 скорости включает в себя нелинейный элемент с зоной нечувствительности;Пороговый элемент 14 содержит элемент 17 смещения, соединенный с управляющим входом порогового элемента и подключенный своим выходом к входу суммирующего усилителя 18, выход которого соединен с двумя входами нелинейного элемента 19, с одним непосредственно, а с другим - через инвертирующий усилитель 20, Третий вход нелинейного элемента 19 является входом порогового элемента, а его выход соединен с входом выпрямителя 21, выход которого служит выходом порогового элемента.На фиг. 3 приняты следующие обозЮ начения:сигнал 22 и 23,пропорциональный рассогласованию по скорости (дО при номинальном статическом токе электродвигателя и на холостом ходу соответственно); пропорциональная составляющая 24 и 25 в выходном сигнале регулятора скорости (при номинальном статическом токе электродвигателя и на холостом ходу соответственно), интегральная составляющая 26 и 27 в выходном сигнале регулятора скорости (при номинальном статическом токе электродвигателя и на холостом ходу соответственно); полный выходной сигнал 28 и 29 пропорционально-интегрального регулятора скорости. Электропривод с подчиненным ре-гулированием параметров работаетследующим образом,Выходной сигнал тахогенератора 7поступает на дифференцирующее звено15, на выходе которого получаютпроизводную по скорости вращения,пропорциональную динамическому токуэлектродвигателя. Данный сигнал поступает на сумматор 16, на второйвход которого поступает сигнал,пропорциональный полному току якоряэлектродвигателя. При этом на выходе1108593 5сумматора 16 получают сигнал, пропорциональный статическому току электродвигателя. Выходной сигнал, сумматора 16 управляет величиной зоны нечувствительности порогового 5 .элемента 4, которая имеет максимальное значение в динамических режимах на холостом ходу, чри которых момент статической нагрузки равен моменту сухого трения в электродви гателе. При больших моментах статической нагрузки зона нечувствительности порогового элемента 14 имеет минимальное значение, Осуществляется это следующим образом. Выходной 15 сигнал с сумматора 16 поступает на суммирующий усилитель 18, на вход ко. торого также поступает сигнал с. элемента 17 смещения Выходной сигнал суммирующего усилителя 18 подается го на вход инвертирующего усилителя 20, который предназначен для получения противофазного сигнала по сравнению с выходным сигналом суммирующего, усилителя 18. Сигналы с выходовпо следнего и с ннвертирующего усилителя 20 поступают на входы нелиней" ного элемента 19, и данные сигнала являются зоной нечувствительности нелинейного элемента 19, выходной сигнал которого поступает на вход выпрямителя 21, который осуществляет получение модуля выходного сигнала нелинейного элемента 19. Элемент 17 смещения предназначен для установки начальной зоны нечувствительности нелинейного элемента 19, т.е. при нулевом значении момента статической нагрузки (холостой ход). При увеличении статического40 тока электродвигателя увеличивается сигнал на выходе сумматора 16, что приводит к уменьшению сигнала на выходе суммирующего усилителя 18. При этом уменьшается сигнал на вы 45 ходе инвертирующего усилителя 20, а это приводит к уменьшению зоны нечувствительности порогового элемента 14. Таким образом происходит регупирование зоны нечувствительности порогового элемента 14 в функции момента статической нагрузки. В электроприводе срабатывание ключевого элемента 8 в функции стати ческого тока электродвигателя происходит следующим образом (осуществляется пуск на холостом ходу). В этом режиме ПИ регулятор 1 ско. рости находится в насыщении. С выхода блока 12 на первый вход схемы совпадения проходит потенциал "1", сигнализирующий о том, что ПИ регулятор 1 скорости находится в насыщении. С выхода порогорого элемента 14 на второй вход .схемы 10 совпадения поступает потенциал "0", означающий что рассогласование по скорости ьО =(О-Отп) )дО, При этом с выхода схемы 10 совпадения снимается потенциал "0", на управляющий вход ключевого элемента 8 с дифференцирующего звена 11 приходит также нулевой потенциал, и ключевой элемент 8 разомкнут. При равенстве рассогласования по скорости лО = =(Й "тп) с выхода порогово о элемента 14 на второй вход схемы 10 совпадения подается потенциал " 1" (фиг. 3, момент времени 1 ), и схема 10 совпадения скачком перебрасывается в новое состояние. На вход дифференцирующего звена 11 поступает сигнал в виде ступеньки.Импупьс, образующийся на выходе дифференцирующего звена 11, поступает на управляющий вход ключевого элемента 8, при этом конденсатор 9 в цепи обратной связи регулятора 1 скорости шунтируется через замкнутый ключевой элемент 8 Ллительность импульса, замыкающего ключевой элемент 8, меньше времени необходимого электроприводу для отработки рассогласования лО до нуля, а постоянная времени разряда конденсатора 9 такова, что конденсатор за время, равное длительности импульса, успевает разрядиться практически полностью. Вследствие этого ПИ регулятор1 скорости не теряет управляемости(характеристика 29). При пуске электродвигателя на холостом ходу величина зоны нечувствительности порогового элемента 14 является максимальной. Пусть осуществляется пускэлектродвигателя 4 с максимальным моментом статической нагрузки, приэтом ускорение, развиваемое электродвигателем, минимально (характеристика 22), и ЛИ регулятор 1 скоростинаходится также в насыщении. Еслисохранять величину зоны нечувствительности порогового элемента 14 тойже и равной ьО, то разряд конденсатора 9 происходит раньше (в моментвремени 1 ь ) по сравнению с разрядомконденсатора 9 во время пуска нахолостом ходу (в момент времени 1 з )При этом интегратор ПИ регулятора 1скорости разряжается по кривой 26,и выходной сигнал ПИ регулятора 1скорости, (характеристика 28), определяемый как сумма пропорциональ"ной и интегральной составляющей(характеристики 25 и 26), запаздывает по сравнению с изменением рассогласования по скорости (переходрассогласования по скорости черезноль в момент времени, а выходной сигнал ПИ регулятора скоростипереходит через ноль в 1 ). Еслипри пуске электродвигателя с максимальным моментом статической нагрузки величину зоны нечувствительности порогового элемента 14 уменьшитьдо величины до, т.е, на величину,пропорциональную величине моментастатической нагрузки, то разряд кон.денсатора 9 ПИ регулятора скоростипроисходит в момент времени. Приэтом разряд конденсатора 9 путем егозакорачивания ключевым элементом 8,при насыщении ПИ регулятора 1 скорости и уменьшении рассогласованияпо скорости до 02 осуществляется вмомент времени , Выходной сигналПИ регулятора 1 скорости разряжается по характеристике 29, определяемой как сумма интегральной составляющей 27 и постоянной составляющей 24т.е. по той же характеристике, что ипри пуске электродвигателя на холостом ходу. При этом обеспечивается независимость выходной характеристики ПИ регулятора скорости приразряде потенциала конденсатора вдинамических режимах при его насыщении от величины момента статической нагрузки электродвигателя. Момент времени перехода рассогласования по скорости через ноль (моментвремени 1 ) и момент перехода выходного сигнала ПИ регулятора 1 скорости одинаковы, и ПИ регулятор ско.рости не вносит запаздывание в динамических режимах при его насыщеции5 при изменении в широких пределахмомента статической нагрузки электродвигателя.Изменение величины ьО обеспечивается с помощью управляемой величи 10 ны зоны нечувствительности порогового элемента 14 в функции момента статической нагрузки.Таким образом,. в электроприводес.подчиненным регулированием пара 15 метров происходит стабилизация динамических свойств электроприводапо управляющему воздействию при насыщении ПИ регулятора скорости приизменении в широких пределах момента20 статической нагрузки электродвигателя, а именно сокращение временипереходных процессов и уменьшениеперерегулиройания по скорости вращения. Осуществляется это с помощью25 оптимального выбора времени разряда конденсатора пропорциональноинтегрального регулятора скорости вдинамических режимах при насьшенииэтого регулятора,30 Применение предлагаемого электропривода с подчиненным регулированиемпараметров в производственных механизмах приводит к повышению их производительности. Например, в механизмах подач металлорежущих станков с ЧПУ повышается производительность труда путем улучшения динамических свойств электропривода, аименно за счет стабилизации динамических характеристик электропривода при изменении момента статичес.кой нагрузки. При этом сокращаетсявремя переходных процессов в электроприводе, что ведет к уменьшениювремени, затрачиваемого на обработкудеталей на металлорежущем станке,и росту производительности труда.