Система управления

(71) Челябинский политехнический институт им,Ленинского комсомола (72) Л.И,Цытович и О.В.Одинцова . (53) 60-52 (088.8)(56) Гарнов В,К. и др, Унифицированные системы автоуправления электроприводом в металлургии. М.: Металлургия, 1977, с. 114, рис. 52.Авторское свидетельство СССР У 842722, кл, 6 05 В 23/02, 1981. (54) (57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая последовательно соединенные источник задающего сигнала, первый сумматор, первый интегратор, первый релейный элемент, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, первый демодулирующий фильтр, второй сумматор, второй интегратор, второй релейный элемент, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и через нормально замкнутый контакт первого ключевого элемента, второй демодулирующий фвльтр, вентильный преобразователь подключен к входу исполнительного электродвигателя с тахо-генератором, последовательно соединенные первый делитель частоты, вход которого соединен с выходом первого релейного элемента. первый.ЯО 1211688 А пропорционально-дифференцирующий регулятор, первый демодулятор, последовательно соединенные второй дели тель частоты, вход которого соеди нен с выходом второго релейного элемента, второй пропорциональнодифференцирующий регулятор, второй демодулятор, выходы первого и второго демодуляторов подключены соответственно к первому и второму входам блока логической Функции 2 И-НЕ, выход которого соединен с управляющим входом первого ключевого элемента, к третьим входам первого и второго сумматоров подключены соответственно через датчик 19 напряжения выход тахогенератора и непосредственно выход датчика тока якоря электродвигателя, о т - С л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, она ФФ содержит последовательно соединенные1 второй ключевой элемент с нормапьно замкнутым контактом, фильтр, а пер вый ключевой элемент снабжен дополнительно нормально разомкнутым кон" тактом, вход и управляющий вход Ж второго ключевого элемента подклю- ф чены соответственно к выходам второго релейного элемента и блока логической Функции 2 И-НЕ, выход фильтра подключен к нормально разомкнутому контакту первого клю чевого элемента.1211688 1Изобретение относится к электроприводам и может использоватьсяпри автоматизации технологическихпроцессов.Цель изобретения повьппениенадежности системы управления,На фиг. 1 показана функциональнаясхема предлагаемого устройства;на фиг.2 и 3 - диаграюы его сигналов,В состав устройства. (фиг.1)входят источник .1 задающего сигнала (задатчик ускорения), первый2 и второй 3 сумматоры, первый 4и второй 5 интеграторы, первый 6и второй 7 релейные элементы, первый 8 и второй 9 делители частоты,первый 10 и второй 11 пропорционально-дифференцирующие регуляторы,первый 12 и второй 13 демодуляторы,блок 14 логической функции 2 И-НЕ,демодулирующие фильтры 15 и 16,первый 17 и второй 18 ключевыеэлементы, фильтр 19 с резисторами20 и 21 и конденсатором 22, вентильный преабраэователь 23, исполнительный электродвигатель 24, датчики25 тока и напряжения 26, тахогенератор 27. Кроме, того, на фиг.1-3введены следующие обозначения:х(С) - выходной сигнал блокахЙ) - выходной сигнал блока 26;у (й) " выходной сигнал релейного,6элемента 6; у, (й) - выходной сигналинтегратора 4; у (й) - выходной сиг"нал делителя 8 частоты; у (й) - выходной сигнал блока 10; у (С) - напряжение на выходе блока 12 (уф(1)сигнал при наличии в блоке 12демодулирующего фильтра; у (й) - выходной сигнап фильтра 19; уя(й)напряжение на выходе блока 14 2 И-НЕ;.С - момент времени возникновенияв системе автоматического управления(САУ) неисправности; й - моментвремени "отклика" САУ на неисправность регулятора; То - период автоколебаний развертывакицего операционного усйлителя;.А - амплитудавыходных импульсов усилителя.Источник 1 предназначен для формирования требуемого закона разгона (торможения) двигателя:24 иимеет передаточную функцию видаЧ(р) /Т 1, где Т - постояннаявремени,Сумматоры 2 и 3 выполнены с коэф"фициентом передачи Кп 1,0, Передаточная функция интеграторов 45; И (р) : /трРелейные элементы б и 7 имеютнеинвертирующую петлю гистерезиса 5 и пороги переключенияб. Выходнойсигнал элемента 6 и 7 неизмененпо модулю амплитуды и может дискретно меняться по. знаку в преде-лах + А10 Делители частоты 8 и 9 выполненыс коэффициентом деления 2,0. Регуляторы 10 и 11 реализуют передаточ"ную функцию Яю,(р)Т р/ (Т р+1.Демодуляторы 12 и 13 имеют функцию преобразования видау, . к/у,(с)где у, (й) - выходной сигнал демоду-лятора; у,(й) " входной сигнал демодулятора; К- коэффициент передачидемодулятор а.Фильтры 15 и 16 предназначеныдля выделения полезной составляющейвыходного сигнала развертывающегооперационного усилителя (РОУ) иимеют передаточную функцию, например,апериолического звена первого порядка11 в 16(р) = 1/(Т р+1)Кпючи 17 и 18 переходят в состо-,яние, противоположное показанномуна фиг.1, при наличии на выходеблока 14 сигнапа логической.Фильтр 19 выполнен на пассивных. К"С компонентах 20-22 и реапизует 35 передаточную функцию, фида Ч,1 (р) .Вентильный преобразователь 23служит дпя питания якорной цепидвигателя 24, Датчик 25 тока предназначен для преобразования тока 40 якорной цепи двигателя 24 в электрический сигнал заданной мощности.Передаточная функция датчика 25 тока125 (р) К/(Тлр Ф 1)где Т - малая постоянная времени 45 блока 25, которая в диапазоне рабочих частот САУможет не учитываться.Блоки 26 и 27 в совокупностиобразуют контур обратной связи, САУ 50 по скорости двигателя 24. Блок 26имеет характеристику, аналогичнуюхарактеристике звена 25.Система работает следующим образом.55 Блок 14 определяет темп разгонаи торможения двигателя РегуляторыСАУ выполнены на основе РОУ (раэвер 1 ыванзцих операционных усилителей) .В состав первого усилителя входятблоки 2,4 и 6, а .второй - включаетв себя звенья 3, 5 и 7. Принципдействия первого и второго усилителей идентичен, а поэтому ограничимся рассмотрением развертывающегоусилителя, состоящего из звеньев 2,4 и 6,Усилитель (2, 4 и 6) представляет собой автоколебательную систему с частотно-широтно-импульсноймодуляцией. Релейные элемент 6имеет симметричные отнбсительно нуляСАУ пороги переключения + В,Выходнойсигнал блока 6 меняется дискретнов пределах +А,При отсутствии сигналов на входах сумматора 2 выходной сигналу (й) интегратора 4 изменяется поддействием выходного напряженияуе (й) релейного элемента 6 (фиг,2, а)При этом на выходе интегратора 4формируется пилообразный сигнал самплитудой, ограниченной на уровне+ В.Выходной сигнал релейного, элемента6 имеет за период То автоколебанийРОУ среднее нулевое значение.Наличие сигнала х(С) - хо(1)на выходе блока 2 вызывает измене"ние производной выходного сигналаинтегратора 4 (фиг,2,б) .В один полупериод автоколебанийпроизводная развертки у (с) опреЧделяется разностью сигналов х (С)хоа(с) и уб (с), а в другой полупериод - сумма этих напряжений,В результате за время То постояннаясоставляющая импульсов у (с) достиг-бнет уровня, пропорционального сигналу рассогласования х(с) - хот(С)для выделения полезной составляющей выходного сигнала РОУ служатфильтры 15 и 16, На практике обычноиспользуются апериодические Фильтрыпервого или второго порядка. Блок 1формирует линейное напряжение, которое определяет темп разгона (торможения) двигателя 24. Звенья 25(26 и 27) осуществляют преобразования Фактических величин тока (блок25) и скорости (блоки 26 и 27) впропорционапьные им сигналы обратныхсвязей САУ,Усилитель (2, 4 и 6) выполняет функции регулятора скорости, выходной сигнал которого является заданием на ток двигателя 24,Усилитель (3, 5 и 7) реапизуетфункции ре гулятор а тока, выходнойсигнал которого управляет тиристорным преобразователем 23, При при ложении статической нагрузки скорость двигателя 24 уменьшается ина выходе блока 15 появляетсясигнал. задания на ток, соответствующий моменту нагрузки.1 ОЧастота автоколебаний развертывающих усилителей находится в пределах 10-15 кГц, при которой постоянная времени демодулирующегофильтра с полным основанием можетне учитываться, так как для областичастот 50 Гц современных электроприводов (контур тока) демодулирующий фильтр представляет собойбезинерционное звено, В этом случае 20 .усилитель является аналогом линейного операционного усилителя.Учитывая, что параметры развертывающего усилителя выбираютсятаким образом, что для полосы про пускания системы управления он является безинерционным элементом.В этом случае усилитель 2, 4 и 6(фиг.1) эквивалентен регуляторускорости с резисторами Нос З 30 а усилитель 3,5 и Э (фиг.1) выполняет функции регулятора тока с резисторами В 1, К, Кои конденсатором.Блоки 8, 10, 12 и 9, 11, 13предназначены для диагностики ра -ботоспособности усилителей (2, 4 и 6и 3, 5 и 7) соответственно. Принцип их действия следующий.С помощью делителя 8 частоты 40 выходной сигнал релейного элемента6 ( фиг.2, а. и Б) преобразуется всигнал типа ".Меандр" со средним .нулевым значением и с периодом, в2 раза превышающим периодимпульсов 45 уб (с) (Фиг.2, 6 и 2),Пропорционально дифференцирующийрегулятор 10 имеет параметры, которые обеспечивают передачу переменной составляющей выходного сигналаделителя 8 частоты на вход демодулятора 12 практически без искажений(фиг,2, р ие)1С помощью демодулятора 12 выходу ные импульсы у (с) (фиг.2,иР)звена 10 выпрямляются (фиг.2, ж и),а в случае необходимости фильтруются (фиг,2, и ик)20 Относительно параметров демодулирующего фильтра, входящего в демодулятор 12 (13) необходимо отметить следующее. 5Параметры фильтра зависят от типаключа 17, Если последний представляет собой магнитоуправляемое илиэлектромеханическое реле, то фильтрв блоках 12 и 13 отсутствует ввиду 10достаточно высокой инерционностиключевого элемента 17. В том случае,когда ключ 17 выполнен на базебыстродействующего транзисторногоключа, способного реагировать на 15кратковременные провалы напряженияпри выпрямлении "Меандр" с выходаблока 10 (11), зо целесообразноиспользовать пассивный апериодический ВС-фильтр, постоянная временикоторого, как показали экспериментальные исследования, составляютне более 10 Т, где Т- периодавтоколебаний развертывающего усилителя при нулевом входном воздействииПринцип действия каскада, включающего звенья 9, 11 и 13 аналогичный рассмотренному.Таким образом, в случае работо- З 0способности усилителей 2, 4 и 6и .3, 5, 7 на входах блока 14 И-НЕФОРмиРУЮТСЯ сигналы У 1, р У 3 р"1", что обеспечивает на выходезвена 14 напряжение, уровень которого соответствует "0", При этомвыход релейного элемента 7 подклкгчен .к входу преобразователя 15 черезнормально закрытый контакт ключа 17(фиг,1),40фильтр 19, выполненный на резисторах 20 и 21 и конденсаторе 22,введен в схему САУ для того, чтобыв случае ее неработоспособностиобеспечить требуемой темп торможения исполнительного электродвигателя 16.В случае работоспособности регу "ляторов СЖ на конденсаторе 22 4 ильтра 19 (фиг.1) выделяется (запоминаетсяу полезная составляющая у(фиг,3,6) выходных импульсов у (д (фиг.Э,а) .Предположим, что в момент времени(фиг.З,О) усилитель (3, 5 и 7) сказался неработоспособным, а выходной сигнап релейного элемента 7 зафиксировался в положении П. Тогда сигнал на выходе делителя 9 частоты также принял фиксированное состояние (фиг,Э,Ь), что привело к уменьшению до нуля (фиг.3,4 выходного напряжения пропорционально-дифференцирующего регулятора 11, так как его коэффициент передачи для сигнала постоянного уровня бесконечно мал. В результате на выходе демодулятора 13 в момент времени й (фиг.З,и е) Формируется сигнал "0", а напряжение на выходе блока 14 (фиг.Зрю) достигнет уровня "1".Ключ 18 отключает вход фильтра 19 от выхода релейного блока 7. С помощью включенного элемента 17 выход фильтра 19 подключается к входу преобразователя 15 (фиг,1) и напряжение у (й) (фиг.З, Б ) начинает уменьшаться с постоянной времени, пропорциональной емкости 22, резистору 21 и входному сопротивлению блока 16, Путем соответствующего подбора этих параметров обеспечивается требуемый темп торможения двигателя 16, что повышает надежность САУ.В большинстве практических случаев постоянная времени звена 16 может не учитываться, так как она выбирается из условия подавления несущих колебаний развертывающих усилителей и намного меньше постоянной времени разряда фильтра 19.Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность система управления.1211688 38/51 Тираж 837 НИИПИ Государственного коми по делам изобретений и откр 13035, Москва, 3-35, Раушска дписноеССР т т аб ал ППП "Патент", г.ужгородул. Проектная, 4 Составитель В.Кузин едактор 1 О.Середа Техред С.Мигунова Корректор А.Обручар