Электропривод с оптимальным управлением

)5 Н ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ РСИОМУ СВИДЕТЕЛЬС инсти- брьской Р 8 И 11 П ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТйо ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМИ ГКНТ ССОР(71) Киевский политехническитут им. 50-летия Великой Октсоциалистической революции(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано . для управления электродвигателями постоянного тока. Цель изобретения повышение КПД. Устройство содержит первый интегратор О, блок 12 задания оптимальных уставок. Выход второго интегратора 26 соединен с входом первого интегратора 10, а первый вход блока 1 управления соединен с входом блока 12 задания оптимальных уставок, В данном устройстве обеспечивается формирование оптимальной тахограммы изменения скорости в зависимости от заданного угла поворота.2 з.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в Электроприводе установок циклического действия.5Цель изобретения " повьшение КПД.На фиг. 1 представлена структурная схема электропривода с оптимальным управлением; на фиг. 2 - структурная схема блока задания оптимальных уста ;вок; на фиг. 3 - структурная схема блока управления; на Фиг. 4 - диаг" раммы скорости, ускорения, рывка.Электропривод с оптимальным управлением содержит электродвигатель 1 15 постоянного тока, подключенный к блоку 2 регулирования напряжения, и последовательно соединенные первый сум,матор 3, регулятор 4 частоты враще,ния, второй сумматор 5 и регулятор 6 20 тока, выход которого поцключен к входу блока 2 регулирования напряжения, ,"датчик 7 частоты вращения и датчик 8 тока якоря, выходы которых подключены к входам соответственно первого 3 и 25 второго 5 сумматоров, первый пропор циональный усилитель 9, первый интег ратор 10, выход которого соединен с входом. первого сумматора 3, а входпервого интегратора 10 соединен с вхо дом первого пропорционального усилителя 9, блок 11 задания угла поворота, блок 12 задания оптимальных уставок, блок 13 управления, второй вход35 которого соединен с выходом первого интегратора 10, а первый вход 15 блока 13 управления соед,лен с входом блока 12 задания оптимальных уставок и выходом блока 11 задания угла поворота, 40Кроме того, электропривод с оптимальным управлением содержит ключ 16, третий сумматор 17, первый релейный элемент 18, четвертый сумматор 19, первый из двух входов которого соединен с входом первого интегратора 10, а второй вход соединен с выходом первого релейного элемента 18, два выхода которого соединен с выходом третьего сумматора 17 и с первым выходом 20 блока 12 задания оптимальных уставок, первый и второй вход третьего сумматора 17 соединены соответственно с выходом первого интегратора 10 и выходом ключа 16, умножитель 21, первый диод 22, второй диод 23, второй пропорциональный усилитель 24, вход которого соединен с выходом первого интегратора 10, выход соединен с анодом первого 22 и катодом второго 23 диодов, выходы которых соединены соответственно с первым входом умножителя 21 и третьим входом третьего сумматора 17, четвертый вход третьего сумматора 17 соединен с выходом умножителя 21, а второй репейный элемент 25, второй интегратор 26, выход которого соединен с входом первого интегратора 10, а вход второго интегратора 26 соединен с выходом второго релейного элемента 25, два выхода которого соединены соответственно с выходом четвертого сумматора 19 и вторым выходом 27 блока 12 задания оптимальных уставок, третий 28 и четвертый 29 выходы которого соединены соответственно с вторым входом умножителя 21 и первым входом ключа 16, второй вход 30 которого соединен с выходом блока 13, На вход 31 блока 11 поступает сигнал задания, а на второй вход 32 блока 12 поступает сигнал, пропорциональный величине рынка.Блок задания оптимальных уставок (фиг, 2) содержит первый пропорциональный усилитель 33, второй пропорциональный усилитель 34, третий пропорциональный усилитель 35, первый блок 36 деления, второй блок 37 деления, а также последовательно соединенные первый блок 38 извлечения квадратного корня, первый сумматор 39, четвертый пропорциональный усилитель 40, пятый пропорциональный усилитель 41, второй блок 42 извлечения квадратного корня, второй сумматор 43, первый квадратор 44, шестой пропорциональный усилитель 45, третий блок 46 извлечения квадратного корня, второй квадратор 47, первый блок 48 умножения, третий блок 49 деления, вто" рой блок 50 умножения, третий квадратор 51, седьмой пропорциональный усилитель 52, третий сумматор 53, вто" рой вход которого соединен с выходом блока 37 деления, первый вход которого через пропорциональный усилитель 35 соединен с выходом квадратора 51, а второй вход соединен с входом,блока 36 деления и выходом блока 49 деления, второй вход которого соединен с выходом пропоРционального усилителя 34, вход которого соединен с выходом квадратора 44. Вход квадратора 47 соединен с вторыми входами блоков 48 и 50 умножения, выход блока 38е извлечения квадраторного корняподключен к второму входу сумматора 43,второй вход сумматора 39 соединен спервым входом блока 12 задания опти 5мальных уставок, подключенного вторым входом к входу пропорциональногоусилителя 33 и входу пропорционального усилителя 40, первым выходом 20 -к выходу сумматора 53, четвертым вы- иходом 29 - к выходу второго блока 50умножения, вторым выходом 27 - к первому входу блока 36 деления, второй,вход которого соединен с выходомпропорционального усилителя 33, а вы яход - с третьим выходом 28 блока 12задания оптимальных уставок.Блок управления (фиг. 3) содержитпервый формирователь 54 логическихуровней, первый формирователь 55 им-, 20пульса, а также последовательно соединенные второй формирователь 56 логических уровней, второй формирователь 57 импульса, Ю-триггер 58, элемент И 59, выход которого соединен с 25выходом 30 блока 13 управления, соединенного первым входом 15 с входомформирователя 56 логических уровней,вторым входом 14 через формирователь54 логических уровней с вторым вхо- ЗОдом элемента И 59 и входом формирователя 55 импульса, выход которогосоединен с вторым входом Ы-триггера 58,Электропривод работает следукицимобразом.Для обеспечения оптимального управления электроприводом по минимумупотерь электрической энергиипри ограничении величины рывка , в режимепуска, остановки до заданного значения путем задания необходимого углаощ поворота вала электродвигателяопределяется оптимальное время То,цикла (фиг. 4).45 где й - время работы электроприводаво время пуска или остановки при величине рывкакеТ щ - оптимальное время цикла безограничения величины рывкапри пуске и остановке; 61 е бб2 сМ,емя работы электроприводапериод времени Топе Мс - момент статической нагрузкиэлектропривода;1 - приведенный момент инерцииэлектропривода;М- угол поворота вала электродвигателя за время Топл.Угол М пропорционален площади фигуры, ограниченной кривой аЬс (фиг.4),Входной сигнал 11 устройства подается от блока 11 задания угла поворота на вход блока 12 задания оптимальных уставок и пропорциональныйуглу Ыщ поворота вала электродвигателя,Обработка заданного угла М , поворота вала электродвигателя 1 произ"водится с учетом значения величинырывкаа также значений моментастатической М нагрузки и приведенного момента 1 инерции электропривода.Напряжение Б, пропорциональное зна"чениям этих величин, подается на второй вход 32 блока 12 задания оптимальных уставокс311- -, о М + о,где М - угол поворота вала электродвигателя 1, пропорциональный площади, ограниченной линией оасй (фиг.4).С уменьшением задания угла поворота Ф, 111 уменьшаются значения К иь до определенного такого значенияпри котором ЫО, а Ы Ф О. Приэтом И =о, где ип, - максимальноезначение заданного угла поворота Мя,при котором ма= О, угол ю, пропорционален сумме площадей, ограниченных линиями оа 1: и шсд на оси времени(фиг. 4).Для формирования сигнала ющ навыходе блока 12 задания оптимальных,уставок при различных значениях сигнала 11,подается напряжение с выходаблока 1. Формирование выходных наптряжений с блока 12 задания оптимальных уставок производится с использованием блоков, реализующих приведенные выражения, а именно:На второй вход блока 12 заданияоптимальных уставок подается напряжение, пропорциональное значениям величин И,Т данного злектропривода;эМе,13ъ- ТъЗначения величин, входящие в приведенное вьражение, являются постоянщм для данного электропривода,Напряжение 1311 с 1 подается наумматор 39 (фиг. 2) блока 12 задания оптимальных уставок. На входыпропорциональных усилителей 40 и 41 5одается напряжение Бзе. Пропорциональные усилители 40 и 41 имеют характеристики 110 13 ЬФ 4 о1344 3 ьй 444 О 24 ф Е 8 Р,20Сумматор 39 имеет характеристику13 13 + 1340Сигнал сумматора 39 подается через блок 38 извлечения квадратного1 25корня с характеристикой 13 зТ 4+24 Ньъна сумматбр 43 - с характеристикой13 " Зь - 134, на который подается43напряжение с выхода блока 42 извлечения квадратного корня, на вьходе 30квадратора 44, имеющего характеристику 1344Л 4 з ) , получается напряже"ние пропорциональное углу поворотае в 1344Это напряжение через пропорциональный усилитель 45 с характеристи 3 Ткой 13 = 1344 К 4 в, Ка=, -- поступает2 М,на блок 46 извлечения квадратногокорня с характеристикой 136= .Ъ, на 40выходе которого формируется напряжение, пропорциональное 1: Ироме того,напряжение 13 4 подается через пропорциональный усилитель 34 с характерис 3тихой 134= 134 о 134, 154 2 на второйвход блока 49 деления с характеристикой 13 = , на первый вход кото 11 ъ 41348рого подается напряжение от блока 46через квадратор 47 с характеристикой13= (13 ) и через блок 48 умножения47 46с характеристикой 348 = 134 ь 134На вьгсоде блока 49 деления формиРуется сигнал пропорциональный зна 55чению рывка 13 аа = р , который подается на второй выход 27 блока 12 зада-ния оптимальных уставок и на первыйвход блока ЗЬ деления с характеристикой 13 = Б /134 , на второй вход которого подается сигнал пропорционального усилителя 33 с характеристикойТа р13 = Б 1; К. Выходной сигй э. з ф эа Мъснал блока Зб деления, пропорциональный величине 3, /3 , подается на третий выход 28 блока 12 задания оптимальных уставок. Напряжение 13 подается также на блок 50 умножения с характеристикой 130134 Э 134 т, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное величине ускорения д в преобразователе (13 3,в Г,)Это напряжение также через квадратор 51 с характеристикой 13, = (3 ) подается на пропорциональные усилители 35 и 52 с характеристиками 13 э 13 э 11 эв1, 151 2 Ф2 д 1 ър 2 2 е Нчпря жение с выхода пропорционального уси" лителя 35 подается на первый вход блока 3 деления с характеристикой" 13 /134, на второй вход которого зподается напряжение Б 4, .С выхода блока 37 деления напряжение поступает на сумматор 53 с характеристикои 13 э = 13 зт 13 фВыходное напряжение сумматора 53 пропорционально значению угловой скорости И которое подается на первый выход 20 блока 12 задания оптимальных уставок.Прн работе злектропривода при различных значениях заданного угла поворота с, изменяются и значения рывкаТак как глубина обратной связи с выхода интегратора 26, при наличии там отрицательного напряжения, подаваемого через пропорциональный усилитель 24 и вентиль 23 на третий вход сумматора 17, определяется коэффициентом передачи усилителя 24, имеющего характеристику 134= 13 Ю 1 Ч 4 где К = в в в -, то при положитель 1 ЗеК 1 а213 оном напряжении на выходе интегратора 26 коэффициент обратной связи определяется характеристикой усилителя 24 и отношением 1/. Напряжение, пропорциональное этому сигналу, подается на первый вход блока 21 умножения, на второй вход которого подается напряжение через вентиль 22 с ха- рактеристикой1 Зеа прн ЦаО 1 0 при 34 010 1 1 при Ц 5) 0эф 0 пРи Бэ 6 0 за 1 при 04ОО при ц 1( О. Формирователь 55 выдает импульс по Фронту изменения напряжения на его входе с нуля в единицу, а формирователь 57, наоборот, по фронту изменения напряжения с единицы в нуль на его входе.Элемент И 59 имеет характеристику 40 Пэ Пб 4116 бфВыходное напряжение сумматора 17 с характеристикой 0 п 06 -11 о Пй ПюЗ подается на первый репейный элемент 18 с характеристикой 45 Ос при 0,7 0О,0 при От фф 08-ц при 07 с О,13 Ъъгде П - напряжение, пропорциональное значению максимального ускорения,и формируется на четвертом выходе бло"ка 12 задания оптимальных уставок.Выходное напряжение сумматора 19 схарактеристикой11 Э = Бе д подается на второй репейный элемент25 с характеристикой Вентиль 23 имеет характеристику 11 при 02(0 1 О при 00. Отк ючение электропривода в конце 5 цикла - точка й (фиг. 4) производиФ- ся ключом 16, имеющим характеристикуЭ при Бэ 16 О при Нэо" О.Ключ 16, размыкаясь, разрывает связь блока задания оптимальных уста" вок с сумматором 17, и сигнал задания скорости становится равным нулю. Управление ключом 16 производится 15 блоком 13 управления, который имеет характеристику Пц О 0 при ц) О 1 при 11 о )0 О при БюО20При снятии входного сигнала 0, 0 , на выходе блока 13 управления напря" жения становится равным нулю (Юэз О), Входные сигналы 114, Цз блока 13 управления (Фиг. 3) преобразуются в 25 логические уровни Формирователя 54 н 56 со следующими характеристиками: 11 р, при 111 эО0 при 11,э О-Оэ при 11, (О,где 11 11 пр пропорцио нальные значениям рывков 11 и 1, Текущие значения ускорения С. изменяются по линии се 11 (фиг,4) и Формируются на выходе интегратора 26, а текущие значения скорости 01 изменяются по линии оаЪсо и Формируются на выходе интегратора 10.Напряжение 0 через сумматор 3юподается на регулятор 4 частоты вращения и после него на сумматор 5. Напряжение .Б пропорционального усилителя 9 соответствует заданному ускорению электропривода.При подаче на вход 15 от блока 11 задания угла поворота напряжения, пропорционального заданному углу поворота вала электродвигателя 1, это напряжение, пропорциональное площади фигуры, ограниченной кривой оаЬсй (Фиг. 4)подается на блок 12 и на блок 13 управления (клемма 15) и далее на формирователь 54 логический уровней, где устанавливается уровень логической единицы. Этот уровень устанавливается также на втором входе элемента И 59. При подаче напряжения с формирователя 54 на вход Формирователя 55 на его выходе формируется импульс, который подается на Я-вход В 5-триггера 58, который устанавливается по выходу в единичное состояние. Поэтому на выходе соединенного с ним элемента И 59 устанавливается уровень логической единицы 0 э1. При этом ключ 16 замыкается. Напряжение блока 12, пропорциональное И , с выхода ключа 16 подается через сумматор 17 на первый вход, а с четвертого выхода блока 12 на второй вход релейного элемента 13, на выходе которого устанавливается напряжение +П, Это напряжение через сумматор 19 по" дается на репейный элемент 25, на выходе которого устанавливается напряжение 11 р . При этом на выходе интегратора 26 напряжение возрастает по линии ое .(Фиг. 4), а на соединенном с ним интеграторе 10. - по линии оа.Напряжение 11 ря с выхода второго интегратора 26 подается через сумматор 3, регулятор 4 частоты вращения, сумматор 5, регулятор 6 тока, блок 2регулирования напряжения, датчик 8 тока на электродвигатель 1. При вращении якоря электродвигателя 1 сигнал датчика 7 частоты вращения подается ерез сумматор 3 на регулятор 4 час" Фоты вращения. Сигнал датчика 8 тока одается на сумматор 5, Иапряжение интегратора 26 подается через усилитель 24, вентиль 22, блок 21 умноже ия на вход сумматора 17.При работе электропривода, когда напряжение У на выходе у сумматорастанет меньше нуля за счет увели- ения напряжения Со и Б, соединенй с ним нелинейный элемент 18 на воем выходе изменит полярность сигала на -08 (время й фиг. 4). Это напряжение йодается на сумматор 19, на его выходе напряжение становится меньше нуля, и первый релейный элемент 25 иа своем выходе изменяет напряжение на -П . После этого напряже ) ие Б 1 на выходе интегратора 26 уменьшается по линии еЕ 8, а на сое чиненном с ним интеграторе 10 измеляется по линии аЬс Фиг. 4). Разгон электродвигателя 1 происходит по инни аЬ, а замедление по линии Ьс.Кроме того, напряжение Баинрегатора 26 через усилитель 24 и вениль 23 подается на третий вход суматора 17 после точки Й (Фнг, 4). огда напряжение на выходе сумматора17 станет положительным за счет вход-35ого сигнала 0, релейный элемент 18 изменит выходное н;.ряжение наЭто напряжение воздействует че,рез сумматор 19 на релейный элемент 25, который на своем выходе устанавливает напряжение Ур и на выходе интегратора 26 (тачка я) напряжение начинает уменьшаться, уменьшается также напряжение на выходе интегра" тора 10 по линии со. В момент яремени (точка Й), когда напряжение на выходе интегратора 10 станет равным нулю, этот. уровень напряжения устанавливается на входе 14 блока 13 управления и на выходе формирователя 56 логических уровней также устанавливается логический нуль, при этом формирователь 57 импульса выдает импульс, который переключает Ы-триггер 58 с единичного в нулевое состояние, иа выходе элемента И 59 уровень сигнала изменяется на противоположный и становится равным кулю. При этом ключ 16 размыкается, сигнал на его выходе становится равным нулю и электродвигатель 1 останавливается,Формула изобретенияЭлектрапривод 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, первый пропорциональный усилитель, первый интегратор, выход которого соединен с входом первого сум" матора, а вход первого интегратора соединен с входом первого пропорционального усилителя, блок задания уг" ла поворота, блок задания оптимальных уставок, блок управления, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, а второй вход блока управления соединен с входам блока задания оптимальнь 1 х уставок и выходом блока задания угла поворота, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения БПД, в него дополнительно введены третий сумматор, первый релейный элемент, ключ, четвертый сумматор, первый из двух входов которого соединен с входом первого интегратора, а второй вход соединен с выходом первого релейного элемента, два входа которого соединены с выхоДом третье" га сумматора и первым выходом блока задания оптимальных уставак, первый и второй входы третьего сумматора соединены соответственно с выходом первого интегратора и выходом ключа, умножитель, первый диод, второй диод, второй пропорциональный усилитель,. вход которого соединен с входом первого интегратора, а выход соединен с анодом первого и катодом второго диодов, катод и анод которых соединены соответственно с первым входом умно- жителя и третьим входом третьего сумматора, четвертый вход третьего сумматора соединен с выходом умножителя, второй релейный элемент, второй интегратор, выход которого соединен с входом первого интегратора, и вход второго интегратора соединен с выхо 153471941335 дом второго релейного элемента, двавхода которого соединены соответственно с выходом четвертого сумматора,и вторым выходом блока задания оптимальных уставок, третий и четвертыйвыходы которого соединены соответственно с вторым входом умножителя ипервым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом блока упр авления,2. Электропривод по п. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что блокзадания оптимальных уставок содержитпервый пропорциональный усилитель, 5второй пропорциональный усилитель,третий пропорциональный усилитель,первый блок деления, второй блок деления, а также последовательно соединенные первый блок извлечения квад Оратного корня, первый сумматор, четвертый пропорциональный усилитель,пятый пропорциональный усилитель,второй блок, извлечения. квадратного .корня, второй сумматор, первый квадратор,.шестой пропорциональный усилитель, третий блок извлечения квадратного корня, второй квадратор, первый блок умножения, третий блок деления, второй блок умножения, третийквадратор, седьмой пропорциональныйусилитель, третий сумматор, второйвход которогосоединен с выходом второго блока деления, первый вход которого через третий пропорциональныйусилитель соединен с выходом третьего квадратора, а второй вход соединен с входом первого блока деленияи выходом третьего блока деления, второй вход которого соединен с выходом 40второго пропорционального усилителя,вход которого соединен с выходом первого квадратора, вход второго квадратора соединен с вторым входом первото блока умножения и вторым входомвторого блока умножения, выход первого блока извлечения квадратного корня подключен к второму входу второгосумматора, второй вход первого сумматора соединен с первым входом блоказадания оптимальных уставок, подключенного вторым входом к входу первогопропорционального усилителя и входучетвертого пропорционального усилителя, четвертым выходом - к выходу третьего сумматора, первым выходом - квыходу второго блока умножения, третьим выходом - к первому входу первого блока деления, второй вход которого соединен с выходом первогопропорционального усилителя, а выход - с вторым выходом блока заданияоптимальных уставок. 3, Электропривод по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок управ" ления содержит первый формирователь логических уровней, первый формирователь импульса, а также последовательно соединенные второй формирователь логических уровней, второй формирова" тель импульса, ЕБ-триггер, элемент И, выход которого соединен с выходом блока управления, соединенного первым входом с входом второго формирователя логических уровней, вторым входом через первый формирователь логических уровней к второму входу элемента И и входу первого формирователя импульса, выход которого соединен с вторым входом КБ-триггера.1534719 Составитель С.Колодезевор Н.Тупица Техред М.Дидык орректор В.Кабаций и комби ственно-издател о Заказ 55 ВНИИПИ Госуда Тираж 451 венного комитет 113035,Москва р Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб д, 4/5 т "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,