RU2046537C1 - Speed control method for dc motor - Google Patents

Abstract

FIELD: automated electric drives. SUBSTANCE: method involves measurement of motor armature instant current to determine voltage drop across armature active resistance, addition of result obtained to measured value of instant voltage across motor armature, and variation of armature current according to error value; internal voltage of motor is found within conducting interval of valve-type transducer as soon as armature current rises to its maximum; emf value is entered in retrieval-storage unit whose storage element is connected at beginning of conducting interval; emf data are read off during mentioned moment of time. EFFECT: improved accuracy of control; reduced static error of control. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированным электроприводам, и может найти применение в установках и приборах, требующих высоких динамических свойств при малых ошибках регулирования. The invention relates to electrical engineering, in particular to automated electric drives, and can find application in installations and devices requiring high dynamic properties with small control errors.

Известен способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем, по которому изменяют ток якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС электродвигателя, при этом действительное значение электродвижущей силы получают путем измерения мгновенного значения тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, и суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения отфильтрованного напряжения на якоре электродвигателя (Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования электропривода постоянного тока. М. Энергия, 1972, с.67-72). A known method of regulating the rotational speed of a DC motor with a valve converter, according to which the armature current is changed in accordance with the magnitude of the mismatch between the actual and predetermined EMF values of the motor, the actual value of the electromotive force is obtained by measuring the instantaneous value of the current of the armature of the motor, which determines the voltage drop on the active resistance of the armature, and summarize the result with the value of the measured instantaneous value Nia filtered armature voltage of the motor (Fishbein VG Calculation of subordinate regulation of DC electric drive systems. M. Energy, 1972, s.67-72).

Недостатком данного способа является наличие операции фильтрования напряжения на якоре электродвигателя. Это вносит запаздывание в процессе управления частоты вращения электродвигателя, что, в конечном счете, определяет низкие динамические показатели электропривода и наличие существенной ошибки регулирования. The disadvantage of this method is the operation of filtering the voltage at the motor armature. This introduces a delay in the process of controlling the rotational speed of the electric motor, which ultimately determines the low dynamic performance of the electric drive and the presence of a significant control error.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем, по которому определяют момент времени, когда ток якоря достигает максимального значения на интервале проводимости вентильного преобразователя, после чего измеряют мгновенное значение тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения напряжения на якоре электродвигателя, определяя действительное значение его ЭДС, и изменяют ток якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС (авт.св. СССР N 1020949, кл. Н 02 H 5/16,1982). Closest to the proposed technical essence is a method of controlling the rotational speed of a DC motor with a valve converter, which determines the point in time when the armature current reaches its maximum value on the conductivity interval of the valve converter, and then measure the instantaneous value of the armature current of the motor, which determines the value voltage drops on the active resistance of the armature, summarize the result with the value of the measured instant the value of the voltage at the motor armature, determining the actual value of its EMF, and change the armature current in accordance with the size of the mismatch between the actual and the given EMF values (ed. St. USSR N 1020949, class N 02 H 5 / 16.1982).

Недостатком этого способа является наличие ошибки регулирования электропривода. Это обусловлено наличием измерений значения тока якоря и напряжения на якоре электродвигателя после момента времени, когда ток якоря достигает максимального значения, что приводит к формированию ошибки при определении действительного значения электродвижущей силы, величина которой в значительной степени зависит от длительности времени измерения. The disadvantage of this method is the presence of an error in the regulation of the electric drive. This is due to the presence of measurements of the value of the armature current and the voltage at the motor armature after the time when the armature current reaches its maximum value, which leads to the formation of errors in determining the actual value of the electromotive force, the value of which largely depends on the length of the measurement time.

Задача изобретения повышение точности регулирования и уменьшение статической ошибки регулирования. The objective of the invention is to increase the accuracy of regulation and reduce static error of regulation.

Поставленная задача по способу регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем достигается тем, что измеряют мгновенное значение тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения напряжения на якоре электродвигателя, определяют действительное значение его ЭДС и изменяют ток якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС, согласно изобретению определяют интервалы времени, начало которых соответствует зоне нарастания тока якоря, а конец моменту времени перехода производной тока якоря через нулевое значение на интервале проводимости вентильного преобразователя, в течение которых измеряют мгновенное значение тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения напряжения на якоре электродвигателя, определяя действительное значение его ЭДС, и изменяют ток якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС. The objective of the method for controlling the rotational speed of a DC motor with a valve converter is achieved by measuring the instantaneous value of the current of the armature of the motor, which determines the magnitude of the voltage drop across the active resistance of the armature, summarizing the result with the value of the measured instantaneous voltage of the armature of the motor, determining the actual the value of its EMF and change the armature current in accordance with the magnitude of the mismatch between the real and according to the invention, the time intervals are determined, the beginning of which corresponds to the zone of rise of the armature current, and the end of the moment of transition of the derivative of the armature current through a zero value on the conduction interval of the valve converter, during which the instantaneous value of the armature current of the electric motor is measured, from which the drop value is determined voltage at the active resistance of the armature, summarize the result with the value of the measured instantaneous value of the voltage at the armature of the electric motor , Determining the actual value of its electromotive force and the change of the armature current in accordance with the magnitude of mismatch of actual and setpoint values of EMF.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем; на фиг. 2 временные диаграммы сигналов на выходах основных элементов устройства. Figure 1 presents a diagram of a device that implements a method of controlling the rotational speed of a DC motor with a valve converter; in FIG. 2 timing diagrams of signals at the outputs of the main elements of the device.

Устройство содержит (фиг.1) регулятор 1 частоты вращения, выход которого соединен с установочным входом регулятора 2 тока, а выход последнего подключен к входу блока 3 импульсно-фазового управления, соединенного с вентильным преобразователем 4. К выходу вентильного преобразователя 4 подключены последовательно соединенные воздушная катушка 5 индуктивности, токовый шунт 6, выполненный в виде воздушного соленоида (индуктивной катушки) со встречно включенными обмотками, и управляемый устройством электродвигатель 7. Параллельно токовому шунту 6 включен датчик 8 тока, выход которого подсоединен к информационному входу регулятора 2 тока, а параллельно токовому шунту 6 и воздушной индуктивности 5 включен датчик 9 времени перехода производной тока якоря через нулевое значение. К щеткам якоря электродвигателя 7 подключен датчик 10 напряжения, выход которого присоединен к первому входу сумматора 11, соединенного вторым входом с выходом датчика 8 тока. Выход сумматора 11 соединен с первым входом аналогового запоминающего устройства 12, второй вход которого подключен к выходу логического блока 13, выполняющего функции формирования импульсов записи, первый вход которого соединен с блоком 3 импульсно-фазового управления, а второй вход с выходом датчика 9 времени перехода производной тока якоря через нулевое значение, при этом выход аналогового запоминающего устройства 12 соединен с информационным входом регулятора 1 частоты вращения, а установочный вход последнего присоединен к источнику U_з заданной частоты вращения.The device comprises (Fig. 1) a speed controller 1, the output of which is connected to the installation input of the current controller 2, and the output of the latter is connected to the input of the pulse-phase control unit 3, connected to the valve converter 4. Serially connected to the output of the valve converter 4 inductance coil 5, current shunt 6, made in the form of an air solenoid (inductive coil) with on-off windings, and an electric motor controlled by the device 7. Parallel to the current shunt 6, a current sensor 8 is connected, the output of which is connected to the information input of the current regulator 2, and a sensor 9 of the transition time of the derivative of the armature current through the zero value is included in parallel to the current shunt 6 and the air inductance 5. A voltage sensor 10 is connected to the armature brushes of the electric motor 7, the output of which is connected to the first input of the adder 11 connected to the output of the current sensor 8 by the second input. The output of the adder 11 is connected to the first input of the analog storage device 12, the second input of which is connected to the output of the logic unit 13, which performs the functions of generating recording pulses, the first input of which is connected to the pulse-phase control unit 3, and the second input with the output of the derivative transition time sensor 9 armature current through zero, the output of the analog memory device 12 connected to data input speed controller 1, and the installation is connected to the input of the last source U predetermined rotational frequency.

Регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока осуществляется следующим образом. The speed control of the DC motor is as follows.

Регулирование частоты вращения производится изменением тока электродвигателя 7 в соответствии с величиной рассогласования между действительным и заданным значениями токов. Действительное значение тока измеряют в помощью датчика 8 тока и подают сигнал с выхода последнего на информационный вход регулятора 2 тока. Заданное значение тока на установочном входе регулятора 2 тока определяют в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений электродвижущей силы (пропорциональной частоте вращения двигателя), получаемого на выходе регулятора 1 частоты вращения. Сигнал U₃, пропорциональный заданному значению ЭДС, подают на установочный вход регулятора 1, на информационный вход которого поступает сигнал U_ос (фиг.2), пропорциональный действительному значению ЭДС электродвигателя, а следовательно, и его частоте вращения. Для определения U_ос измеряют мгновенное значение тока якоря (i_я) и с помощью датчика 8 тока определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря электродвигателя 7. Затем измеряют величину мгновенного напряжения (U_я) на якоре с помощью датчика 10 напряжения. Алгебраическое суммирование мгновенных значений падения напряжения на активном сопротивлении якоря и напряжения U_я производят с помощью сумматора 11. Суммарный сигнал подают на вход аналогового запоминающего устройства 12. С помощью датчика 9 формируют сигнал U₁ (фиг.2), соответствующий переходу производной тока якоря через нулевое значение, точность которого является практически абсолютной, поскольку активные сопротивления воздушной катушки 5 индуктивности и токового шунта 6 равны, а вычисление суммарного сигнала выполняется датчиком 9 согласно выражению
L₅

+ r₅·i_я- r₆·i_я= L

Блок 13 формирует сигнал U₂ (фиг.2), длительность которого определяется началом интервалов проводимости вентильного преобразователя и моментами времени перехода производной тока якоря через нулевое значение. Суммарный сигнал U_ос с выхода сумматора 11, измеренный на длительности импульсов U₂сохраняет свое значение до следующего момента измерения на последующем интервале проводимости вентильного преобразователя 4.The speed control is performed by changing the current of the electric motor 7 in accordance with the magnitude of the mismatch between the actual and predetermined currents. The actual current value is measured using a current sensor 8 and a signal is supplied from the output of the latter to the information input of the current controller 2. The set value of the current at the installation input of the current controller 2 is determined in accordance with the magnitude of the mismatch between the actual and the set values of the electromotive force (proportional to the engine speed) obtained at the output of the speed controller 1. The signal U ₃ proportional to the specified value of the EMF is fed to the installation input of the controller 1, the information input of which receives the signal U _OS (figure 2), proportional to the actual value of the EMF of the electric motor, and hence its speed. To determine U _OS, the instantaneous value of the armature current (i _i ) is measured and, using the current sensor 8, the voltage drop across the active resistance of the armature of the electric motor 7 is determined. Then, the instantaneous voltage (U _i ) at the armature is measured using the voltage sensor 10. Algebraic summation of the instantaneous values of the voltage drop across the active resistance of the armature and voltage U _{i is} performed using the adder 11. The total signal is fed to the input of the analog storage device 12. Using the sensor 9, a signal U _{1 is} generated (Fig. 2) corresponding to the transition of the derivative of the armature current through zero value, the accuracy of which is almost absolute, since the active resistance of the air coil 5 inductance and current shunt 6 are equal, and the calculation of the total signal is performed by the sensor 9 according to the expression
L ₅

+ r ₅ · i _i - r ₆ · i _i = L

Block 13 generates a signal U ₂ (figure 2), the duration of which is determined by the beginning of the intervals of the conductivity of the valve Converter and the moments of time of transition of the derivative of the armature current through a zero value. The total signal U _OS from the output of the adder 11, measured on the pulse duration U ₂ retains its value until the next measurement moment on the subsequent interval of conductivity of the valve Converter 4.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем с высокой точностью и статическими показателями благодаря исключению ошибки при определении ЭДС, обусловленной наличием измерений значения тока якоря и напряжения на якоре электродвигателя после момента времени, когда ток якоря достигает максимального значения. Thus, the proposed method allows you to control the frequency of rotation of the DC motor with a valve converter with high accuracy and static performance due to the elimination of errors in the determination of EMF due to the presence of measurements of the value of the armature current and voltage at the armature of the motor after the moment when the armature current reaches its maximum value .

Применение предлагаемого способа особенно эффективно в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к статическим и динамическим характеристикам привода, которые могут быть удовлетворены в системах с обратной связью по ЭДС электродвигателя. The application of the proposed method is especially effective in cases where there are increased requirements for the static and dynamic characteristics of the drive, which can be satisfied in systems with feedback on the EMF of the electric motor.

Claims (1)

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА с вентильным преобразователем, при котором измеряют мгновенное значение тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения напряжения на якоре электродвигателя на интервале проводимости вентильного преобразователя, определяя действительное значение его ЭДС, и изменяют ток якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС, отличающийся тем, что указанные измерения ЭДС на интервале проводимости вентильного преобразователя производят с момента нарастания тока якоря до момента перехода производной тока якоря через нулевое значение. METHOD OF REGULATING THE FREQUENCY OF ROTATION OF A DC MOTOR WITH A VALVE CONVERTER, in which the instantaneous value of the current of the armature of the motor is measured, which determines the magnitude of the voltage drop across the active resistance of the armature, summarizing the result with the value of the measured instantaneous voltage of the armature of the motor in the conductivity interval the actual value of its EMF, and change the armature current in accordance with the value of the mismatch the actual and predetermined EMF values, characterized in that the said EMF measurements on the conductivity interval of the valve converter are performed from the moment the armature current rises until the derivative of the armature current passes through the zero value.

Images