RU2414048C1 - Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation - Google Patents
Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414048C1 RU2414048C1 RU2010101779/07A RU2010101779A RU2414048C1 RU 2414048 C1 RU2414048 C1 RU 2414048C1 RU 2010101779/07 A RU2010101779/07 A RU 2010101779/07A RU 2010101779 A RU2010101779 A RU 2010101779A RU 2414048 C1 RU2414048 C1 RU 2414048C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- input
- speed
- summing amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к разделу управления и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например, током и скоростью электроприводов постоянного тока.The invention relates to the control section and can be used to control the parameters of complex electromechanical systems, for example, the current and speed of DC electric drives.
Известен способ независимого регулирования координат [1], согласно которому для управления каждой переменной измеренные величины сравнивают с их заданным значением, подают разность измеренного и заданного значения на логическое переключающее устройство, которое в свою очередь подключает на вход системы регулирования тот параметр, действие которого в данный момент является определяющим. Способ решает поставленные перед ним задачи, но в некоторых случаях приводит к труднореализуемым видам передаточных функций регулятора.A known method of independent control of coordinates [1], according to which to control each variable the measured values are compared with their set value, the difference between the measured and set value is applied to a logical switching device, which in turn connects to the input of the control system the parameter whose action in this moment is crucial. The method solves the tasks assigned to it, but in some cases leads to difficult to realize types of transfer functions of the regulator.
Известен способ управления электроприводом [2], относящийся к классу систем подчиненного регулирования, согласно которому осуществляется регулирование нескольких переменных в системе электропривода. Способ заключается в том, что измеряют скорость и ток двигателя постоянного тока, сравнивают измеренное значение скорости с заданным и подают сигнал рассогласования на регулятор скорости. Результирующее значение на выходе регулятора скорости считают задающим для регулятора тока, на который подают сигнал обратной связи по току, ограниченный нелинейностью. Управляющий сигнал на усилителе, определяющий напряжение на якорной обмотке двигателя постоянного тока, формируют с учетом действующего напряжения сети. Способ выполняет возложенные на него функции, но имеет ограничение на использование, поскольку быстродействие каждого внешнего контура ниже быстродействия соответствующего внутреннего контура.A known method of controlling an electric drive [2], which belongs to the class of subordinate control systems, according to which several variables are regulated in the electric drive system. The method consists in measuring the speed and current of the DC motor, comparing the measured value of the speed with a predetermined one and applying the error signal to the speed controller. The resulting value at the output of the speed controller is considered to be the setting for the current controller, to which a current feedback signal, limited by non-linearity, is supplied. The control signal on the amplifier, which determines the voltage on the armature winding of the DC motor, is formed taking into account the current voltage of the network. The method performs the functions assigned to it, but has a limitation on use, since the speed of each external circuit is lower than the speed of the corresponding internal circuit.
Известно устройство для управления параметрами электромеханической системы [3], основанное на использовании способа управления, принятого за прототип, и называемое «структурой с суммирующим усилителем». В прототипе управление скоростью вращения и регулирование тока двигателя постоянного тока производят путем измерения тока и скорости, измеренные их величины подают на вход суммирующего усилителя, а результирующий сигнал после суммирования направляют на вход регулятора. При этом для исключения противоречивых воздействий различных контуров на изменение режима работы электропривода в цепи обратных связей некоторых параметров (в прототипе - тока) вводят нелинейные элементы, отсекающие данную связь при уровне регулируемой переменной, меньше порогового напряжения нелинейного элемента. Основным недостатком данного способа является то, что при наличии отсечек в цепях всех обратных связей задающий сигнал не определяет полностью заданного значения ни одной из регулируемых переменных. При необходимости задания уровня одной переменной возникает потребность регулирования отсечки в цепи этой обратной связи и задающего воздействия. Если возникает необходимость регулирования нескольких параметров, задача значительно усложняется. Хотя такое решение даже при наличии указанного недостатка доказало свою эффективность при работе в статических электромеханических системах, оно неприемлемо для систем электропривода, исполнительные механизмы которых требуют очень высокой точности поддержания заданной величины регулируемого параметра при влиянии на систему возмущений (в электроприводе это связано прежде всего с изменением момента нагрузки на валу исполнительного органа). В подобных системах используют астатическое управление, интегрирующие элементы которых не только повышают порядок и степень сложности исходной системы, но и привносят в ее работу специфические эффекты накопления и запоминания информации. Это существенно усложняет переходы из режима ограничений координат в основной режим работы системы. Так, в момент сброса нагрузки после работы системы с перегрузкой наблюдается значительное и нежелательное увеличение скорости рабочего органа, иногда превышающее номинальную скорость. Это объясняется тем, что за время работы контура токовой отсечки интегратор в главном контуре управления успевает накопить значительный по величине сигнал, поступающий по контуру токовой отсечки и подавляющий на этом отрезке времени работы сигнал основного контура регулирования скорости. То есть в режиме перегрузки снижение скорости приводит к уменьшению сигнала обратной связи, действующей на входе интегратора, и чем продолжительнее перегрузочный режим, тем большее значение выходного сигнала накапливает интегратор. Тем самым активное накопление интегратором информации происходит в период действия контура токовой отсечки, когда главная обратная связь основного контура управления становится слабой. Следовательно, использование предложенного в прототипе технического решения при переходе к астатической системе управления путем введения интегратора в контур регулирования резко снижает динамическую точность системы. В связи с этим усовершенствовать закон регулирования предлагается за счет принудительного прекращения интегрирования на интервалах работы контура токовой отсечки путем размыкания цепи на входе интегратора.A device for controlling the parameters of an electromechanical system [3] is known, based on the use of a control method adopted as a prototype and called a “structure with a summing amplifier”. In the prototype, the rotation speed and current control of the DC motor are controlled by measuring current and speed, their measured values are fed to the input of the summing amplifier, and the resulting signal after summing is sent to the input of the controller. At the same time, to eliminate the contradictory effects of various circuits on changing the operating mode of the electric drive in the feedback circuit of some parameters (in the prototype, current), nonlinear elements are introduced that cut off this connection at the level of the controlled variable, less than the threshold voltage of the nonlinear element. The main disadvantage of this method is that in the presence of cut-offs in the chains of all feedbacks, the driving signal does not fully determine the given value of any of the controlled variables. If it is necessary to set the level of one variable, there is a need to control the cutoff in the circuit of this feedback and the setting action. If it becomes necessary to regulate several parameters, the task is much more complicated. Although such a solution, even with the indicated drawback, has proved its effectiveness when working in static electromechanical systems, it is unacceptable for electric drive systems whose actuators require very high accuracy of maintaining a given value of an adjustable parameter when influencing a disturbance system (in an electric drive, this is primarily due to a change load moment on the shaft of the executive body). In such systems, astatic control is used, the integrating elements of which not only increase the order and complexity of the original system, but also bring into its work the specific effects of the accumulation and storage of information. This significantly complicates the transitions from the coordinate constraint mode to the main mode of the system. So, at the time of load shedding after operation of the system with overload, there is a significant and undesirable increase in the speed of the working body, sometimes exceeding the nominal speed. This is due to the fact that during the operation of the current cutoff circuit, the integrator in the main control circuit manages to accumulate a significant signal coming along the current cutoff circuit and suppresses the signal of the main speed control loop at this time interval. That is, in the overload mode, a decrease in speed leads to a decrease in the feedback signal acting at the input of the integrator, and the longer the overload mode, the greater the value of the output signal the integrator accumulates. Thus, the integrator actively accumulates information during the period of the current cutoff circuit, when the main feedback of the main control loop becomes weak. Therefore, the use of the technical solution proposed in the prototype during the transition to an astatic control system by introducing an integrator into the control loop dramatically reduces the dynamic accuracy of the system. In this regard, it is proposed to improve the regulation law due to the forced cessation of integration at the intervals of operation of the current cutoff circuit by opening the circuit at the input of the integrator.
Известен автоматизированный электропривод постоянного тока [4], построенный по принципу подчиненного регулирования. Устройство содержит задатчик и датчик скорости, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам регулятора скорости, выходом подключенного к суммирующему входу регулятора тока, выход которого через усилитель мощности подключен к якорной обмотке двигателя, последовательно с которой включен датчик тока, а параллельно датчик напряжения, выход которого через блок выделения модуля подключен к первому входу блока перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока. При этом для повышения качества регулирования в широком диапазоне изменения нагрузок и управляющих воздействий в устройство дополнительно введен блок выделения максимального по модулю значения, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно блока перемножения и датчика тока, а выход подключен к вычитающему входу регулятора тока. Устройство выполняет свои основные функции, но обладает недостатком, который особенно ярко проявляется при необходимости введения ограничения координат, например тока, когда превышение указанного параметра сверх допустимого значения приводит к выходу из строя электрического двигателя. Следовательно, основным недостатком устройства является отсутствие возможности ограничения тока электродвигателя.Known automated direct current electric drive [4], built on the principle of subordinate regulation. The device contains a controller and a speed sensor, the outputs of which are connected respectively to the summing and subtracting inputs of the speed controller, the output of which is connected to the summing input of the current controller, the output of which through the power amplifier is connected to the armature winding of the motor, in series with which the current sensor is connected, and in parallel with the voltage sensor, the output of which through the module selection unit is connected to the first input of the multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the current sensor. At the same time, to improve the quality of regulation in a wide range of loads and control actions, a unit for extracting the maximum modulus value is additionally introduced into the device, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the multiplication unit and current sensor, and the output is connected to the subtracting input of the current regulator. The device performs its basic functions, but has a drawback, which is especially pronounced when it is necessary to introduce coordinate restrictions, for example, current, when exceeding the specified parameter above the permissible value leads to failure of the electric motor. Therefore, the main disadvantage of the device is the inability to limit the current of the motor.
Известен электропривод постоянного тока [5], содержащий блок управления, электродвигатель постоянного тока, подключенный к выходу мостового ключевого усилителя мощности с управляющими ключами, источник питания, схему ограничения тока, включающую последовательно соединенные датчик тока и дифференциальный усилитель, а также интегратор с самовозвратом, размыкатель, включенный между источником питания и мостовым ключевым усилителем мощности, отличающийся тем, что введены в схему ограничения тока интегрирующее звено, блок выделения модуля, первый триггер Шмитта с порогом переключения, пропорциональным номинальному току, второй триггер Шмитта с порогом переключения, пропорциональным второму контрольному току допустимых перегрузок, первый ограничитель выходного напряжения по амплитуде отрицательного сигнала первого триггера (первый ограничитель), второй ограничитель выходного напряжения по амплитуде положительного сигнала второго триггера (второй ограничитель), третий ограничитель выходного напряжения по амплитуде отрицательного сигнала третьего триггера (третий ограничитель), первый сумматор, второй сумматор, задатчик опорного напряжения интегратора с самовозвратом, второй датчик тока, причем первый и второй датчики тока включены между минусом источника питания и силовыми ключами мостового ключевого усилителя мощности, второй датчик тока соединен с вторым входом дифференциального усилителя, вход интегрирующего звена соединен с выходом дифференциального усилителя, выход интегрирующего звена соединен с входом блока выделения модуля, входы первого, второго и третьего триггеров соединены с выходом блока выделения модуля, выход первого триггера соединен с входом первого ограничителя, выход второго триггера соединен с входом второго ограничителя, выход третьего триггера соединен с входом третьего ограничителя, выход первого ограничителя соединен с первым входом сумматора, выход второго ограничителя соединен с вторым входом первого сумматора, выход блока выделения модуля соединен с первым входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, выход третьего ограничителя соединен с третьим входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с первым входом интегратора с самовозвратом, выход задатчика опорного напряжения соединен с вторым входом интегратора с самовозвратом, выход интегратора соединен с входами двух электронных ключей, выход первого электронного ключа соединен с управляющим входом размыкателя, выход второго электронного ключа соединен с вторыми входами электронных ключей мостового ключевого усилителя мощности, первые входы которых соединены с выходом блока управления. Устройство выполняет свои основные функции, но не может быть использовано при построении замкнутой системы управления, поскольку обратная связь по току предусматривается только для отключения устройства от сети в случае превышения током наперед заданного значения и автоматическое изменение времени срабатывания защиты в зависимости от тока.Known DC drive [5], containing a control unit, a DC motor connected to the output of the bridge key power amplifier with control keys, a power source, a current limiting circuit including a series-connected current sensor and differential amplifier, as well as a self-resetting integrator, a disconnector connected between the power source and the bridge key power amplifier, characterized in that an integrating unit, a module allocation unit, are introduced into the current limiting circuit I, the first Schmitt trigger with a switching threshold proportional to the rated current, the second Schmitt trigger with a switching threshold proportional to the second control current of permissible overloads, the first output voltage limiter by the amplitude of the negative signal of the first trigger (first limiter), the second output voltage limiter by the amplitude of the positive signal the second trigger (second limiter), the third output voltage limiter in terms of the amplitude of the negative signal of the third trigger (third limiter), a first adder, a second adder, a self-resetting integrator reference voltage regulator, a second current sensor, the first and second current sensors being connected between the minus of the power source and the power switches of the bridge key power amplifier, the second current sensor is connected to the second input of the differential amplifier, input the integrating link is connected to the output of the differential amplifier, the output of the integrating link is connected to the input of the module selection unit, the inputs of the first, second, and third triggers are connected to the output module isolation unit house, the output of the first trigger is connected to the input of the first limiter, the output of the second trigger is connected to the input of the second limiter, the output of the third trigger is connected to the input of the third limiter, the output of the first limiter is connected to the first input of the adder, the output of the second limiter is connected to the second input of the first adder , the output of the module selection unit is connected to the first input of the second adder, the output of the first adder is connected to the second input of the second adder, the output of the third limiter is connected to the third m is the input of the second adder, the output of the second adder is connected to the first input of the integrator self-resetting, the output of the reference voltage adjuster is connected to the second input of the integrator self-resetting, the output of the integrator is connected to the inputs of two electronic keys, the output of the first electronic key is connected to the control input of the disconnector, the output of the second electronic the key is connected to the second inputs of the electronic keys of the bridge key power amplifier, the first inputs of which are connected to the output of the control unit. The device performs its basic functions, but cannot be used to build a closed-loop control system, since current feedback is provided only to disconnect the device from the network if the current exceeds the set value in advance and automatically changes the protection response time depending on the current.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство модального управления с токовой отсечкой [3]. Устройство состоит из силового преобразователя, напряжение с выхода которого через датчик тока поступает на двигатель постоянного тока, вал двигателя постоянного тока через датчик скорости механически связан с исполнительным механизмом. Задающий сигнал через задатчик интенсивности, неинвертирующий вход сумматора, первый вход суммирующего усилителя подключен к управляющему входу силового преобразователя. В свою очередь, электрический выход датчика скорости через первый усилитель подключен ко второму входу суммирующего усилителя, информационный выход датчика тока через второй усилитель соединен с третьим входом суммирующего усилителя. Кроме этого, выход силового преобразователя через третий усилитель соединен с четвертым входом второго сумматора, информационный выход датчика тока через последовательно соединенные нелинейный элемент контура токовой отсечки, линейный элемент контура токовой отсечки и фильтр подключен к инвертирующему входу суммирующего усилителя. Основным недостатком устройства является низкая и ограниченная точность поддержания заданного параметра регулирования (в данном случае - скорости вращения вала исполнительного механизма) при изменении момента нагрузки на валу исполнительного механизма. Действительно, предложенная система относится к статическим, что предполагает наличие ошибки по выходному параметру в статическом режиме. Попытаемся увеличить точность системы известным способом перехода к астатическому принципу управления, введя интегратор между первым и вторым сумматорами. Для определенности примем следующие значения параметров объекта:Closest to the proposed is a modal control device with current cutoff [3]. The device consists of a power converter, the voltage from the output of which through the current sensor is supplied to the DC motor, the shaft of the DC motor through a speed sensor is mechanically connected to the actuator. The master signal through the intensity adjuster, non-inverting input of the adder, the first input of the summing amplifier is connected to the control input of the power Converter. In turn, the electrical output of the speed sensor through the first amplifier is connected to the second input of the summing amplifier, the information output of the current sensor through the second amplifier is connected to the third input of the summing amplifier. In addition, the output of the power converter through the third amplifier is connected to the fourth input of the second adder, the information output of the current sensor through series-connected non-linear element of the current cutoff circuit, the linear element of the current cutoff circuit and the filter is connected to the inverting input of the summing amplifier. The main disadvantage of the device is the low and limited accuracy of maintaining a given control parameter (in this case, the rotation speed of the actuator shaft) when the load moment on the actuator shaft changes. Indeed, the proposed system refers to static, which suggests the presence of errors in the output parameter in static mode. We will try to increase the accuracy of the system by a known method of transition to the astatic control principle by introducing an integrator between the first and second adders. For definiteness, we accept the following values of the object parameters:
- КСП=22 коэффициент передачи силового преобразователя;- K SP = 22 gear ratio of the power converter;
- ТСП=0,008 с постоянная времени силового преобразователя;- T SP = 0.008 s time constant of the power converter;
- Ra=0,177 Ом активное сопротивление якорной цепи двигателя постоянного тока;- R a = 0.177 Ohms active resistance of the anchor circuit of a DC motor;
- Та=0,02 с постоянная времени якорной цепи двигателя;- T a = 0.02 s time constant of the motor anchor chain;
- С=0,976 Вб конструктивная постоянная двигателя постоянного тока;- C = 0.976 WB design constant of the DC motor;
- ωн=220 рад/с номинальная скорость двигателя постоянного тока;- ω n = 220 rad / s rated speed of the DC motor;
- Iн=30 А номинальный ток двигателя постоянного тока;- In = 30 A rated current of a DC motor;
- JΣ=0,67 кг·м2 суммарный момент инерции жесткой механической части;- JΣ = 0.67 kg · m 2 the total moment of inertia of the rigid mechanical part;
- k1=1,4 коэффициент усиления первого усилителя;- k 1 = 1.4 the gain of the first amplifier;
- k2=0,024 коэффициент усиления второго усилителя;- k 2 = 0.024 gain of the second amplifier;
- k3=0,092 коэффициент усиления третьего усилителя;- k 3 = 0,092 gain of the third amplifier;
- k4=31,7 коэффициент передачи интегратора;- k 4 = 31.7 integrator gear ratio;
- kТО=200 коэффициент передачи линейного элемента контура токовой отсечки.- k TO = 200 transmission coefficient of the linear element of the circuit current cutoff.
Фильтр, предназначенный в прототипе для сглаживания сигнала ошибки, моделируется звеном первого порядка с указанными в прототипе постоянными времени.The filter designed in the prototype for smoothing the error signal is modeled by a first-order link with the time constants indicated in the prototype.
Следует отметить, что величины коэффициентов k1, k2, k3, k4 и kTO получены путем синтеза параметров регулятора методом модального управления. Пусть требуется обеспечить время нарастания переходной характеристики системы в линейной зоне ее работы не более 0,2 с при отсутствии перерегулирования по скорости исполнительного механизма и при отсутствии статической ошибки стабилизации его скорости. Эффективное ограничение тока электродвигателя необходимо поддерживать на уровне Iдоп=60 А (двукратное увеличение по сравнению с номинальным значением тока) в режимах его перегрузки.It should be noted that the values of the coefficients k 1 , k 2 , k 3 , k 4 and k TO are obtained by synthesizing the controller parameters by the modal control method. Let it be required to provide a rise time of the transition characteristic of the system in the linear zone of its operation not more than 0.2 s in the absence of overshooting of the actuator speed and in the absence of a static error of stabilization of its speed. An effective limitation of the electric motor current must be maintained at the level I extra = 60 A (a twofold increase in comparison with the rated current value) in the modes of its overload.
Результаты проведенного компьютерного моделирования рассматриваемого технического решения приведены на Фиг.1. Они представлены переходными процессами тока I, скорости Ω и напряжения на выходе нелинейного элемента Uнэ (это напряжение на фиг.1 дано в разных масштабах для более детального анализа) в режимах:The results of computer simulations of the considered technical solution are shown in Figure 1. They are represented by transients of current I, speed Ω and voltage at the output of a nonlinear element U ne (this voltage in Fig. 1 is given at different scales for a more detailed analysis) in the modes:
- пуска исследуемой электромеханической системы с задатчиком интенсивности первого порядка и нелинейным контуром токоограничения на скорость, равную половине номинальной, и при наличии номинального момента на валу (от начала координат до t=5 с);- start-up of the electromechanical system under study with a first-order intensity adjuster and a non-linear current limiting circuit at a speed equal to half the rated one, and if there is a nominal torque on the shaft (from the origin to t = 5 s);
- последующего увеличения момента нагрузки до трехкратного номинального значения (в момент времени t=5 с);- a subsequent increase in the load moment to three times the nominal value (at time t = 5 s);
- дальнейшего уменьшения нагрузки (при t=7 с) до значения Ia=0,1·Iном (режим малых токов).- further reducing the load (at t = 7 s) to a value of I a = 0.1 · I nom (low current mode).
Анализ полученных результатов указывает на то, что при снятии с вала исполнительного органа перегрузочного момента сопротивления (t=7 с) в системе наблюдается резкое увеличение скорости, достигающей значения, превышающего номинальную скорость. Подобное поведение системы при выходе из режима перегрузки объясняется тем, что за время работы контура токовой отсечки (интервал времени от t=5 с до t=7 с) интегратор в главном контуре управления успевает накопить значительный по величине сигнал вследствие подавления контуром токовой отсечки на этом отрезке времени работы основного контура регулирования скорости. На фиг.1 это хорошо заметно при анализе напряжения Uнэ. То есть в режиме перегрузки снижение скорости приводит к уменьшению сигнала основной обратной связи, действующей на входе интегратора, и чем продолжительнее перегрузочный режим, тем большее значение выходного сигнала накапливает интегратор. Тем самым активное накопление интегратором информации происходит в период действия контура токовой отсечки, когда главная обратная связь основного контура управления становится слабой. Следовательно, использование технического решения, предложенного в прототипе, при переходе к астатической системе управления путем введения интегратора в контур регулирования резко снижает динамическую точность системы.The analysis of the obtained results indicates that when the overload moment of resistance (t = 7 s) is removed from the actuator shaft, a sharp increase in speed is observed in the system, reaching a value exceeding the rated speed. This behavior of the system when exiting the overload mode is explained by the fact that during the operation of the current cutoff circuit (time interval from t = 5 s to t = 7 s), the integrator in the main control circuit manages to accumulate a significant signal due to the suppression of the current cutoff circuit on this the length of time the main loop speed control. In figure 1, this is clearly visible when analyzing the voltage U ne . That is, in the overload mode, a decrease in speed leads to a decrease in the main feedback signal acting at the input of the integrator, and the longer the overload mode, the greater the value of the output signal the integrator accumulates. Thus, the integrator actively accumulates information during the period of the current cutoff circuit, when the main feedback of the main control loop becomes weak. Therefore, the use of the technical solution proposed in the prototype, when moving to an astatic control system by introducing an integrator into the control loop, dramatically reduces the dynamic accuracy of the system.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении точности процесса регулирования.The technical result of the invention is to increase the accuracy of the regulatory process.
Такой результат достигается за счет того, что способ автоматического управления параметрами электромеханической системы, включающий измерение тока и скорости двигателя постоянного тока, ограничение сигнала тока нелинейностью вида «зона нечувствительности» и управление напряжением якорной цепи двигателя постоянного тока по структуре суммирующего усилителя с задатчиком интенсивности, отличающийся тем, что в моменты срабатывания токовой отсечки прерывают действие задатчика интенсивности и обратной связи по скорости, а сигнал управления перед подачей на суммирующий усилитель интегрируют.This result is achieved due to the fact that the method of automatic control of the parameters of the electromechanical system, including measuring the current and speed of the DC motor, limiting the current signal by the non-linearity of the "dead zone" type and controlling the voltage of the anchor circuit of the DC motor according to the structure of the summing amplifier with an intensity adjuster, differing the fact that at the moments of operation of the current cut-off interrupt the action of the intensity adjuster and speed feedback, and the control signal Before feeding to the summing amplifier integrate.
Устройство, реализующее данный способ, содержащее тиристорный преобразователь, через датчик тока соединенный с двигателем постоянного тока, который механически связан с датчиком скорости и с исполнительным механизмом, задатчик интенсивности, выход которого подключен к неинвертирующему входу сумматора, инвертирующий вход сумматора соединен с электрическим выходом датчика скорости, второй вход суммирующего усилителя через первый усилитель соединен с электрическим выходом датчика скорости, третий вход суммирующего усилителя через второй усилитель соединен с информационным выходом датчика тока, выход суммирующего усилителя подключен к управляющему входу тиристорного преобразователя, а информационный выход датчика тока через нелинейный элемент контура токовой отсечки и линейный элемент контура токовой отсечки подключен к инвертирующему входу суммирующего усилителя, дополнительно имеет релейный блок, блок организации нуля и интегратор, причем выход сумматора через релейный блок и интегратор подключен к первому входу суммирующего усилителя, выход нелинейного элемента подключен к управляющему входу релейного блока, а ко входу сброса релейного блока подключен блок организации нуля.A device that implements this method, containing a thyristor converter, through a current sensor connected to a DC motor, which is mechanically connected to a speed sensor and to an actuator, an intensity adjuster, the output of which is connected to the non-inverting input of the adder, the inverting input of the adder is connected to the electrical output of the speed sensor , the second input of the summing amplifier through the first amplifier is connected to the electrical output of the speed sensor, the third input of the summing amplifier through W The second amplifier is connected to the information output of the current sensor, the output of the summing amplifier is connected to the control input of the thyristor converter, and the information output of the current sensor is connected to the inverting input of the summing amplifier through a nonlinear current cutoff circuit element and a linear element of the current cutoff circuit, additionally has a relay block, an organization unit zero and an integrator, and the adder output through the relay block and the integrator is connected to the first input of the summing amplifier, the output is non-linear ment connected to the control input of the relay unit, and to the reset input of the relay unit connected block organization zero.
На фиг.2 изображена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа, на фиг.3 представлена характеристика нелинейного элемента контура токовой отсечки, на фиг.4 приведены результаты компьютерного моделирования работы устройства, реализующего заявляемый способ при тех же условиях и тех же режимах, которые выбраны для фиг.1.Figure 2 shows a block diagram of a device for implementing the proposed method, figure 3 shows the characteristic of a nonlinear element of the current cutoff circuit, figure 4 shows the results of computer simulation of the device that implements the inventive method under the same conditions and the same modes that selected for figure 1.
Для фиг.2 введены следующие обозначения: 1 - тиристорный преобразователь, который формирует напряжение U, через датчик тока 2 поступающее на якорную обмотку двигателя постоянного тока 3 независимого возбуждения. Двигатель постоянного тока 3 механически связан с датчиком скорости 4 и с исполнительным механизмом 5. Величина скорости вращения вала двигателя постоянного тока 3 и исполнительного механизма 5, обозначенная на фиг.2 как Ω, измеряется датчиком скорости 4 и преобразуется им в напряжение UΩ, пропорциональное скорости вращения двигателя постоянного тока 3 и исполнительного механизма 5. Задатчик интенсивности 6, работающий под управлением входного задающего напряжения UΩ3, формирует закон изменения во времени напряжения UΩ(t), определяющий темп его нарастания в режиме пуска и регулирования. Выход задатчика интенсивности 6 соединен с неинвертирующим входом сумматора 7, инвертирующий вход которого соединен с электрическим выходом датчика скорости 4. Сюда поступает напряжение UΩ. Выход сумматора 7 (напряжение ΔUΩ) через релейный блок 8 и интегратор 9 подключен к первому входу суммирующего усилителя 10, второй вход суммирующего усилителя 10 через первый усилитель 11 соединен с электрическим выходом датчика скорости 4. Третий вход суммирующего усилителя 10 через второй усилитель 12 соединен с информационным выходом датчика тока 2. Выход суммирующего усилителя 10 подключен к управляющему входу тиристорного преобразователя 1 в виде напряжения UУ. Кроме этого, информационный выход датчика тока 2 через нелинейный элемент 13 контура токовой отсечки и линейный элемент 14 контура токовой отсечки в виде напряжения U4 подключен к инвертирующему входу суммирующего усилителя 10, а выход нелинейного элемента 13, в свою очередь, подключен к управляющему входу релейного блока 8. Для организации процесса обнуления интегратора 9 на вход сброса релейного блока 8 подключен блок организации нуля 15, вырабатывающий на своем выходе нулевой сигнал U0. Алгоритм работы релейного блока 8 следующий. Если сигнал, поступающий на его управляющий вход с выхода нелинейного элемента 13 контура токовой отсечки нулевой, релейный блок 8 коммутирует на вход интегратора 9 выходной сигнал ΔUΩ сумматора 7. Если же напряжение на выходе нелинейного элемента 13 по абсолютной величине больше нуля, релейный блок 8 подключает ко входу интегратора 9 напряжение U0, равное нулю и вырабатываемое блоком организации нуля 15.For figure 2, the following notation is introduced: 1 - thyristor converter, which generates voltage U, through the
Способ осуществляют следующим образом. В штатных динамических режимах функционирования системы электропривода, к которым можно отнести пуск двигателя постоянного тока под управлением задатчика интенсивности, переход с одной установившейся скорости на другую и торможение, за счет действия обратной связи по скорости вращения, току и токовой отсечки обеспечивается появления условий прекращения интегрирования в контуре регулирования. При этом действие всех обратных связей и отсечки приводит к тому, что система отрабатывает данную ситуацию, ток возвращается к значению, заданному нелинейным элементом, интегрирование возобновляется. Система управления в этом случае действует как астатическая, обеспечивая высокую точность регулирования выходного параметра - скорости двигателя постоянного тока и исполнительного механизма. При этом поддерживается требуемый допустимый диапазон тока двигателя, что гарантирует нахождение и этого параметра в заданных пределах.The method is as follows. In regular dynamic modes of operation of the electric drive system, which include starting a DC motor under the control of an intensity adjuster, switching from one steady speed to another and braking, due to the feedback on rotation speed, current and current cutoff, the conditions for the termination of integration in control loop. In this case, the action of all feedbacks and cutoffs leads to the system fulfilling this situation, the current returns to the value specified by the nonlinear element, integration resumes. The control system in this case acts as an astatic, providing high precision control of the output parameter - the speed of the DC motor and the actuator. At the same time, the required permissible current range of the motor is maintained, which ensures that this parameter is also within the specified limits.
Если же в процессе функционирования системы наступают режимы больших отклонений координат, например режим резкого сброса нагрузки на валу двигателя постоянного тока после его нагружения, которые можно классифицировать как режимы с продолжительным переходом значения тока в зону ограничения, интегрирование прекращается на продолжительный период. Скорость на валу двигателя постоянного тока возвращается к заданному значению, не переходя через него, поскольку к моменту достижения скоростью заданного значения ток снижается и входит в границы, заданные нелинейностью в контуре токовой отсечки, и интегрирование возобновляется. Тем самым и в этом режиме система остается астатической, с нулевой ошибкой по такому параметру, как скорость, и минимальными перерегулированиями по параметру «ток». Эти процессы проиллюстрированы на фиг.4, который наглядно показывает, что причина возникновения недопустимого перерегулирования по скорости в момент снятия перегрузки (появление высокого напряжения от контура токовой отсечки при малом значении величины напряжения обратной связи по скорости) в предлагаемом способе устранена.If, in the process of the system’s functioning, large deviations of coordinates occur, for example, a mode of abrupt load shedding on the DC motor shaft after its loading, which can be classified as modes with a continuous transition of the current value to the restricted zone, integration is terminated for a long period. The speed on the DC motor shaft returns to the set value without passing through it, since by the time the speed reaches the set value, the current decreases and falls within the limits specified by the nonlinearity in the current cutoff circuit, and integration resumes. Thus, in this mode, the system remains astatic, with zero error in such a parameter as speed, and minimal overshoots in the “current” parameter. These processes are illustrated in figure 4, which clearly shows that the cause of an unacceptable speed overshoot at the time of overload removal (the appearance of a high voltage from the current cutoff circuit at a small value of the speed feedback voltage) is eliminated in the proposed method.
Устройство автоматического управления параметрами электромеханической системы работает следующим образом. В начальный момент пуска электропривода до скорости вращения в половину от номинальной на вход задатчика интенсивности 6 подают напряжение UΩ3, величина которого определяет интенсивность разгона двигателя постоянного тока 3. Задатчик интенсивности 6 меняет напряжение UΩ3(t) на своем выходе линейно, обеспечивая необходимую стабильность заданного переходного процесса пуска. При этом скорость вращения Ω двигателя постоянного тока 3 и исполнительного механизма 5 начинает возрастать с нуля, и датчик скорости 4 в начальный момент вырабатывает на своем выходе напряжение UΩ=0, что обеспечивает появление напряжения ΔUΩ на входе релейного блока 8. Поскольку ток I двигателя постоянного тока 3 в начальный момент времени нулевой, напряжение UI, снимаемое с информационного выхода датчика тока 2 также нулевое, контур токовой отсечки, представленный нелинейным элементом 13 и линейным элементом 14, не вступил в действие, релейный блок 8 подключает ко входу интегратора 9 разность напряжений ΔUΩ обратной связи по скорости UΩ и напряжение на выходе задатчика интенсивности UΩ3(t)). На этом этапе обратные связи по скорости и току не действуют, суммирующий усилитель 10 формирует напряжение управления UУ только по нарастающему сигналу U1, поступающему от интегратора 9. Начинается увеличение напряжения на управляющем входе тиристорного преобразователя 1. Тот, в свою очередь, линейно увеличивает напряжение U на своем выходе, начинается разгон двигателя постоянного тока 3 и исполнительного механизма 5. Во время разгона увеличиваются напряжения, снимаемые с датчика скорости 4 (UΩ) и датчика тока 2 (UI). Эти обратные связи (по скорости и току) воздействуют на второй и третий входы суммирующего усилителя 10 через первый 11 и второй 12 усилители, как в стандартной схеме автоматического управления. Вместе с тем резко возрастающий ток двигателя постоянного тока 3 приводит к появлению на информационном выходе датчика тока 2 такого напряжения UI, которое превышает уставку нелинейного элемента 13 контура токовой отсечки (вид нелинейности, показанный на фиг.3, называется зоной нечувствительности). В этом случае вступает в работу контур токоограничения и на четвертый вход суммирующего усилителя 10 начинает поступать напряжение с выхода линейного элемента 14 контура токовой отсечки. Ток двигателя стабилизируется на уровне, определяемом шириной зоны нечувствительности нелинейного элемента 13 (в нашем случае 60 А). Как показывают результаты экспериментального исследования математической модели устройства, приведенные на фиг.4, наблюдаются кратковременные переключения релейного блока 8, который при превышении сигналом Uнэ заданного порога в 60 А подает на вход интегратора 9 нулевой сигнал U0 от блока организации нуля 15. Величина U1 на некоторое время снижается, за счет действия обратных связей ток I двигателя постоянного тока 3 возвращается к заданному значению, релейный блок 8 возобновляет работу устройства по стандартной схеме, когда на вход интегратора поступает разность напряжений ΔUΩ, определяющая величину ошибки. Этот процесс соответствует интервалу времени от 0 до 2,5 с на фиг.4, причем уже после первой секунды процесса пуска колебания тока с переходом его величины за границу уставки нелинейного элемента 13 прекращаются и релейный блок 8 больше не подключает нулевого напряжения от блока организации нуля 15 ко входу интегратора 9.A device for automatically controlling the parameters of an electromechanical system works as follows. At the initial moment of starting the electric drive, the voltage U Ω3 , the value of which determines the intensity of acceleration of the
На временном интервале от 2.5 до 5 с от момента начала пуска двигателя фиг.4 иллюстрирует работу устройства на установившейся скорости вращения вполовину номинальной и наличии номинального момента на валу исполнительного механизма 5. В этом режиме устройство функционирует как известные аналоги, обеспечивая отсутствие статической ошибки по скорости вращения Q за счет введенных обратных связей. Поскольку присутствующий в якоре двигателя постоянного тока 3 ток в 30 А не активизирует контур токовой отсечки, переключения релейного блока 8 не наблюдается.At a time interval from 2.5 to 5 s from the time the engine starts, Fig. 4 illustrates the operation of the device at a steady rotation speed half nominal and the presence of a nominal torque on the
При последующем увеличении момента нагрузки до трехкратного номинального значения (в момент времени t=5 с) устройство реагирует путем снижения скорости вращения двигателя постоянного тока 3, фиксируемой датчиком скорости 4, и увеличения тока, фиксируемого датчиком тока 2. В этом случае нелинейный элемент 13 контура токовой отсечки выходит за пределы зоны нечувствительности, указанной на фиг.3 величиной тока в 60 А, начинает работать контур токовой отсечки, стремясь стабилизировать ток двигателя на заданном уровне, а кроме этого, релейный блок 8 получает команду на отключение от интегратора 9 задатчика интенсивности 6, сумматора 7, а значит, и цепи обратной связи по скорости от датчика скорости 4. Ко входу интегратора 9 релейным блоком 8 подключается нулевой сигнал U0 от блока организации нуля 15. Интегратор 9 не накапливает сигнал, что обязательно происходило бы в устройстве-прототипе.With a subsequent increase in the load moment to three times the nominal value (at time t = 5 s), the device reacts by reducing the speed of the
Результаты моделирования при уменьшении нагрузки (при t=7 с) до значения Ia=0,1·Iном (режим малых токов) показаны на фиг.4. Анализ временных диаграмм указывает на то, что в этом режиме динамическая ошибка по скорости и току гораздо меньше по сравнению с устройством-прототипом. Объясняется это тем, что при выходе из режима перегрузки за время работы контура токовой отсечки (интервал времени от t=5 с до t=7 с) интегратор в главном контуре управления не накапливает значительный по величине сигнал, поскольку основной контур регулирования скорости на этом отрезке времени работы отключается релейным блоком 8, получающим на это команду от нелинейного элемента 13. Иначе говоря, снижение скорости вращения двигателя постоянного тока 3, происшедшее на этапе нагрузки трехкратным моментом и приведшее к увеличению сигнала обратной связи, действующей на входе интегратора 9, не приводит к накоплению им информации.The simulation results when the load is reduced (at t = 7 s) to a value of I a = 0.1 · I nom (low current mode) is shown in Fig. 4. Analysis of time diagrams indicates that in this mode the dynamic error in speed and current is much smaller compared to the prototype device. This is explained by the fact that when the overload mode is exited during the operation of the current cutoff circuit (time interval from t = 5 s to t = 7 s), the integrator in the main control loop does not accumulate a significant signal, since the main speed control loop in this segment the operating time is disabled by the
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют увеличить точность процесса регулирования таких параметров электромеханической системы, как ток и скорость, поскольку принудительно прекращают процесс интегрирования сигнала управления на интервалах работы контура токовой отсечки, исключая накапливание сигнала в интеграторе.The proposed method and device for its implementation can increase the accuracy of the process of regulating parameters of the electromechanical system, such as current and speed, because the process of integrating the control signal at the intervals of the current cutoff circuit is forcibly stopped, excluding signal accumulation in the integrator.
Источники информацииInformation sources
1. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергия, 1979. - 616 с. (стр.290, рис.6-20).1. Chilikin M.G., Klyuchev V.I., Sandler A.S. Theory of automated electric drive: Textbook. manual for universities. - M .: Energy, 1979. - 616 p. (p. 290, fig. 6-20).
2. Патент РФ №2079962. Способ управления электроприводом. Малафеев С.И. Информационный бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки». Опубл. 20.05.1997.2. RF patent No. 2079962. Electric drive control method. Malafeev S.I. Newsletter “Discoveries, Inventions, Industrial Designs and Trademarks”. Publ. 05/20/1997.
3. Толочко О.И., Тищенко А.А. Анализ узлов токоограничения для систем модального управления приводов постоянного тока / Отчет о НИРС, г.Донецк: ДонГТУ, 1999. Электронный ресурс. - Режим доступа www.masters.donntu.edu.ua/2000/…/2000/mag.htm. Дата обращения 01.12.2009.3. Tolochko OI, Tishchenko A.A. Analysis of current limiting nodes for modal control systems for DC drives / Report on SRWS, Donetsk: DonSTU, 1999. Electronic resource. - Access mode www.masters.donntu.edu.ua/2000/.../2000/mag.htm. Date of treatment 01.12.2009.
4. Патент РФ №2065660. Автоматизированный электропривод постоянного тока. Малафеев С.И. Информационный бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки». Опубл. 20.08.1996.4. RF patent No. 2065660. Automated DC drive. Malafeev S.I. Newsletter “Discoveries, Inventions, Industrial Designs and Trademarks”. Publ. 08/20/1996.
5. Патент РФ №2050686. Электропривод постоянного тока. Шорников Е.Е., Никитин В.А., Богучаров В.Д., Полуничев И.С. Информационный бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки». Опубл. 20.12.1995.5. RF patent No. 2050686. DC electric drive. Shornikov E.E., Nikitin V.A., Bogucharov V.D., Polunichev I.S. Newsletter “Discoveries, Inventions, Industrial Designs and Trademarks”. Publ. 12/20/1995.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010101779/07A RU2414048C1 (en) | 2010-01-20 | 2010-01-20 | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010101779/07A RU2414048C1 (en) | 2010-01-20 | 2010-01-20 | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2414048C1 true RU2414048C1 (en) | 2011-03-10 |
Family
ID=46311254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010101779/07A RU2414048C1 (en) | 2010-01-20 | 2010-01-20 | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2414048C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2565490C1 (en) * | 2014-12-16 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Adaptive compensation method of influence of harmonic oscillations of moment of load in electromechanical system, and device for its implementation |
| RU2576594C1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method for automatic compensation of influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
| RU2608081C2 (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
| RU2660183C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-07-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of automatic regulation of electric drive coordinate and device for its implementation |
-
2010
- 2010-01-20 RU RU2010101779/07A patent/RU2414048C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2576594C1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method for automatic compensation of influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
| RU2565490C1 (en) * | 2014-12-16 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Adaptive compensation method of influence of harmonic oscillations of moment of load in electromechanical system, and device for its implementation |
| RU2608081C2 (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Method for compensating influence of harmonic oscillations of load moment in electromechanical system and device for its implementation |
| RU2660183C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-07-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method of automatic regulation of electric drive coordinate and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106020124B (en) | Servo motor control device and collision detection method | |
| Ahmed et al. | Controlling of DC Motor using Fuzzy logic controller | |
| RU2414048C1 (en) | Automatic control method of parametres of electric mechanical system and device for its implementation | |
| KR20110128907A (en) | Control concept for a digitally controlled magnetic supply device | |
| JP4901486B2 (en) | PID control method and PID control apparatus | |
| JP4610014B2 (en) | Servo system control apparatus and control method | |
| Gubara et al. | Comparative study on the speed of DC motor using PID and FLC | |
| RU2428735C1 (en) | Automatic control device of electromechanical system | |
| US20110160943A1 (en) | Regulator | |
| RU2391691C1 (en) | Adaptive relay regulator | |
| JP2536182B2 (en) | Fuzzy controller, fuzzy inference device, fuzzy mail management device, fuzzy control method, fuzzy inference method and fuzzy mail management method | |
| CN104155876B (en) | The separation of a kind of PID controller realizes method | |
| Fedor et al. | A simple fuzzy controller structure | |
| Mrad et al. | Experimental comparative analysis of adaptive fuzzy logic controllers | |
| Fayad et al. | Performance Enhancement of Speed and Position Control for DC Servo Motor Using Artificial Intelligence Technique | |
| Brisilla et al. | Extended state observer based sliding mode control of permanent magnet DC motor | |
| RU2446552C2 (en) | Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link | |
| RU2571371C2 (en) | Control device | |
| Bar-Kana et al. | A simple adaptive enhancer of voltage stability for generator excitation control | |
| RU2573731C2 (en) | Proportional-integral controller operating method | |
| Riccardi et al. | LMI-based design of linear controllers for a magnetic shape memory push-push actuator | |
| Leephakpreeda | Sensorless DC motor drive via optimal observer‐based servo control | |
| KR100461186B1 (en) | Control method of pi controller | |
| JP6922224B2 (en) | Control device, control method, control program | |
| RU2254665C2 (en) | Electric drive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150121 |