RU2707578C1 - Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения - Google Patents
Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707578C1 RU2707578C1 RU2018136001A RU2018136001A RU2707578C1 RU 2707578 C1 RU2707578 C1 RU 2707578C1 RU 2018136001 A RU2018136001 A RU 2018136001A RU 2018136001 A RU2018136001 A RU 2018136001A RU 2707578 C1 RU2707578 C1 RU 2707578C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control object
- angular
- rotation
- control
- speed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
- H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах регулирования для отработки и регулирования задаваемых угловых скоростей вращения объекта управления в широком диапазоне: от тысячных долей градуса в секунду до сотен градусов в секунду. Технический результат заключается в увеличении чувствительности отработки задаваемой угловой скорости вращения объекта управления в режиме низких скоростей вращения без увеличения разрядности датчика углового положения. В электроприводе, состоящем из двигателя, редукторной передачи, датчиков обратной связи, электронного блока и объекта управления, два датчика углового положения размещают по осям вращения объекта управления и ротора исполнительного двигателя и осуществляют интегрирование задаваемых угловых скоростей вращения объекта управления и ротора двигателя, замыкание двух контуров регулирования по осям вращения объекта управления и ротора исполнительного двигателя, вычисление сигналов рассогласования, анализ величины задаваемой угловой скорости вращения объекта управления, фиксирование перехода граничного значения задаваемой угловой скорости вращения объекта управления, выбор контура регулирования, перерасчет текущих значений интегратора задаваемой угловой скорости вращения выбранного контура регулирования, изменение коэффициентов регулирующего устройства. По выходному сигналу регулятора обеспечивают создание двигателем угловой скорости вращения для последующей ее передачи на объект управления. 3 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области автоматики и систем автоматического управления и регулирования. В частности, к электроприводам, предназначенным для прецизионной отработки низких угловых скоростей вращения.
Уровень техники
На сегодняшний день существует несколько типов электроприводов, предназначенных для отработки угловых скоростей вращения.
Для реализации «классического» скоростного электропривода используется тахогенератор. Однако, тахогенераторы имеют нелинейную характеристику в области малых скоростей и подвержены электромагнитным помехам, что может привести к некачественному регулированию или неустойчивой работе электропривода, так как величина полезного выходного сигнала может быть сравнима с величиной уровня шума [1].
Скоростной контур регулирования электропривода можно организовать, используя оптический датчик угла с высокой разрешающей способностью (23-26 разрядов в двоичном цифровом коде). Высокая разрядность таких датчиков позволяет использовать их для прецизионной оценки скорости вращения исполнительной оси и исключить необходимость применения тахогенераторов. Поэтому во многих задачах управления прослеживается тенденция к использованию в системе одного вида датчика обратной связи - углового[2]. Однако, большие габариты и масса оптических датчиков делает затруднительным их использование в системах, к габаритно-массовым характеристикам которых предъявляются высокие требования.
Известен электропривод, в котором используется способ замыкания контура регулирования, основанный на сравнении проинтегрированной заданной угловой скорости вращения и текущего значения углового положения объекта управления [1, 3]. Преимуществом данного электропривода является возможность отработки угловой скорости вращения без использования датчика углового положения с высокой разрешающей способностью.
Недостатком данного электропривода является то, что чувствительность электропривода определяется чувствительностью датчика углового положения. При необходимости повышения чувствительности отработки задаваемой угловой скорости вращения, в свою очередь требуется повышение разрядности датчика углового положения, что отрицательно сказывается на экономических и габаритно-массовых параметрах электропривода.
Известен электропривод содержащий датчик углового положения расположенный на оси ротора двигателя [4]. При замыкании контура регулирования, основанного на сравнении проинтегрированной заданной угловой скорости вращения, приведенной к ротору двигателя, и текущего значения углового положения ротора двигателя можно получить повышение чувствительности отработки задаваемой угловой скорости вращения, что является явным преимуществом такого электропривода.
Недостатком такого электропривода является не охватывание контуром регулирования части элементов конструкции - механической передачи и объекта управления. Вследствие этого в создаваемую угловую скорость вращения объекта управления будет вноситься погрешность, обуславливаемая нежесткостью конструкции элементов электропривода, люфтом редукторной передачи и несоосностью осей двигателя и объекта управления.
Целью предлагаемого изобретения является повышение чувствительности отработки задаваемой угловой скорости вращения без увеличения разрядности датчика углового положения и отработка погрешностей, вносимых элементами конструкции электропривода в создаваемую угловую скорость вращения объекта управления.
Сущность изобретения
В предлагаемом устройстве размещаются два датчика углового положения - по осям вращения объекта управления и двигателя. Структурная схема предлагаемого электропривода представлена на фиг. 1, где И1 и И2 - интеграторы угловой скорости; АС - анализатор скорости; РУ - регулирующее устройство; ШИМ - широтно-импульсный модулятор; КУМ - ключевой усилитель мощности; Д - двигатель; РП - редукторная передача; ОУ - объект управления; ДУП ОУ - датчик углового положения объекта управления; ДУП Д - датчик углового положения ротора двигателя; Nω - задаваемый код скорости; 
- расчетный код углового положения объекта управления; 
- расчетный код углового положения двигателя; ΔNϕ - сигнал рассогласования контура углового положения объекта управления; ΔNα - сигнал рассогласования контура углового положения двигателя; NШИМ - входное значение кода ШИМ; Ti - сигналы, управляющие работой ключевого усилителя мощности; Ui - напряжения, подаваемые на фазы двигателя; αД - значение углового положения двигателя; αОУ - значение углового положения объекта управления; NОУ - значение измеренного углового положения объекта управления; NД - значение измеренного углового положения двигателя.
Анализатор скорости (АС) принимает и сравнивает задаваемые угловые скорости вращения объекта управления (Nω) и фиксирует момент перехода границы между низкой и высокой задаваемыми скоростями. При этом меняются коэффициенты и/или структура регулятора угла (РУ) и производится расчет текущих значений интегратора скорости того контура регулирования, на котором в дальнейшем будет работать электропривод. Новое значение выходного сигнала интегратора рассчитывается таким образом, чтобы сохранить текущее значение сигнала рассогласования по отношению к контуру регулирования замкнутому по сигналу датчика углового положения расположенному по оси объекта управления. При переходе с высокой скорости на низкую новое значение выходного сигнала интегратора И1 рассчитывается по формуле:
где, Ni1 - значение, записываемое в интегратор скорости контура углового положения двигателя;
i - передаточное число редукторной передачи.
При переходе с низкой скорости на высокую значения выходного сигнала интегратора И2 определяются по формуле:
где, Ni2 - значение, записываемое в интегратор скорости контура углового положения объекта управления;
i - передаточное число редукторной передачи.
Сигнал датчика углового положения, расположенного по оси двигателя, замыкает контур регулирования электропривода только в режиме малых скоростей, когда влияние нежесткости конструкции, люфта редуктора и несоосности осей минимально или отсутствует. В режиме высоких скоростей контур регулирования замыкается по сигналу датчика углового положения, расположенного на оси объекта управления.
На вход регулятора угла (РУ) поступают сигналы рассогласования ΔNϕ и ΔNα. РУ корректирует сигнал рассогласования того контура регулирования на котором работает электропривод. Тип и структура регулятора определяются в зависимости от назначения электропривода и предъявляемых к нему технических требований. Выходной сигнал РУ (НШИМ) поступает на блок широтно-импульсный модулятор (ШИМ), выход которого (Ti) связан с ключевым усилителем мощности (КУМ). В свою очередь выходной сигнал КУМ (Ui) поступает на двигатель (Д), связанный через редукторную передачу (РП) с объектом управления (ОУ). Датчик углового положения ротора двигателя (ДУП Д) и датчик углового положения объекта управления (ДУП ОУ) жестко укреплены на осях Д и ОУ, соответственно. Выходные сигналы интеграторов И1 
и И2 
сравниваются с выходными сигналами ДУП ОУ и ДУП Д, соответственно, образуя сигналы рассогласования ΔNϕ и ΔNα.
Подобное построение системы управления угловой скоростью вращения позволяет повысить чувствительность в режиме малых задаваемых скоростей вращения и в то же время отрабатывать погрешности, связанные с несоосностью осей объекта управления и двигателя, нежесткостью конструкции электропривода и люфтом редукторной передачи.
На фиг. 2 представлены диаграммы углового положения объекта управления при отработке электроприводом задаваемой угловой скорости вращения объекта управления 0,0042 °/c при замыкании контура регулирования по сигналам датчиков углового положения, расположенных по осям объекта управления (диаграмма 2-а) и двигателя (диаграмма 2-б). Из сравнения диаграмм 2-а и 2-б следует, что чувствительность отработки заданной угловой скорости вращения значительно выше при замыкании контура регулирования по сигналу датчика углового положения, расположенному по оси двигателя. При этом один такт работы электропривода составляет 320 мкс.
На фиг. 3 представлена диаграмма значений угловых скоростей объекта управления при отработке электроприводом задаваемой угловой скорости вращения объекта управления 17,2 °/с при замыкании контура регулирования по сигналам датчиков углового положения, расположенных по осям объекта управления (диаграмма 3-а) и двигателя (диаграмма 3-б). По оси абсцисс отмечены значения тактов съема информации, при этом один такт соответствует времени 1,6 мс. Из сравнения угловых скоростей объекта управления 3-а и 3-б следует, что при замыкании контура регулирования по сигналу датчика углового положения, расположенному по оси двигателя, наблюдаются колебания угловой скорости вращения объекта управления, которые отсутствуют при замыкании контура регулирования по сигналу датчика углового положения, расположенному по оси объекта управления.
Таким образом, предлагаемое устройство с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения обладает новизной, полезностью и реализуемостью, может найти широкое применение в технике, например, в исполнительных электроприводах двухстепенных силовых гироскопических приборов (гиродинов), устройств поворотных солнечных батарей или телескопических систем.
Литература
1. Джукич Д.Й., Положенцев Д.С. Организация систем управления угловой скоростью с помощью индукционных датчиков угла // Молодежь. Техника. Космос: труды VI Общероссийской молодежной науч.-техн. конф./ Балтийский государственный технический университет. - СПб.; 2014. С. 185-186 с.
2. Садовников М.А. Измерение скорости движения силового электропривода с помощью оптических датчиков угла // Изв. Вузов. Приборостроение 2008. Т. 51, №6. С. 52-57.
3. Трахтенберг P.M. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. / P.M. Трахтенберг // М.: Энергоиздат, 1982. - 168 с.
4. Джукич Д.И., Положенцев Д.С. Унифицированный исполнительный электропривод поворотного устройства солнечной батареи // Электронные и электромеханические системы и устройства: XIX науч.-техн. конф. (Томск, 16-17 апр. 2015 г.) / АО «НПЦ «Полюс». - Томск, 2015. - 360 с.
Claims (1)
- Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения, содержащий интеграторы угловой скорости, последовательно соединенные регулятор углового положения, широтно-импульсный модулятор, усилитель мощности, двигатель, который через редукторную передачу связан с объектом управления, и датчики углового положения, расположенные по осям двигателя и объекта управления, отличающийся тем, что с целью попеременного использования датчиков углового положения, в зависимости от величины задаваемой угловой скорости вращения объекта управления, в состав электропривода введен анализатор скорости, на вход которого поступает заданный сигнал угловой скорости вращения объекта управления, а выход которого соединен с интеграторами угловой скорости и регулятором углового положения, при этом анализатор скорости сравнивает значения задаваемых угловых скоростей вращения объекта управления, фиксирует момент перехода границы между низкой и высокой задаваемыми скоростями, определяет, по какому датчику углового положения будет замкнут контур регулирования, меняет коэффициенты и/или структуру регулирующего устройства, производит расчет текущих значений интегратора угловой скорости того контура регулирования, на котором в дальнейшем будет работать электропривод.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136001A RU2707578C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136001A RU2707578C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2707578C1 true RU2707578C1 (ru) | 2019-11-28 |
Family
ID=68836470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018136001A RU2707578C1 (ru) | 2018-10-11 | 2018-10-11 | Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707578C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772727C1 (ru) * | 2021-04-19 | 2022-05-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" | Низкоскоростной прецизионный электропривод с компенсацией влияния несоосности механической передачи |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999045632A1 (en) * | 1998-03-02 | 1999-09-10 | Turbocorp Limited | Motor conroller |
| US6771032B2 (en) * | 2001-07-23 | 2004-08-03 | Lucas Industries Limited | Motor control system |
| RU2404449C1 (ru) * | 2009-09-07 | 2010-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" | Цифровой электропривод |
| EP2372899A1 (en) * | 2008-12-25 | 2011-10-05 | Sany Electric Co., Ltd. | Automatic detection method and apparatus for rotor initial position angle of double-fed machine |
| RU138407U1 (ru) * | 2013-11-15 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Электропривод постоянного тока для управления объектом с упругими связями и наблюдателем скорости исполнительного механизма |
| RU2520351C1 (ru) * | 2012-12-14 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Цифровой электропривод |
| CN105432015A (zh) * | 2013-08-09 | 2016-03-23 | 株式会社安川电机 | 电机驱动***以及电机控制装置 |
-
2018
- 2018-10-11 RU RU2018136001A patent/RU2707578C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999045632A1 (en) * | 1998-03-02 | 1999-09-10 | Turbocorp Limited | Motor conroller |
| US6771032B2 (en) * | 2001-07-23 | 2004-08-03 | Lucas Industries Limited | Motor control system |
| EP2372899A1 (en) * | 2008-12-25 | 2011-10-05 | Sany Electric Co., Ltd. | Automatic detection method and apparatus for rotor initial position angle of double-fed machine |
| RU2404449C1 (ru) * | 2009-09-07 | 2010-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" | Цифровой электропривод |
| RU2520351C1 (ru) * | 2012-12-14 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Цифровой электропривод |
| CN105432015A (zh) * | 2013-08-09 | 2016-03-23 | 株式会社安川电机 | 电机驱动***以及电机控制装置 |
| RU138407U1 (ru) * | 2013-11-15 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | Электропривод постоянного тока для управления объектом с упругими связями и наблюдателем скорости исполнительного механизма |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772727C1 (ru) * | 2021-04-19 | 2022-05-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" | Низкоскоростной прецизионный электропривод с компенсацией влияния несоосности механической передачи |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shi et al. | Speed measurement error suppression for PMSM control system using self-adaption Kalman observer | |
| CN104184382B (zh) | 一种永磁电机速度观测方法 | |
| CN201910764U (zh) | 一种基于终端滑模的永磁同步电机直接转矩控制*** | |
| CN109927032A (zh) | 一种基于高阶滑模观测器的机械臂轨迹跟踪控制方法 | |
| CN107465373B (zh) | 基于线性霍尔传感器的直线电机自动门矢量控制的方法 | |
| Liu et al. | Two-wheel self-balanced car based on Kalman filtering and PID algorithm | |
| CN102621890A (zh) | 一种运动载体光电跟踪稳定平台的控制方法 | |
| CN109067274A (zh) | 基于干扰补偿的永磁同步电机调速的积分滑模控制方法 | |
| CN109873586A (zh) | 一种基于高阶滑模观测器的电机机械参数辨识方法及*** | |
| CN109347391A (zh) | 一种考虑***噪声的朗道自适应转动惯量辨识方法 | |
| RU2707578C1 (ru) | Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения | |
| CN106817060A (zh) | 一种永磁同步电机转动惯量在线辨识方法 | |
| Fandaklı et al. | Antenna azimuth position control with PID, fuzzy logic and sliding mode controllers | |
| Boggarpu et al. | New learning algorithm for high-quality velocity measurement and control when using low-cost optical encoders | |
| CN109884881A (zh) | 一种基于非线性pid控制技术的稳瞄伺服控制器的设计 | |
| CN106569406A (zh) | 基于尺度变换的有刷直流电机模型参数快速辨识方法 | |
| Vinida et al. | Implementation of speed control of sensorless brushless DC motor drive using H-infinity controller with optimized weight filters | |
| CN111835251A (zh) | 一种基于无速度传感的永磁同步电机高性能控制方法 | |
| RU2772727C1 (ru) | Низкоскоростной прецизионный электропривод с компенсацией влияния несоосности механической передачи | |
| Cipin et al. | Measurement and evaluation of DC motor starting torque | |
| Zhao et al. | Robust adaptive speed control of disturbed brushless direct current motor | |
| Yolacan et al. | Real time DSP based PID and state feedback control of a brushed DC motor | |
| Kim et al. | Accurate position control for AC servo motor using novel speed estimator | |
| Sushchenko et al. | Mathematical modelling of inertially stabilized platforms applied at ground vehicles | |
| RU2404449C1 (ru) | Цифровой электропривод |