SU1185517A2 - D.c.electric drive - Google Patents

Abstract

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт. св. № 1072224, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  динамических характеристик электропривода путем уменьшени  колебательности при различных значени х заданного ускорени , в него введены последовательно включенные дифференцирующее звено и нуль-орган, при этом вход дифференцирующего звена соединен с выходом масщтабного усилител , а выход нуль-органа подключен к входу схемы ИЛИ. (Л 00 СП ел 7 Фиг.1DC ELECTRIC DRIVE on bus. St. No. 1072224, characterized in that, in order to improve the dynamic characteristics of the electric drive by reducing the oscillation at different values of the specified acceleration, a series-connected differentiating link and a zero-organ are introduced into it, the input of the differentiating link is connected to the output of the main amplifier, and the zero output -organ is connected to the input of the OR circuit. (L 00 SP ate 7 Figure 1

Description

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к быстродействующим электроприводам посто нного тока с низкой чувствительностью к изменению его параметров, и  вл етс  дополнительным к авт. св. № 1072224.The invention relates to electrical engineering, in particular to high-speed direct-current electric drives with low sensitivity to changes in its parameters, and is additional to the authors. St. No. 1072224.

Цель изобретени  - улучшение динамических характеристик электропривода за счет уменьшени  колебательности при различных значени х заданного ускорени .The purpose of the invention is to improve the dynamic characteristics of the electric drive by reducing the oscillation at different values of the specified acceleration.

На фиг. 1 представлена блок-схема электропривода; на фиг. 2 и 3 - диаграммы, по сн ющие его работу.FIG. 1 is a block diagram of an electric drive; in fig. 2 and 3 are diagrams for his work.

Электропривод содержит (фиг. 1) последовательно соединенные блок 1 задани  скорости , регул тор 2 скорости, задатчик 3 интенciiFJHOCTn тока  кор , регул тор 4 тока  кор  и преобразователь 5, подключенный к  корной цепи двигател  6, инверсные входы регул торов скорости и тока  кор  соединены соответственно с выходами датчика 7 скорости и датчика 8 тока  кор . Задатчик интенсивности тока  кор  содержит последовательно включенные усилитель 9 и интегратор 10, в обратной св зи которого включен ограничитель 1 1, выход которого св зан с входом датчика 12 режима ограничени . Регул тор 2 скорости содержит масштабный усилитель 13, включенный к входам блока 14 выборки-хранени , амплитудного детектора 15 и первого нуль-органа 16. Выход датчика скорости через первое дифференцирующее звено 17 св зан с входом второго нуль-органа 18, выходы нуль-органов 16 и 18 подключены к входам схемы 19 ИЛИ, выход которой соединен с управл ющим входом амплитудного детектора 15, подключенного к инверсному входу узла 20 сравнени , пр мые входы которого соединены с выходами .масштабного усилител  13 и блока 14 выборки-хранени , а выход узла 20 сравнени  соединен с входом задатчика интенсивности тока  кор . Датчик 12 режима ограничени  может быть выполнен по принципу измерени  тока в ограничителе 11 интегратора . В электропривод введены последовательно соединенные дифференцирующее звено 21 и нуль-орган 22, при этом вход дифференцирующего звена 21 соединен с выходом масштабного усилител  13, а выход нуль-органа 22 подключен к входу схемы 19 ИЛИ.The electric drive contains (Fig. 1) serially connected speed setting unit 1, speed controller 2, core current intensity controller 3FJHOCTn core, current regulator 4 wheel and converter 5 connected to the engine core circuit 6, inverse inputs of speed controller and current core are connected respectively, with the outputs of the sensor 7 speed and sensor 8 current box. The current intensity indicator core contains a series-connected amplifier 9 and an integrator 10, in feedback of which the limiter 1-1 is connected, the output of which is connected to the input of the sensor 12 of the restriction mode. The speed controller 2 contains a scale amplifier 13 connected to the inputs of the sample-storage unit 14, the amplitude detector 15 and the first zero-body 16. The output of the speed sensor through the first differentiating element 17 is connected to the input of the second zero-body 18, the outputs of the zero-organs 16 and 18 are connected to the inputs of the OR circuit 19, the output of which is connected to the control input of the amplitude detector 15 connected to the inverse input of the comparison unit 20, the direct inputs of which are connected to the outputs of the scale amplifier 13 and the sample-storage unit 14, and the output of the node 20 s avneni connected to the input setpoint armature current intensity. The restriction mode sensor 12 can be made according to the principle of current measurement in integrator limiter 11. A serially connected differentiating link 21 and a null organ 22 are inserted into the electric drive, while the input of the differentiating link 21 is connected to the output of a large-scale amplifier 13, and the output of the null organ 22 is connected to the input of the OR circuit 19.

На фиг. 2 представлены кривые 23-28 реакции САР электропривода на линейное изменение сигнала заданной скорости: кривые 23 и 24 - приращени  соответственно сигнала задани  скорости и скорости электропривода с неизменным моментом инерции; крива  25 - ток  кор ; крива  26 -динамическа  погрещность формировани  скорости, кривые 27 и 28 - приращени  скорости двигател  при двух различных вариаци х момента инерции или ошибках, возникающих, например, в канале измерени  и запоминани  максимального значени  ошибки формировани  скорости.FIG. 2 shows curves 23-28 of the SAR drive response to a linear change in the signal of a given speed: curves 23 and 24, respectively, increments of the speed reference signal and the speed of the drive with a constant inertia moment; curve 25 is the current core; curve 26 is the dynamic error of speed formation, curves 27 and 28 are engine speed increments with two different variations of the inertia moment or errors occurring, for example, in the measurement channel and memorizing the maximum value of the speed formation error.

На фиг. 3 изображены кривые 29-32 реакции САР электропривода на линейное изменение сигнала задани  скорости, при котором ток  кор  достигает максимально допустимое по услови м коммутации значение (выходит на режим ограничени ); кривые 29 и 30 - прирапдени  соответственно сигнала задани  скорости и скорости элект0 ропривода; 31 - крива  тока  кор ; 32- крива  динамической погрешности формировани  скорости двигател .FIG. 3 shows the curves 29-32 of the ACS response of the electric drive to a linear change in the speed reference signal, at which the core current reaches the maximum permissible value under the switching conditions (enters the limit mode); curves 29 and 30 are indicative of the signal specifying the speed and the speed of the electric drive, respectively; 31 - current curve core; 32 is a curve of dynamic error in engine speed shaping.

Электропривод работает следующим образом .The drive works as follows.

В установившемс  режиме среднее значение напр жени  на выходе масштабного усилител  13, блока выборки-хранени  14, амплитудного детектора 15 и узла сравнени  20 равно нулю. Малейшее отклонение скорости от заданного значени  вызывает по вление не равного нулю напр жени  на выходе масштабного усилител  13, блока выборки-хранени  14, амплитудного детектора 15, функционирующих в режиме выборки и, следовательно, результируюо;ее напр жение на выходе узла 20 сравнени  определ етс  величиной и пол рностью напр жени  масштабного усилител  (напр жени  блоков 14 и 15 компенсируют друг друга). На выходе усилител  9 по вл етс  напр жение , которое интегрируетс  интегратором In the steady state mode, the average value of the voltage at the output of the large-scale amplifier 13, the sample-storage unit 14, the amplitude detector 15 and the comparison node 20 is zero. The slightest deviation of speed from a predetermined value causes a non-zero voltage at the output of the scale amplifier 13, the sample-storage unit 14, the amplitude detector 15 operating in the sampling mode and, consequently, resulting; the voltage at the output of the comparison node 20 is determined the magnitude and polarity of the voltage of the scale amplifier (the voltages of blocks 14 and 15 compensate each other). At the output of amplifier 9, a voltage appears that is integrated by the integrator.

0 10 и вызывает отклонение тока  кор , свод щее к нулю отклонение скорости двигател . На выходах всех нуль-органов 16, 18 и 22 с большой частотой следовани  по вл ютс  сигнал. логической единицы, поскольку отклонение скорости от заданного значени , производна  этого отклонени  и производна  скорости в установившемс  режиме работы электропривода близки к нулю. Импульсы напр жени , по вл ющиес  на выходе логической схемы 19 ИЛИ, сбрасывают на нуль напр жение амплитудного детектора , обусловленное незначительными отклонени ми скорости от заданного значени . Напр жение задани  тока  кор  на выходе интегратора 10 равно напр жению датчика 8 тока  кор .0 10 and causes a deviation of the current of the core, reducing to zero the speed deviation of the engine. At the outputs of all null organs 16, 18 and 22, a signal appears with a high frequency. logical unit, since the deviation of speed from a given value, the derivative of this deviation and the derivative of speed in the steady state of operation of the electric drive are close to zero. The voltage pulses appearing at the output of the logic circuit 19 OR, reset the voltage of the amplitude detector, due to minor speed deviations from the set value. The voltage setting current of the core at the output of the integrator 10 is equal to the voltage of the sensor 8 of the current of the core.

При линейном изменении сигнала задани  скорости двигател  (крива  23, фиг. 2) на выходе масштабного усилител  13 по вл етс  напр жение, пропорциональное разности заданного v и действительного v значени  скорости, т. e.(), где Ку -With a linear variation of the motor speed reference signal (curve 23, fig. 2), the output of the scale amplifier 13 is a voltage proportional to the difference of the given v and actual v speed values, i.e. (), where Ku is

0 коэффициент усилени  масштабного усилител . Поскольку отклонение скорости увеличиваетс , амплитудный детектор как и блок выборки-хранени  функционирует в режиме выборки и напр жение Uyc на выходе узла 20 сравнени  будет равно напр жению масштабного усилител  13, т. е. Ky().0 gain gain of the scale amplifier. As the speed deviation increases, the amplitude detector, like the sampling-storage unit, operates in the sampling mode and the voltage Uyc at the output of the comparison node 20 will be equal to the voltage of the scale amplifier 13, i.e. Ky ().

Усиленное усилите,-ом 9 это напр жение интегрируетс  (коэффчишент усилени  усилител  9 определ етс  допустимой величиной производной тока  кор ) интегратором 10, что приводит к возрастанию выходного напр жени  преобразовател  5 и к нарастанию тока  кор . Если заданна  производна  тока  кор  неизменна, т. е. усилитель находитс  в режиме насыщени , то ток  кор  нарастает по закону, близкому к линейному (крива  25, фиг. 2). Скорость двигател  нарастает (крива  24, фиг. 2), но отклонение скорости от заданного значени  (крива  26, фиг. 2) не может мгновенно уменьшатьс  до нул  и даже продолжает увеличиватьс  до некоторого момента времени t|. Максимальное отклонение скорости 6vm запоминаетс  амплитудным детектором 15. Напр жение на выходе узла 22 сравнени  будет положительным и вызывает рост тока  кор , пока отклонение скорости от заданного значени  не станет равным половине максимального отклонени , т. е. Uyc Ку())- Отклонение скорости от заданного значени  удвоено, поскольку блок выборки хранени  находитс  в режиме выборки и его выходное напр жение равно Куб, также как и напр жение на выходе масштабного усилител  13, т. е. на пр мые входы узла 20 сравнени  подаетс  напр жение 2К.у8), а на инверсный вход - Ky§i)m.Amplified gain, -th 9, this voltage is integrated (amplification factor of amplifier 9 is determined by the permissible value of the derivative of the current box) by the integrator 10, which leads to an increase in the output voltage of the converter 5 and to an increase in the box current. If the specified derivative of the current core is unchanged, i.e., the amplifier is in saturation mode, then the current core increases according to a law close to linear (curve 25, Fig. 2). The motor speed increases (curve 24, fig. 2), but the deviation of the speed from the set value (curve 26, fig. 2) cannot instantly decrease to zero and even continues to increase up to a certain time t |. The maximum speed deviation of 6vm is remembered by the amplitude detector 15. The voltage at the output of the comparison node 22 will be positive and cause the current core to increase until the speed deviation from the set value equals half of the maximum deviation, i.e. Uyc Ku ()) - The speed deviation from given value is doubled, since the storage sampling unit is in the sampling mode and its output voltage is Cube, as well as the voltage at the output of the scale amplifier 13, i.e., the direct inputs of the comparison unit 20 are supplied with a voltage of 2K. 8), while the inverting input - Ky§i) m.

Таким образом, в момент времени to, когда отклонение скорости от заданного значени  станет равным половине максимального 6vm, напр жение на выходе усилител  9 станет отрицательным и ток  кор  уменьшаетс , а отклонение скорости от заданного значени  стремитс  к нулю и с момента времени t4 система электропривода работает в установившемс  динамическом режиме (скорость двигател  нарастает по линейному заданному закону).Thus, at the moment of time to, when the speed deviation from the setpoint becomes equal to half of the maximum 6vm, the voltage at the output of the amplifier 9 becomes negative and the crust current decreases, and the speed deviation from the setpoint tends to zero and from time t4 the drive system works in the established dynamic mode (engine speed increases according to a linear given law).

Люба  реальна  система характеризуетс  воздействием на нее параметрических и координатных возмуш,ений. Поэтому, если изменитс  момент инерции электропривода, неточно запомнитс  максимальное значение отклонени  скорости 6vm или по витс  действие внешних возмущений САР, то организуетс  дополнительное движение системы, отличное от оптимального. При этом, если возмущение в системе приводит к перерегулированию , т. е. из.менению знака отклонени  скорости от заданного значени  (крива  27, фиг. 2), то в момент времени ts, соответствующий нулевому отклонению скорости от заданного значени , нуль-орган 16 и схема ИЛИ 19 сбрасывают на нуль запомненное ранее амплитудным детектором 15 максимальное отклонение скорости, а в момент времени t4 амплитудный детектор запоминает новое максимальное отклонение скорости от заданного значени . Ток  кор  уменьшаетс  до момента времени ts (соответствующа  пунктирна  крива  тока фиг. 2), т. е. пока отклонение скорости от заданного значени  не достигнет половины нового максимального значени . Следовательно, в этом случае организуетс  описанный выше процесс ликвидации ошибки.Any real system is characterized by the influence on it of parametric and coordinate capabilities. Therefore, if the moment of inertia of the electric drive changes, the maximum value of the speed deviation of 6vm is not accurately remembered or the effect of external disturbances of the SAR is observed, then an additional movement of the system that is different from the optimal one is organized. In this case, if a disturbance in the system leads to overshoot, i.e., a change in the sign of the speed deviation from the setpoint (curve 27, fig. 2), then at time ts, corresponding to the zero speed deviation from the setpoint, the null organ 16 and the OR 19 circuit reset the maximum speed deviation previously memorized by the amplitude detector 15, and at time t4 the amplitude detector stores the new maximum speed deviation from the set value. The current corr decreases to the time ts (the corresponding dotted curve of the current of Fig. 2), i.e., until the speed deviation from the predetermined value reaches half of the new maximum value. Therefore, in this case, the error elimination process described above is organized.

Если же возмущающее воздействие приводит к такому состо нию, что отклонение от заданного значени  не достигает нулевого значени  (крива  28, фиг. 2) и если отсутствуют блоки 21 и 22, то уменьщающийс  ток  кор  вызывает увеличениеIf the disturbing effect leads to such a state that the deviation from the specified value does not reach zero (curve 28, fig. 2) and if there are no blocks 21 and 22, then the decreasing current of the core causes an increase in

0 отклонени  скорости от заданного значени , причем ток  кор  уменьшаетс  до тех пор, пока отклонение скорости от заданного значени  не станет равным половине максимального отклонени  скорости, соответствующего моменту времени ti, т. е. до момента0 the speed deviation from the specified value, and the current of the cor decreases until the speed deviation from the specified value becomes equal to half of the maximum speed deviation corresponding to the time ti, i.e.

времени t (соответствующа  пунктирна  крива  тока, фиг. 2). Скорость двигател  совершает колебательные движени  около зазаданной , что в большинстве технологических процессов недопустимо. time t (corresponding to the dotted curve of the current, Fig. 2). The speed of the engine makes oscillatory movements around the target, which is unacceptable in most technological processes.

0 Введение дифференцирующего звена 21 и нуль-органа 22 позвол ет сформировать сигнал сброса на нуль напр жени  амплитудного детектора 15, поскольку в момент времени t4, соответствующий равенству нулю производной от ошибки 6v скорости, срабатывает нуль-орган 22 и схема ИЛИ 19. В результате амплитудный детектор запоминает новое максимальное отклонение скорости от заданного значени , ток  кор  с момента времени 14 начинает нарастать до тех пор, пока текущее отклонение скорости от заданного значени  не уменьшитс  до половины максимального, запомненного амплитудным детектором (момент времени и на фиг. 2). Следовательно, реализуемый системой алгоритм управлени  позвол ет в услови х различных возмущений получить нулевую установившуюс  ошибку по скорости при линейном ее задании.0 The introduction of differentiating link 21 and null organ 22 allows generating a voltage zero signal of amplitude detector 15, since at time t4, corresponding to the zero value of the derivative of error 6v speed, the null organ 22 and the OR 19 circuit work. As a result the amplitude detector memorizes the new maximum speed deviation from the set value, the current cor from time 14 begins to increase until the current speed deviation from the set value decreases to half the maximum, by reading amplitude detector (time point and in Fig. 2). Consequently, the control algorithm implemented by the system allows, under the conditions of various perturbations, to obtain a zero steady-state velocity error with its linear specification.

Если заданное ускорение привода достаточно велико, и ток  кор  достигает максимально допустимое значение (кривые 29,If the specified acceleration of the drive is large enough, and the current of the core reaches the maximum allowable value (curves 29,

31, фиг. 3), то в момент времени t| амплитудный детектор 15 запоминает максимальное отклонение скорости от заданного значени , а в момент времени to достижени  током  кор  максимального значени  срабатывает датчик 12 режима ограничени  и блок 14 выборки-хранени  переходит в режим хранени , запомина  отклонение скорости 6vv|), соответствующее моменту времени ta. Напр жение на выходе узла сравнени  20 определ етс  выражением Uyc КУ (6v-f-6v p-б „). Следовательно, ток  кор  остаетс  на максимальном уровне, пока отклонение скорости от заданного значени  не уменьшитс  до величины ,,, (момент времени ts на фиг. 3). Затем ток  кор  начинает31, FIG. 3), then at time t | the amplitude detector 15 memorizes the maximum speed deviation from a predetermined value, and at the moment of time the current reaches the maximum value, the sensor 12 of the restriction mode is triggered and the sampling-storage unit 14 switches to the storage mode, memorizing the speed deviation 6vv | The voltage at the output of the comparison node 20 is determined by the expression Uyc KU (6v-f-6v p-bn). Consequently, the current of the core remains at the maximum level until the speed deviation from the setpoint is reduced to a value, ,,, (time ts in Fig. 3). Then the current cor starts

5 спадать и отклонение скорости от заданного значени  плавно устремл етс  к нулю. Возможные дополнительные движени  системы при действующих на нее возмущени х описаны выше и обеспечивают максимально быструю ликвидацию скоростей ошибки (система оптимальна по быстродействию, если усилитель 9 работает в релейном режиме, т. е. имеет коэффициент усилени  близкий к со, а преобразователь - безынерционен). Таким образом, электропривод позвол ет получить оптимальные переходные процессы в системе при наложенных ограничени х на величину тока и его производную, а также на величину ускорени  электропривода . В отличие от базового объекта ограничение ускорени  электропривода реализуетс  при различных вариаци х параметрических и координатных возмущений в системе , т. е. система остаетс  «грубой (низкочувствительной к возмущени м). Оптимальное ограничение ускорени  электропривода расщир ет его функциональные возможности , позвол ет использовать его в различных технологических процессах, характеризующихс  требованием программного ограничени  ускорени  приводимых механизмов, в частности - в электроприводах подъемнотранспо|5тных механизмов, центробежных испытательных стендов и т. п.5, the speed deviation from the predetermined value gradually decreases toward zero. Possible additional movements of the system with disturbances acting on it are described above and provide the fastest possible elimination of error rates (the system is optimal in speed if amplifier 9 operates in relay mode, i.e., has a gain factor close to ω and the converter is zero-free). Thus, the electric drive allows to obtain optimal transient processes in the system with restrictions imposed on the magnitude of the current and its derivative, as well as on the magnitude of the acceleration of the electric drive. In contrast to the base object, the acceleration of the electric drive is limited by various parametric and coordinate disturbances in the system, i.e. the system remains "coarse (low sensitive to disturbances). The optimal limitation of the acceleration of the electric drive enhances its functionality, allows its use in various technological processes, which are characterized by the requirement of software limiting the acceleration of the driven mechanisms, in particular, in electric drives of the lifting and transport mechanisms, centrifugal test benches, etc.

//

Claims (1)

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт. св. № 1072224, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик электропривода путем уменьшения колебательности при различных значениях заданного ускорения, в него введены последовательно включенные дифференцирующее звено и нуль-орган, при этом вход дифференцирующего звена соединен с выходом масштабного усилителя, а выход нуль-органа подключен к входу схемы ИЛИ.ELECTRIC DRIVE DC by ed. St. No. 1072224, characterized in that, in order to improve the dynamic characteristics of the electric drive by reducing the oscillation at various values of a given acceleration, series-connected differentiating element and zero-organ are introduced into it, while the input of the differentiating link is connected to the output of the scale amplifier, and the output is zero body connected to the input of the OR circuit. Фиг. 1FIG. 1 I 185517I 185517