Устройство для определения параметров электропривода постоянного тока

 

Изобретение относится к области регулируемого электропривода, а также может быть использовано и дпя измерения параметров динамических звеньев в системах автоматического регулирования . Цель изобретения - расширение области применения за счет определения дополнительных динамических и статических параметров электропривода. Поставленная цель достигается включением в цепь замкнутого контура, образованного двумя последовательно соединенными интеграторами, исследуемого динамического звена и компено1рующего звена и изменением параметров компенсирующего звена до тех пор, пока в замкнутом контуре не установятся устойчивые гармонические колебания, после чего по параметрам компенсирующего звена определяют параметры исследуемого звена . 6 ил.

Взамен ранее иэдлнного

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) А1 щ) G 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. (21) 4107467/24-24 (22) 11,05, 86 (46) 23.09.90. Бюл. У 35 (75) А. С. Шалман (53) 62-50 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 661511, кл. G 05 В 23/00, 1977. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ

И ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области регулируемого электропривода, а также может быть использовано и для измерения параметров динамических звеньев в системах автоматического регулироваИзобретение относится к области регулируемого электропривода, а также может быть использовано и для измерения параметров динамических звеньев в системах автоматического регулирования.

Под статическими параметрами понимаются коэффициенты передачи, под динамическими — постоянные времени.

Цель изобретения — расширение области применения способа за счет определения дополнительных динамических и статических параметров электропри в ода, Электропривод постоянного тока является звеном второго порядка, а поэтому характеризуется двумя постоянныж времени

Т - постоянной времени якорной

У ц епи, ния. Цель изобретения — расширение области применения э а счет определения дополнительных динамических и стати ческих параметров электропривода. Поставленная цель достигается включением в цепь замкнутого контура, образованного двумя последовательно соединенными интеграторами, исследуемого динамического звена и компенсирующего звена и изменением параметров компенсирующего звена до тех пор, пока в замкнутом контуре не установятся устойчивые гармонические колебания, после чего по параметрам компенсирующего звена определяют параметры исследуемого звена. 6 ил, Т вЂ” постоя иной времени электроэм мех ани че ской, К - коэффици ентом передачи пп току.

На фиг. 1, 2, 3 представлены схем устройства для измерения соответствующего параметра.

На фиг. 4, 5, 6-временные диаграмми работы устройства, реализующего способ.

На фиг. 1, 2, 3 приняты следующие обозначения: операционный усилитель 1, работающий в интегрирующем режиме, операционный усилитель 2, работающий в интегрирующем режиме, инвертирунтщий усилитель — 3 с коэффициентом передачи 1, переменный резистор 4, з адание амплитуды колебаний, источник

5 постоя нно го напряж ения, р еэи стор 6, регулирующий частоту колебаний, ограничитель 7 для ограничения амплитуды

1397884 колебаний, измеряемый электропривод

8, якорь 9 электродви гателя, обмотка

l0 возбуждения, регулируемый источник 11 напряжения, датчик 2 тока, выключатель 13 обмотки возбуждения, иэодромное компенсирующее звено 14 с постоянной времени - Ту„конденсатор 15 с емкостью С, регулируемый резистор

16 сопротивлением R„ входной резистор !7 сопротивления Rq, корректирующее звено 18 (,T"-образный фильтр с постоянной времени Т ), ключ 19, Резисторы 20 сопротивлением R u

R переменный конденсатор 21 емкостью С, изменяющий постоянную времени Т фильтра 18, Конденсатор 22 емкостью С„, вклю ченный в цепь обратной связи усилителя,,входной резистор 23 операционного 2О усилителя 1.

Способ предусматривает измерение параметров в три этапа.

Этап 1. Измеряется частота коле,баний консервативного звена f о(фиг. 11. 25

Для этого в соответствии с фигурой

1(а) собирается консервативное звено, состоящее из двух последовательно соединенных операционных усилителей 1 и

2 и отрицательной обратной связи, осу-ЗО ществляется инвертирующим усилителем 3.

Задание амплитуды колебаний осуществляется переменным резистором 4 от источника постоянного напряжения 5.

Частота колебаний задается резистором 6.

Амплитуда колебаний э адается так, чтобы колебание напряжений на выходе усилителя 1 не выходили на ограниче- 4р ние ограничителя 7.

На фиг. 4 показаны осциллограммы изменения напряжения на выходе уси" лит елей 1-U и 2-U, Частота колебаний f î определяется 45 по осциллограмме. То, что амплитуда колебаний не ограничена, видно иэ осциллограмма U„.

Этап 2. Измеряется Т > и K . Для этого в соответствии с фигурой 2(а) вводят в контур консервативного звена электропривод 8.

Выключателем 13 отключают обмотку .возбуждения 10. При этом колебания на выходе усилителя 1 будут возрастать до ограничения, так как суммарный фао эовый сдвиг становится больше 180

С ц елью компенсации фаэового сдвига, вносимого измеряемыми электроприводом Вводят В контур компенсирующее звено 14, передаточная функция которого

W(p) Т, р+1, являющееся иэодромом.

Для образования звена 14 последовательно с конденсатором 15 емкостью

С вводят переменный резистор 16.

Изменяя время иэодрома резистором

l6, добиваются восстановления устой" чивых неограниченных колебаний осциллограмма напряжений U<, U< и Т (фиг. 2) .

По осцилограммам определяется частота Й

По полученной постоянной времени изодрома

Т,=К С судят о постоянной времени якорной цепи

ТФ, =Тя.

Коэффициент и .редачи по току определяется иэ соотношения:

K (l), т f, К„

Rg где К = — - — коэффициент передачи и р изодромного усилителя, Этап 3. Измерение электромеханической постоянной времени Т . Для зм этого, не меняя параметров компенсирующего звена 14, включают выключателем 13 обмотку возбуждения 10 (фиг. 3) . .1

Электропривод )начнет вращаться °

При этом колебания напряжения на выходе усилителя 1-U будут ограничены.

Для компенсации влияния вр ащающе"

ro электродвигателя на суммарный фазовый сдвиг (компенсации влияния ЭДС) ключом 19 включают звено 18 (ger.3).

Передаточная функция второго компенсирующего звена имеет вид

1 и(р) = — — —- (2)

ТФ1 р 1 . где Т вЂ” постоя йная времени

R Ri

Т = — 1---; С

Фа R,,+R, Компенсирующее звено определяет собой Т"образный фильтр, состоящий из резисторов 20 и конденсатора 21 с переменной емкостью. Изменяя постоянную времени фильтра, добиваются устойчивых неограниченных колебаний (фиг. 6).

Как видно иэ осциллограммы, фор" ма изменения напряжения U на выходе усилителя 1 имеет небольшое ограниче"

139 ние. Это связано с тем, что полностью скомпенсировать Т-образным фильтром влияние ЭДС нельзя, но можно скомпенсировать со сколь угодно малой погрешностью. Емкостью конденсатора 21 можно установить и затухающие колебания. Величина емкости С подбирается так, чтобы колебания установились на грани затухания (малейшее изменение Сз и колебаний будут затухать).

Это обстоятельство даст возможность измерять Т с минимальной погр ешно ст ью.

Измерив по осциллограммам (игура

6l) частоту f< и зная постоянную време компенсирующего звена 18 — ТФ11 по формуле (3) определяют электромеханическую постоянную времени:

1

Т (3) (2И,) т

Рассмотрим предпосылки, допускающие применение консервативного звена не только для измерения частотных характеристик линейных динаьмческих систем, но и в необходимом для него применении и режиме, обеспечивающем определение постоянных времени и коэффициентов передачи эл. привода.

Известно, что фазовый сдвиг интег0 рирующего усилителя,1) =90, а двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей

, +2=180

Поэтому непременным условием существования консервативного звена является равенство фазового сдвига отрицательной обратной связи p =-180 . Если — 180, то амплитуда колебаний на выходе система с каждым периодом будет увеличиваться до тех пор, пока величина ее не достигнет напряжения питания (колебания система расходящиеся) °

Если g,<-) 80, то амплитуда колебаний будет уменьшаться до неизменного установившегося значения (колебания система сходящиеся).

В заявляемом методе свойство консервативного звена существует только при условии y =-180 использует1С ся дпя измерения параметров электропривода, Ввод компенсирующих звеньев преследует цель компенсации вносимого измеряемым объектом фазового сдвига.

Частота колебаний консервативного звена при условии, что постоянные

7884 6 времени интегрирукщих усилителей 1 и

2 равны (фиг. 1(а)), определяется по формуле

f a*--о 2Р у (4), где

К Ки (5)

2Я Т 2)ГГ

Сравнивая формулы 4 и 5, можно видеть, что Кт определится по формуле (1), 35 Вывод формулы (3) для измерения

T эм

При выводе формулы (3) использовано свойство якорной цепи электродвигателя постоянного тока менять свою передаточную в заторможенном и вращающемся режиме

l/Rp

w(p)= — ——

Тю р+) 5 заторможенный якорь (6) Т змР/Rp (7)

ы(р) — — — — — —— вращающийся якорь.

После измерения Т 1 включают обмотки возбуждения 10 и 2).

Формула (3) выводится, исходя из следующей предпосылки, Устойчивые гармонические колебания тока и скорости, 55 имеют место, когда все фазовые сдвиги, скомпенсированы, т. е.

4 + Ч,+,=0 (8) l+Тя Т9м

q =arctg - — —--- (9)! Т эм

T=T1=T„К „C R C 1 °

Зная f1 и f, можно доказать справедливость формулы (1) .

При вводе объекта в контур консерв.. вативного звена, частота колебаний изменится. Это видно из сравнения осцилло гр амм íà фи г. 4 и 5, Оч евидно, что

15 изменение частоты колебаний будет вызвано изменением общего коэффициента передачи.

Если консервативное звено фиг. 1 имело коэффициент передачи 1 (форму20 ла 2), то коэффициент передачи звена по фиг. 2 будет отличный от единицы.

Общий коэффициент передачи звена фиг. 2 определяется как

Кг Кн где k — коэффициент передачи измеряТ емого электропривода;

К вЂ” коэффициент передачи изодромя ного звена, Частота f „(фиг. 5) определится по

30 формуле

1397884

9 — фазовый сдвиг, вносим и передаточной функци ей (5), (12) 20

Формул а изобретения

Способ определения статических и динамических параметров электроприво— да постоянного тока, состоящего из управляемого источника напряжения, электродвигателя постоянного тока и датчика тока якоря, основанный на воздействии на вход электропривода постоянного тока электрических гармонических колебаний, формируемых консервативным звеном, образованным двумя последовательно соединенными интеграторами, охваченными отрицательной обратной связью, при подаче на вход второго интегратора постоянного сигнала, и измерении частоты Е электрических гармонических колебаний, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет определения дополнительных динамических и

cP2-.— arctg Т, (10), p - фазовый сдвиг, вносимый иэодромом усилителя 2 с постоянной времени изодрома Т,, З =+агс а т., (11) у — фазовый сдвиг, вносимый корректирующим звеном с постоянной времени

Т на входе усилителя 1.

Знак + показывает, что фазовый сдвиг р прибавляется к фазовому сдвигу консерв ативно го звена.

На основании (8) можно утверждать

tg(q,+у + cp,)=0, а так как

tg0=0

1+ Тя ° T 3k\

Т

Тф„+Т = о эм

Из формулы 12 выводится формула (3), На фиг. 3(б) дпя справки дана осциллограмма изменения скорости п .

Наличие этой осциллограммы говорит о 25 том что электропривод вращается. ст атических пар аметров электроприводя, формируют цепь отрицательной обратнои связи, используя ток якоря электропривода постоянного тока, отключают обмотку возбуждения электродвигателя электропривода постоянного тока, вводят в цепь замкнутого контура, образованного электроприводом и элементами консервативного звена, изодромное компенсирующее звено с передаточной функцией Wp=T<, pH и с коэф4ициентом передачи К, изменяют постоянную времени изодромного компенсирующего звена до тех пор, пока в замкнутом контуре не установятся устойчивые гармонические колебания, измеряют частоту f, этих колебаний и по1 стоянную времени Т, изодромного компенсирующего звена, определяют. постоянную времени т якорной цепи и коэффициент передачи К электропривода постоянного тока по формулам: тя= Ф

К =.— --2 —— т f õ о и подключают обмотку возбуждения электродвигателя электропривода постоянного тока, в замкнутый контур вводят компенсирующее звено с передаточной

1 функцией W(p) = — — — —, меняют постоТФхр+1 янную времени компенсирующего звена с

1 передаточной функцией W(p)= — — — т, р+1 до тех пор, пока в замкнутом контуре не установятся устойчивые гармонические колебания, измеряют постоянную времени Т компенсирующего звена с пе1 редаточной функцией W(p) = — — — и тр,р+1 частоту f z гармонических колебаний и определяют электромеханическую постоянную времени, Т электропривода постоянного тока по формуле:

1 тм= " 2= °

9М (2rif 2 T

1397884

1 397884

Oz ог.

Составитель И,Шелипова

Техред М. Ходанич

Корректор А.0саУленко

Редактор Е.Рейн

Заказ 3332 Тираж 666 Под пи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101