Адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока. Целью изобретения является повышение качества регулирования. Устройство содержит интег-; ральный и пропорциональный регулирующие элементы, пять фиксаторов нулевого порядка. В данном устройстве повышается качество регулирования тока электродвигателя за счет введения трех нелинейных элементов .

СОЮЗ СОГ1Г ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, Ы„, 1786627 А1 (я)5 Н 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ""-;:::., :, :.:::::::: 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832348/07 (22) 29.05.90 (46) 07.01,93. Бюл. N . 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) Н.И.Сороченко и А.M.×óäíoâñêèé (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 889988558811, кл. Н 02 P 5/12, 1976.

Авторское свидетельство СССР

К 1101626, кл. Н 02 P 5/06, 198 .

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах автоматизированного вентильного электропривода постоянного тока и ориентировано на реализацию программным способом в микропроцессорных системах управления.

Известен адаптивный регулятор для управляемых выпрямителей (авт. св. N.

898581., кл. Н 02 P 5/12). содер1кащий триггер наличия тока, измеритель длительности протекания тока, интегральный регулирующий элемент, пропорциональный регулирующий элемент, сумматор, блок коммутации с ключевыми элементами (ключи интегрального регулирующего элеMpíTа) и блок коммутации с ключевыми элемен1ами (ключи пропорционального регулиру ощего элемента). Измеритель длительности протекания тока состоит из ключа, генератора, счетчика, ключей, дешифра ора инвергора и формирователя импульсов. Вь.ходы измерителя длительности протекания тока подключены к управляк>щим входа 1 ключей ll пропорционального и интегрального регу(54) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТОКА ДЛЯ

УПРАВЛЯЕМЫХ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ ЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и гложет быть использовано в электроприводах постоянного тока. Целью изобретения является повышение качества регулирования. Устройство содержит интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, пять фиксаторов нулевого порядка. В данном устройстве повышается качество регулирования тока электродвигателя за счет введения трех нелинейных элементов.

3 лирующих элементов, а вход соединен с выходом триггера наличия тока, причем триггер наличия тока через ключ соединяет генератор стабильной частоты со счетным входом счетчика, установочный вход которого через формирователь импульса соединен с выходом триггера наличия тока.

Выходы счетчика через ключи, управляющие входы которых через логический инвертор соединены с выходом триггера наличия тока, соединены с входами дешифратора 12, 0 выходы которого соединены с ключами,. Я

Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие регулятора в режиме прерывистых токов из-за запаздывания корректирующего воздействия и в реЪ жиме непрерывных токов из-за влияния пульсации тока на динамический коэффициент преобразователя, а также возможное перерегулирование в токе при выходе из прерывистого режима в непрерывный.

Известен адаптивный регулятор для управляемых вентильных преобразователей (авт.св. N. 1104529, кл. Н 02 P 5/06), содер1786627

20

40

50

55 жащий датчик наличия тока, интегральный и пропорциональный регулирующие элементы, выходы которых связаны с входом сумматора, генератор, связанный через ключевой элемент со счетчиком, и формирователь импульСов, к первому входу которого, обьединенйому с вторым входом ключевого элемента, подключены выход датчика наличия тока, а выход формирователя связан со счетчиком, кроме того, адаптивный регулятор содер>кит цифроаналоговый преобразователь, цифровой вычислитель, элемент памяти, RS-триггер режима непрерывных токов и регистр, причем входы регистра обьединейы с выходами счетчика, а выход- с первыми входами цифрового вычитателя, вторые входы которого, объединенные с информационными входами счетчика, соединены с выходами элемента памяти, выходы цифрового вычитателя соединены с .информационными входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом сумматора, выход переполнения счетчика соединен с

R-входом RS- триггера режима непрерывных токов, S- вход которого объединен с выходом датчика наличия тока, а выход - с третьим вхо- дом ключевого элемента и с вторым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй выход — с входом записи регистра, а третий — с входом записи счетчика (прототип).

Недостатками указанного устройства являются низкое быстродействие регулято- . ра в режиме прерывистых токов из-за запаздывания корректирующего воздействия и в режиме непрерывных токов из-за влияния пульсации тока на динамическии коэффициент преобразователя, а также низкое быстродействие отработки возмущения в прерывиСтом режиме.

Целью изобретения является повышение качества регулирования тока.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей, содержащей регулирующий элемент, подключенный к первому входу сумматора, вых6д которого является выходом устройства, пропорциональный регулирующий элемент, первым входом подключенный к клемме "задание", первый ключевой элемент, RS-триггер режима непрерывных токов, своим выходом подключенный к входу управления первого ключевого элемента, и формирователь импульсов введены два ключевых элемента, датчик среднего значения тока, первый нелинейный эс емент, моделирующий характеристику ЭДС вЂ” ток преобразователя, второй нелинейный элемент, корректирующий переходную характеристику ЭДС вЂ” ток преобразователя, второй нелинейный элемент, корректирующий переходную характеристику преобразователя, третий нелинейный элемент, моделирующий переходную характеристику преобразователя, пять фиксаторов нулевого порядка, два пороговых элемента, два элемента умножения, один элемент деления, три узла сравнения, задатчик уставки и делитель, причем второй вход сумматора объединен с первым входом формирователя импульсов и через первый ключевой элемент соединен с выходом пропорционального регулирующего элемента, и выходом первого элемента умножения, вход интегрального регулирующего элемента через второй ключевой элемент соединен с выходом первого, и второго узлов сравнения, входы управления первого и второго ключевых элементов объединены,.первые входы первого узла сравнения и первого порогово- . го устройства подключены к клемме "задание", вход датчика среднего значения тока подключен к клемме "обратная связь" и через первый фиксатор нулевого порядка — к первому входу третьего узла сравнения, а выход через второй фиксатор нулевого по рядка — к второму входу первого узла сравнения, выход интегрального регулирующего элемента подключен к входам первого и второго нелинейных элементов, выход первого нелинейного элемента. подключен к первому, а выход задатчика уставки — к второму входу второго элемента умножения; выход . которого подключен к вторым входам пороговых элементов, второму входу элемента деления и через делитель — к второму входу третьего узла сравнения, выход которого подключен к первому входу второго порогового элемента и второму входу пропорционального регулирующего элемента, выход первого порогового элемента подключен к

S, а второго — инверсному R входу RS-триггера непрерывного тока, первый вход элемента деления через третий ключевой элемент соединен с клеммой "задание" и выходом второго фикса-;ора нулевого порядка, выход элемента деления через третий нелинейный элемент подключен к первому входу элемента умножения, второй вход которого подключен к выходу второго нелинейного элемента, а выход через последовательно соединенные третий и четвертый фиксаторы нулевого порядка — к первому входу второго узла сравнения и через пятый фиксатор нулевого порядка — к второму входу этого узла, второй вход формирователя импульсов подключен к клемме

"сумма управляющих импульсов", à его nep1786627

20 вый выход — к входам управления второго, второй — к входам управления четвертого и пятого, третий — к входу управления третьего, четвертый — к входу управления первого фиксаторов нулевого порядка, а пятый выход — к входу управления третьего ключевого элемента, Адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей содержит интегральный регулирующий элемент 1,.сумматор 2, пропорциональный регулирующий элемент 3, ключевые элементы 4-6, RS-триггер режйма непрерывных токов 7, формирователь импульсов 8, датчик среднего значения тока 9, нелинейные элементы 10 — 12, фиксаторы йулевого порядка

13 — 17, пороговые элементы 18, 19, элементы умйожения 20, 21, элемент деления 22, узлы сравнения 23 — 25, задатчик уставки 26 и делитель 27, Интегральный регулирующий элемент 1 . подключен к первому входу сумматора 2, выход которого является выходом устройст ва, второй вход сумматора 2 соединен с первым входом формирователя импульсов 8 и через первый ключевой элемент 4 подклю. чен или к выходу пропорционального регу",лирующего элемента 3 или к выходу элемента умно>кения 20, вход интегрального регулирующего элемента 1 через ключе: вой элемент 5 подключен к выходу узла сравнения 23 или 24, управляющие входы ключевых элементов 4 и 5 подключены к выходу RS-триггера 7, первые входы пропорционального регулирующего элемента

3, узла сравнения 23 и порогового устройства 18 подключены к клемме "задание", вход датчика среднего значения тока 9 подключен к клемме "обратная связь" и через фиксатор нулевого порядка 13 — к первому входу узла сравнения 25, а выход через фиксатор

- нулевого порядка 14 — к второму входу узла сравнения 23. Выход интегрального регули. рующего элемента 1 подключен к входам нелинейных элементов 11 и 12, выход нелинейного элемента 11 подключен к первому, . а выход задатчика уставки 26 — к второму входу элемента умножения 21, выход которого подключен к вторым входам пороговых элементов 18, 19 и элемента деления 22 и через делитель 27 — к второму входу узла сравнения 25, выход последнего подключен к первому входу порогового элемента 19 и второму входу пропорционального регулирующего элемента 3. В |ход порогового элемента 18 подключен к S-, а порогового элемента 19 — к инверсному R входам RSтриггера непрерывного тока 7,Первый вход элемента деления 22 через ключевой элемент 6 соединен или с клеммой "задание"

55 или выходом фиксатора нулевого порядка

14, выход элемента деления 22 через нелинейный элемент 10 подключен к первому входу элемента умно>кения 20, «торой вход которого подключен к вь)ходу нелинейного элемента 12, а выход через последовательно соединенные фиксаторы нулевого порядка 15 и 16 — к первому входу узла сравнения

24 и через фиксатор нулевого порядка 17— к второму входу этого узла, Второй вход формирователя импул ьсов" 8 подключен к клемме "сумма управляющих импульсов", а его первый выход — к входууправления фиксатора нулевого порядка 14, второй — фиксаторов 16, 17, третий — фиксатора 15, четвертый — фиксатора 13, а пятый выход —, к входу управления ключевого элемента 6.

Устройство работает следующим обра-: зом. Регулятор имеет две структуры в зави- симости от тока преобразователя прерывистого или непрерывного. Выбор одной из структур осуществляется одновременным переключением . ключевых элементов 4 и 5. Этими ключами управляет

RS-триггер 7. Если на его выходе лог,1, то ключи находятся в положении согласно фиг.1. Триггером 7 управляют пороговые элементы 18 и 19, которые переключаются в лог.1 при превышении сравниваемых ими величин токов задания и обратной связи с гранично-непрерывным ToKQM с выхода элемента умножения 21. Величина гранично-непрерывного тока при нулевой ЭДСдвигателя„ задается задатчиком уставки 26. Величина грг ; нично-непрерывного тока преобразователя изменяется с изменением ЗДС двигателя по известному закону, который учитывается нелинейным элементом 11, переходная характеристика которого приведена на фиг.2.

Сигнал с выхода этого элемента использует- . ся как коэффициент, на который умно>кается элементом 21 сигнал задатчика уставки

26. Вместо ЭДС двигателя здесь используется сигнал на выходе интегрального ретулирующего элемента 1, которые в режиме прерывистых токов очень близки, Имеется ввиду, что передаточная характеристика системы импульсно-фазового управления и преобразователя имеет вид, приведенный на фиг,3, где UR — сигнал на выходе сумматора 2,.а Уд —.выпрямленное напряжение при непрерывном токе. При применении системы импульсно-фазового управления с линейным опорным напряжением все при веденные здесь кривые незначительно ви-. доизменяются. На выходе узла сравнения

25 формируется прогнозируемый сигнал, ° близкий к среднему значению непрерывно1786627 го тока преобразователя за интервал вентильности. Этот сигнал получается путем вычитания мгновенного значения тока обратной связи в точке, опережающей точку наступления максимума в токе на несколько электрических градусов, и сигнала с выхода элемента умно>кения 21

"гранично-непрерывный ток", прошедшего делитель 27 с коэффициентом передачи, примерно равным 0,5; Вычитание этих сигналов учйтывает пульсацию в токе Таким образом переключение структуры регулирования из йрерывистого тока в непрерывный производится сразу после превышения задания на ток величины, равной граничнонепрерывному току, а переключЕние структуры из непрерывного в прерывистый — при снижении задания на ток и прогнозируемого по обратной связи среднего значения тока ниже уровня гранично-непрерывного тока. RS -триггер имеет приоритет по входу

S. Формирователь импульсов 8 вырабатывает управляющие импульсы для фиксаторов нулевого порядка 13 — 17 и ключевого элемента 6 согласно диаграмме, приведенной на фиг,4. В момент действия импульса фиксаторы нулевого порядка 13 — 17 запомиKGIoT на входе состояние входа до прихода следующего импульса. На время действия импульса У5 ключевой элемент 6 подключает вход фиксатора 14 к первому входу элемента деления 22. Момент формирования импульса У4 соответствует времени выдачи фиктивного импульса управления для последнего включенного вентиля с углом управления, соответствующего выходному сигналу интегрального регулирующего элемента, задержанного на постоянное время, например 1,4 м S для шестиипульсной схемы Ларинова. Это может быть реализовано, например, с помощью схемы приведенной на фиг.5, где Upl> — Опорное напряжение, 14х — напряжение пропорциональной части ретулятора на первом входе сумматора 2. Датчик среднего значениетока 9 может быть выполнен на осйове интегратора с ключом сброса импульсами управления или по а.с.

СССР ¹ 1327260 Н 02 P 5/06. Регулятор непрерывного тока преобразователя — пропорционально-интегральный, причем обратная свяЗь для пропорционального регулирующего элемента 3 — это зафиксированное в точке сигналом У4 скорректированное по пульсации в узле 25 мгновенное. значение тока, а для интегрального регулирующего элемента 1 — это измеренное датчиком 9 среднее значени» тока за предыдущий интервап вентильности. При этом статическую точность отработки задания обеспечивает обратная связь по датчи10

15 ку среднего значения тока 9, а обратная связь по мгновенному значению тока обеспечивает высокое быстродействие.

Применение фиксатора нулевого порядка 13 исключает влияние пульсации выпрямленного тока на коэффициент преобразователя и на зависимость переходного процесса в токе от уровня скачка задания, обеспечивая предельное быстродействие — отработку задания за одну дискрету преобразователя. Регулятор прерывистого тока преобразователя пропорциональный по заданию и интег- ральНый йо заданию и обратной связи с нелинейными коэффициентами, Нелинейность преобразователя в зоне прерывистых токов учитывается нелинейным элементом

10, входным параметром для которого является желаемое отношение среднего значе-. ния выпрямленного . тока к гранично-непрерывному, а выходным — приращение управляющего сигнала сумматора

2 от гранично-непрерывного тока до желаемого. Эта кривая соответствует ЭДС двигателя, равной нулю, приведена на фиг,6 и мало зависит от параметров нагрузки преобразователя. Зависимость этой кривой от

ЭДС двигателя учитывается нелинейным элементом 12, переходная характеристика которого приведена на фиг.7. Сигнал с выхода этого элемента используется.как коэффициент, на который умножается элементом 20 сигнал с выхода нелинейного элемента 10 входным сигналом для нелинейного элемента 12, как и для элемента 11, является сигнал. на выходе интегрального регулирующего элемента 1. Сигнал заданйя на ток и среднее значение тока обратной связи проходят одинаковые преобразова40 ния через цепочку элементов 22, 10 и 20.

Элемент деления 22 определяет, какую часть гранично-непрерывного тока составляет входной ток цепочки. Временная диаг- рамма работы устройства. в прерывистом

45 токе пpNnpNnO)l(eHNN скачка задания приведена на фиг,8., На время действия импульса

У5 к входу цепочки элементов 22, 10 и 20 прикладывается сигнал обратной связи от. датчика среднего значения тока 9 через фик50 сатор 14, Через некоторое время результат преобразования с выхода этой цепочки запоминается фиксатором 17, сравнивается с сигналом на выходе фиксатора 18 в узле сравнения 24 и воздействует на интегральный регулирующий элемент 1, Все остальное время к входу цепочки прикладывается сигнал задания на ток, который воздействует как на интегральный регулирующий элемент 1 через фиксаторы нулевого порядка

15 и 16, так и сумматор 2 через ключевой

9 элемент 4. Фиксатор 15 служит для задержки этого сигнала на дискрету преобразователя, компенсирующей задержку сигнал обратной связи в датчике среднего значе- ния тока 9. Быстродействие отработки задания обеспечивается воздействйем сигнала задания через цепочку. элементов 22, 10, 20, 4 и на сумматор 2, а точность и быстродействие по возмущению; вызванное изменением ЭДС двигателя, напря>кения питающей сети или неточностью нелинейных и других элементов,. обеспечивается интегральным регулйрующим элементом 1, причем и в первый и во второй случай учитывается нелинейность преобразователя в прерывистом режиме его работы. На

:,выходе интегрального регулиру1ощего элемента удерживается Значенйе, соответству: ющее углу уйравления при протекании гранично-негпрерывйого така; ч о обеспечи вает быстрое переключенйе структуры регулирования в двух направлениях без перерегулирования в токе; а также в реверсивных преобразователях позволяет работать с углом согласования 90 эл. град. с предельным быстродействием при реверсах тока, Таким образом, динамика регулято ра т ока. не зависит от уровня скачк а заданная и обеспечивает возможность реализации быстродействия, близкого к пределЬному, в непрерывном и прерывистом токе преобразователя в большом диапазоне

: .::изменения ipîòèâîÝÄÑ нагрузки. Реализация предлагаемого регулятора -возможна программным способом в микропроцессор ных системах управления йреобразователями, г, к, операции преобразования s нем производятся над квазйстационаргными за дискрету. преобразователя сигналами задания и обратной связи по току с большим запасом времени до момента формирования следующего управляющего импульса, что снимает требования к высокой производительности" вычислителя. При этом программно.реализуются все элементы и узлы устройства,,за исключением датчика среднего. значения тока 9, фиксаторов нулевого порядка 13.и 14, а выработка импульса У4 требуется аппаратной поддержки в виде таймера, который во всех случаях имеется в системе.. Нелинейные элементы реализуются в виде таблиц, хранящихся в постоянной памяти. Ниже приведены формулы для расчета регулятора тока: гр.п=1грп 1(!п-1); п= п+Рп;

Для регулятора непрерывного тока: in=in-1+. (l*n-1 tcp.n) K1

Pn=(l*n 1т.п) К2

Для регулятора прерывистого тока:

1786627 п — 2

in=in-1+(f2(ln-3) г3(. — — ) f2(ln-1).

I гр.n — 2 . 13(. " " Н. КЗ; гр.п

Pn=f2(ln-1).f3(— " ), гр.п.

10 где R — выход регулятора;

I — интегральная часть регулятора; "

P — пропорциональная часть регулят,> ра; п — текущий номер расчета ипи замера;

1.5 i* — задание на ток;

lcp — замер средйего значения тока;

iT — замер мгновенного значения тока; игр — среднее значение гранично-йепрерывйого тока;

0 негро — уставка "гранично-непрерывный ток при нулевой ЭДС";

К1,КЗ = интегральные коэффициенты;

К2 — пропорциональный коэффициент;

f1(x) — коэффициент, выбранный из таб25 лицы, выполненной согласно фиг.2, по аргументу в скобках;

f2(x) — коэффициент, выбранный из таблицы, выполненной согласно фиг.7, по аргументу в скобках;

30 f3(x) — коэффициент, выбранный из таблицы, выполненной,согласно фиг.6, по аргументу в скобках.

Синхронизация расчетов производится

35 суммой управляющих импульсов, информация о токах обратной связи вводится в микропроцессорную систему управления через, например аналого-цифровой преобразователь, а выходное цифровое значение рейли40 зуется цифровой системой . импульсно-фазового управления.

Предлагаемое устройство обладает луч- шими качествами регулирования тока пре-образоватепя, а именно имеет большее

45 быстродействие по отработке задания тока и более устойчиво к воздействию возмущающих факторов. Улучшение качества регу. лирования в режиме прерывистых токов достигнуто за счет применения нового

50 принципа адаптации.

Формула изобретения

Адаптивный регулятор тока для управляемых вентильных преобразователей, содержащий интегральный регулирующий

55 элемент, подключенный к первому входу сумматора. выход которого является выходом устройства, пропорциональный регулирующий элемент, первым входом подключенный к клемме "задание", первый ключевой элемент, RC-триггер режима не1786627

12 прерывных токов, своим выходом подключенный к входу управления первого ключевого элемента, и формирователь импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования, в него введены два ключевых элемента, датчик среднего значения тока, первый нелинейный элемент, моделирующий характеристику ЭДС вЂ” ток преобразователя, второй нелинейный элемент; корректирующий переходную характеристику преобразователя, третий нелинейный элемент, моделирующий переходную характеристику преобразователя, пять фиксаторов нуле вого порядка, два пороговых элемента, два элемейта умножения, один элемент деленйя, три узла сравнения, задатчик уставки и делитель, причем второй вход сумматора объединен с йервым входом формирователя импульсов и через nepebiA ключевой элемент" соединен с выходом пропорциойального регулирующего элемента и выходом первого элемента умножения, вход интегрального регулиРующего элемента через второй ключевой элемент соединен с выходом первого и второго узлов сравнения, входы управления, первого и второго ключевых элементов объединены, первые входы первого узла сравнения и первого порогового устройства

:-. подключены к клемме "задание", вход датчика среднего значения тока подключен к клемме "обратная связь" и через первый фиксатор нулевого порядка к первому входу третьего узла сравнения, а выход — через второй фиксатор нулевого порядка к второму входу первого узла сравнения, выход интегральйого регулирующего элемента подключен к входам первого и второго нелинейных элементов, выход первого нелинейного элемента подключен к первому, а выход задатчика уставки - к второму входу второго элемента умножения, выход которого подключен к вторым входам пороговых элементов, второму входу элемента деления и через делитель- к второму входу третьего

10 узла сравнения, выход которого подключен к первому входу второго порогового элемента.и к второму входу пропорционального регулирующего элемента, выход первого порогового элемента подключен к S, а вто15 рого — к инверсному R-входам КС-триггера непрерывного тока, первый вход элемента деления через третий ключевой элемент соединен и с клеммой "задание" и с выходом второго фиксатора нулевого порядка, выход

20 элемента деленая через третйй нелинейный

: элемент подключен к первому входу элемента умножения, второй вход которого подключен к выходу второго нелинейного элемента; а.выход через последовательно

25 соединенные третий и четвертый фиксаторы. нулевого порядка — к первому входу второго узла сравнения и через пятый фиксатор ну- лев0го порядка — к второму входу этого узла, второй вход формирователя импульсов под30 ключен к клемме "сумма управляющих импульсов", а его первый выход - к входам управления второго, второй — четвертого и пятого, третий — третьего, четвертый — первого фиксаторов нулевого порядка, а пятый

35 выход- к входу управления третьего ключевого элемента.

1786627 :ь, и

Составитель А.Чудовский

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор H,Mèëþêoâà

Редактор Е.Хорина

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

Заказ 255 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5