Электропривод постоянного тока с переменными параметрами механической части

 

Использование: для управления электроприводами постоянного тока, которые связаны с механизмом с переменным моментом инерции валопроводом, имеющим переменную жесткость и кинематические погрешности, в которых основным каналом управления является канал управления напряжения якоря электродвигателя. Сущность: электропривод постоянного тока дополнительно содержит дифференцирующий блок и датчик упругого момента, состоящий из пропорционального, дифференцирующего блоков и суммирующего блока, и одного дифференцирующего блока. Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, выражается в повышении качества регулирования частоты вращения механизма. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам постоянного тока, которые связаны с механизмом с переменным моментом инерции валопроводом, имеющим переменную жесткость и кинематические погрешности передач, и может быть использовано в электроприводах подачи и главного движения металлообрабатывающих станков, экскаваторов и кранов, лифтов, прокатных станов и бумагоделательных машин, где изменение момента инерции механизма и жесткости валопровода, а также кинематические погрешности передач вызывают снижение точности его движения по заданному закону, увеличение динамических нагрузок в механизме, увеличение времени переходного процесса, обусловленное колебательностью электропривода. Помимо этого, изобретение может быть использовано в электроприводах, требующих компенсацию момента сопротивления.

Известно устройство управления двигателем постоянного тока и упруго связанным с ним механизмом с переменным моментом инерции (см. указанное устройство по а.с. СССР N 1760622, 1992), принятое в заявке за прототип.

Прототип содержит последовательно соединенные задатчик частоты вращения, второй регулятор частоты вращения, регулятор упругого момента, первый регулятор частоты вращения, регулятор тока, систему формирования импульсов и тиристорно-силовой блок, к выходу которого подключается якорная цепь электродвигателя постоянного тока, упруго связанного с механизмом с переменным моментом инерции, датчик тока, датчики частот вращения электродвигателя и механизма, выходы которых посредством жестких и гибких обратных связей подключены к входам второго регулятора частоты вращения, регулятора упругого момента, первого регулятора частоты вращения, регулятора тока.

При эксплуатации прототипа обнаружены следующие недостатки: влияние на качество процесса регулирования частоты вращения механизма вариаций жесткости валопровода; влияние кинематических погрешностей передач на статические и динамические характеристики электропривода.

Задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении чувствительности электропривода к вариациям жесткости валопровода и кинематическим погрешностям передач.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение качества управления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство введены датчик упругого момента (УМ), на первый и второй вход которого поступают сигналы соответственно с датчика тока и датчика частоты вращения электродвигателя (ЧВЭ), выход его подключен к входам второго дифференцирующего (Д) блока, четвертого Д блока, шестого Д блока, четвертого пропорционально-дифференцирующего (ПД) блока, шестой Д блок, вход которого подсоединен к выходу датчика упругого момента, а выход к первому входу третьего Д блока, второй вход которого подключен к датчику ЧВЭ.

Указанные выше изменения позволили получить передаточные функции контура частоты вращения механизма (ЧВМ) по управляющему и возмущающему воздействиям: где U_зc задающее напряжение контура скорости механизма; ω₂ угловая скорость механизма; M_c момент сопротивления; K_oc2 коэффициент обратной связи по скорости механизма; S=T_μp T_μ постоянная времени тиристорного преобразователя; p оператор Лапласа.

Следовательно, компенсировано влияние момента сопротивления на статические и динамические характеристики электропривода при учете кинематических погрешностей передач, ограничена чувствительность электропривода к вариациям жесткости валопровода.

На фиг.1 представлена структурная схема электропривода постоянного тока с переменными параметрами механической части;
на фиг.2 представлена структурная схема датчика упругого момента.

Электропривод постоянного тока с переменными параметрами механической части содержит электродвигатель постоянного тока, упруго связанный с ним механизм с переменным моментом инерции через валопровод с переменной жесткостью при наличии кинематических погрешностей передач 1, вход которого подключен к выходу тиристорного силового блока 2, последовательно соединенные задатчик 3 частоты вращения (ЧВ), второй регулятор 4 ЧВ, регулятор 5 УМ, первый регулятор 6 ЧВ, регулятор 7 тока, систему 8 формирования импульсов, выход которой подключен к входу тиристорного силового блока 2, датчик 9 тока, датчик 10 ЧВЭ, датчик 11 ЧВМ, датчик 12 УМ, выходы которых посредством гибких и жестких обратных связей подключены к входам второго регулятора 4 ЧВ, регулятора 5 УМ, первого регулятора 6 ЧВ, регулятора 7 тока, первый ПД блок 13, первый Д блок 14, включенные соответственно между выходом датчика 9 тока и третьим входом регулятора 7 тока, выходом датчика 10 ЧВЭ и вторым входом регулятора 7 тока, второй ПД блок 15, вход которого подключен к выходу датчика 10 ЧВЭ, а выход к третьему входу первого регулятора 6 ЧВ, второй Д блок 16, четвертый ПД блок 17, выходы которых подключены к выходу датчика 12 УМ, а выходы к второму входу первого регулятора 6 ЧВ и третьему входу регулятора 5 УМ соответственно, шестой Д блок 18, вход которого подключен к выходу датчика 12 УМ, а выход через третий Д блок 19, второй вход которого подключен к выходу датчика 10 ЧВЭ, к второму входу регулятора 5 УМ, третий ПД блок 20, включенный между выходом датчика 11 ЧВМ и третьим входом второго регулятора 4 ЧВ, пятый Д блок 21, вход которого подключен к выходу датчика 11 ЧВМ, а выход через четвертый Д блок 22, первый вход которого подключен к выходу 12 УМ, к второму входу второго регулятора 4 ЧВ.

Датчик упругого момента содержит пропорциональный 1 и дифференцирующий блоки, входы которых являются входами датчика, сумматор 3, к входам которого подключены выходы пропорционального 1 и дифференцирующего 2 блоков, а выход является выходом датчика.

Электропривод постоянного тока с переменным параметрами механической части работает следующим образом.

Сигнал с задатчика 3 ЧВ поступает на первый вход второго регулятора 4 ЧВ, на другие входы которого поступают сигналы отрицательной гибкой и жесткой обратной связи (ОС) по ЧВМ, а также положительной гибкой ОС по УМ и ЧВМ. Регулятор 4 ЧВ выполнен в виде пропорционально-интегрально-дифференцирующего (ПИД) блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость ЧВМ от времени w₂(t). Сигнал с выхода второго регулятора 4 ЧВ поступает на первый вход регулятора 5 УМ, на другие входы которого поступают сигналы положительной гибкой ОС по УМ и ЧВЭ и отрицательной гибкой и жесткой ОС по УМ. Регулятор 5 УМ выполнен в виде ПИД блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость УМ от времени M_y(t). Сигнал с выхода регулятора 5 УМ поступает на первый вход первого регулятора 6 ЧВ, на другие входы которого поступают сигналы гибкой положительной ОС по УМ и гибкой и жесткой отрицательной ОС по ЧВЭ. Регулятор 6 ЧВ выполнен в виде ПИД блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость ЧВЭ от времени ω₁(t). Сигнал с выхода первого регулятора 6 ЧВ поступает на первый вход регулятора 7 тока, на другие входы которого поступают сигналы положительной гибкой ОС по ЧВЭ и отрицательной жесткой и гибкой ОС по току якорной цепи. Регулятор 7 тока выполнен в виде пропорционально-интегрирующего блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость тока якорной цепи от времени i(t). Сигнал с выхода регулятора 7 тока поступает на вход системы 8 формирования импульсов, которая подает импульсы на открытие тиристоров, следовательно напряжение на якорной цепи электродвигателя определяется величиной сигнала на выходе регулятора 7 тока.

Таким образом, зависимости ЧВЭ, ЧВМ, УМ и тока якорной цепи определяются положением задатчика ЧВ и настройкой регуляторов первого и второго ЧВ, УМ и тока, а также блоков корректирующих ОС.

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока с упругой механической связью между двигателем и механизмом с переменным моментом инерции, содержащий последовательно соединенные задатчик частоты вращения, второй регулятор частоты вращения, регулятор упругого момента, первый регулятор частоты вращения, регулятор тока, систему формирования импульсов и тиристорный силовой блок, подключенный к электродвигателю, датчик тока, датчик частоты вращения электродвигателя и механизма, первый пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход с третьим входом регулятора тока, первый дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а выход с вторым входом регулятора тока, второй пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а выход с третьим входом первого регулятора частоты вращения, третий пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения механизма, а выход с третьим входом второго регулятора частоты вращения, пятый дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения механизма, а выход с вторым входом четвертого дифференцирующего блока, второй дифференцирующий, четвертый пропорционально-дифференцирующий, причем входы второго дифференцирующего и четвертого пропорционально-дифференцирующего блоков соединены с первым входом четвертого дифференцирующего блока, а выходы второго дифференцирующего, четвертого пропорционально-дифференцирующего и четвертого дифференцирующего блоков соединены соответственно с вторым входом первого регулятора частоты вращения, с третьим входом регулятора упругого момента и с вторым входом второго регулятора частоты вращения, третий дифференцирующий блок, выход которого соединен с вторым входом регулятора упругого момента, отличающийся тем, что в него введены датчик упругого момента и шестой дифференцирующий блок, первый и второй входы датчика упругого момента соединены с выходами соответственно датчика частоты вращения электродвигателя и датчика тока, а выход с входом второго дифференцирующего блока, выход шестого дифференцирующего блока соединен с первым входом третьего дифференцирующего блока, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя.

2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что датчик упругого момента состоит из дифференцирующего блока, пропорционального блока и сумматора, причем первый и второй входы датчика упругого момента образованы соответственно входами пропорционального и дифференциального блоков, а выход датчика упругого момента образован выходом сумматора, выходы дифференцирующего и пропорционального блоков подключены к первому и второму входу сумматоров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2