Самонастраивающаяся система регулирования скорости

Полезная модель относится к системам автоматического управления, а именно, к управлению автоматизированными электроприводами постоянного тока, и может быть использована в электроприводах металлорежущих станков и робототехнических комплексов.
Известна самонастраивающаяся система регулирования скорости [1], в которой последовательно соединенные задатчик скорости, первый сумматор, регулятор скорости, второй сумматор, регулятор тока, тиристорный преобразователь, электродвигатель, датчик скорости и датчик тока с шунтом образуют двухконтурную систему с подчиненным регулированием параметров. В системе применен блок самонастройки, включающий в себя эталонную модель, третий сумматор, первое дифференцирующее звено, второе дифференцирующее звено, первый усилитель с переменным коэффициентом усиления, второй усилитель с переменным коэффициентом усиления, первый выпрямитель, третье дифференцирующее звено и второй выпрямитель. Вход эталонной модели подключен к выходу задатчика скорости, причем эталонная модель формирует заданную переходную характеристику в системе регулирования скорости. В указанной системе происходит введение первой и второй производных от задающего сигнала на вход регулятора тока при учете характера переходной характеристики системы.
Недостатком данного устройства являются невысокие динамические характеристики при возмущающем воздействии. Это обусловлено тем, что в самонастраивающейся системе отсутствуют компенсирующие связи по возмущающему воздействию.
Наиболее близким к заявляемому устройству является самонастраивающаяся система регулирования скорости [2].
Самонастраивающаяся система регулирования скорости, содержит последовательно соединенные задатчик скорости, первый сумматор, регулятор скорости, второй сумматор, регулятор тока, тиристорный преобразователь, электродвигатель, датчик скорости, датчик тока с шунтом, эталонную модель, третий сумматор, первое дифференцирующее звено, второе дифференцирующее звено, первый усилитель с переменным коэффициентом усиления, второй усилитель с переменным коэффициентом усиления, первый выпрямитель, третье дифференцирующее звено, второй выпрямитель, третий усилитель, четвертый усилитель. В указанной системе происходит улучшение динамических характеристик по возмущающему воздействию за счет дополнительных компенсирующих связей на вход первого и второго сумматора.
Недостатком данного устройства является невысокие динамические характеристики при управляющем воздействии за счет наличия большого перерегулирования по току и скорости. Это обусловлено тем, что в самонастраивающейся системе регулирования скорости форсирующие сигналы по первой и второй производной по задающему сигналу подаются вместе на вход регулятора тока.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение динамических характеристик по управляющему воздействию путем уменьшения перерегулирования по току и скорости за счет раздельного введения первой и второй производных по задающему сигналу, а именно, введения регулируемой первой производной по задающему сигналу на вход второго сумматора (входа регулятора тока), и введения регулируемой второй производной по задающему сигналу на вход тиристорного преобразователя.
Самонастраивающаяся система регулирования скорости по заявляемой полезной модели, так же как и прототип, содержит последовательно соединенные задатчик скорости, первый сумматор, регулятор скорости, второй сумматор, регулятор тока, тиристорный преобразователь, электродвигатель, датчик скорости, выход которого связан с первым и третьим сумматорами, датчик тока с шунтом, выход которого соединен со вторым сумматором, третий сумматор, выход задатчика скорости соединен с последовательно соединенными первым и вторым дифференцирующими звеньями, эталонную модель, включенную входом к выходу задатчика скорости и выходом - ко входу третьего сумматора, первый усилитель с переменным коэффициентом усиления, входом соединенный с выходом первого дифференцирующего звена и выходом соединенный со вторым сумматором, второй усилитель с переменным коэффициентом усиления, входом соединенный с выходом второго дифференцирующего звена, первый выпрямитель, входом подключенный к выходу третьего сумматора, а выходом - к управляющему входу первого усилителя с переменным коэффициентом усиления, третье дифференцирующее звено, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, а выход подключен к входу второго выпрямителя, выход второго выпрямителя соединен с управляющим входом второго усилителя с переменным коэффициентом усиления, третий и четвертый усилители, имеющие ограничение по выходу, причем третий усилитель входом соединен с выходом третьего сумматора, а выходом - со входом первого сумматора как положительная связь, а четвертый усилитель входом соединен с выходом третьего дифференцирующего звена, а выходом - со входом второго сумматора как положительная связь.
В отличие от прототипа, в устройство дополнительно введены четвертый сумматор и пятый усилитель с ограничением по выходу, причем один из входов четвертого сумматора соединен с выходом регулятора тока, а другой вход соединен с выходом второго усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход четвертого сумматора соединен с входом пятого усилителя с ограничением, выход которого соединен с входом тиристорного преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка, на котором показана функциональная схема предложенной самонастраивающейся системы регулирования скорости.
Самонастраивающаяся система регулирования скорости, содержит последовательно соединенные задатчик скорости 1, первый сумматор 2, регулятор скорости 3, второй сумматор 4, регулятор тока 5, тиристорный преобразователь 6, электродвигатель 7, датчик скорости 8, датчик тока 9 с шунтом 10, эталонную модель 11, третий сумматор 12, первое дифференцирующее звено 13, второе дифференцирующее звено 14, первый усилитель с переменным коэффициентом усиления 15, второй усилитель с переменным коэффициентом усиления 16, первый выпрямитель 17, третье дифференцирующее звено 18, и второй выпрямитель 19, третий усилитель 20, четвертый усилитель 21 четвертый сумматор 22 и пятый усилитель с ограничением по выходу 23.
В заявляемой самонастраивающейся системе регулирования скорости, происходит улучшение динамических характеристик по управляющему воздействию за счет раздельного введения и регулирования первой и второй производной по задающему сигналу, а именно, первая производная вводится на вход второго сумматора, выход которого соединен с входом регулятора тока, а вторая производная от задающего сигнала вводится на вход тиристорного преобразователя через последовательно соединенные четвертый сумматор и пятый усилитель с ограничением.
В самонастраивающейся системе регулирования скорости применен блок самонастройки, включающий в себя эталонную модель 11, третий сумматор 12, первое дифференцирующее звено 13, второе дифференцирующее звено 14, первый усилитель 15 с переменным коэффициентом усиления, второй усилитель 16 с переменным коэффициентом усиления, первый выпрямитель 17, третье дифференцирующее звено 18 и второй выпрямитель 19. Выход эталонной модели 11 подключен к выходу задатчика 1 скорости и моделирует переходную характеристику в системе регулирования скорости. При изменении параметров объектов регулирования, например, при изменении электромеханической постоянной времени двигателя 7 (вследствие уменьшения или увеличения момента инерции объекта) или изменения момента нагрузки на электродвигатель 7, определение ошибки регулирования осуществляется на сумматоре 12, на вход которого поступают сигналы с выхода эталонной модели 11 и с выхода датчика скорости 8 двигателя 7. Ошибка регулирования с выхода сумматора 12 поступает на первый выпрямитель 17, предназначенный для получения модуля ошибки регулирования. Ошибка регулирования с выхода сумматора 12 так же подается на дифференцирующее звено 18, после чего продифференцированный сигнал ошибки регулирования поступает на второй выпрямитель 19, предназначенный для получения модуля первой производной ошибки регулирования. Выходной сигнал первого выпрямителя 17 поступает на управляющий вход первого усилителя 15 с переменным коэффициентом усиления. С помощью первого дифференцирующего звена 13 осуществляется получение первой производной выходного сигнала задатчика 1 скорости, причем данный сигнал через первый усилитель 15 поступает на второй сумматор 4, как положительная связь.
Регулирование величины производной по задающему сигналу, поступающей на вход второго сумматора 4 через первый усилитель 15, производится в функции ошибки регулирования. Выходной сигнал второго выпрямителя 19 подается на управляющий вход второго усилителя 16 с переменным коэффициентом усиления. С помощью второго дифференцирующего звена 14 осуществляется получение второй производной выходного сигнала задатчика 1 скорости. Дважды продифференцированный сигнал задатчика 1 скорости через второй усилитель 16 с переменным коэффициентом усиления поступает на четвертый сумматор 22, как положительная связь. Регулирование величины второй производной от задающего сигнала, поступающей на вход четвертого сумматора 22 через второй усилитель 16, производится в функции первой производной от ошибки регулирования.
При малых ошибках регулирования, когда динамическая характеристика самонастраивающейся системы регулирования скорости (выходной сигнал датчика скорости 8) соответствует заданной динамической характеристике (на выходе эталонной модели 11), ошибка регулирования на выходе третьего сумматора 12 близка к нулю, выходные сигналы первого и второго выпрямителя 17 и 19 равны нулю, и коэффициенты усиления первого и второго усилителей 15 и 16 близки к нулю. При этом производные по задающему сигналу, вводимые первым дифференцирующим звеном 13 и вторым дифференцирующем звеном 14, равны нулю, и контур самонастройки не влияет на работу системы регулирования скорости.
При несоответствии заданной динамической характеристики системы (сигнала на выходе эталонной модели 11) и динамической характеристики системы (сигнала на выходе датчика скорости 8), появляется ошибка на выходе третьего сумматора 12, и производная этой ошибки на выходе третьего дифференцирующего звена 18. Сигнал ошибки регулирования с третьего сумматора 12 поступает через выпрямитель 17 на управляющий вход усилителя с переменным коэффициентом усиления 15, выходной сигнал которого (усиленная первая производная по задающему сигналу) как положительная связь подается на вход второго сумматора 4. Сигнал производной от ошибки регулирования поступает через выпрямитель 19 на управляющий вход усилителя с переменным коэффициентом усиления 16, выходной сигнал которого (усиленная вторая производная по задающему сигналу) поступает на четвертый сумматор 22 как положительная связь. Чем выше ошибка и производная от ошибки, тем большие по величине поступают следующие сигналы: первая производная от задающего сигнала на вход регулятора тока 5 через второй сумматор (регулируемая первая производная по задающему сигналу), и вторая производная от задающего сигнала на вход тиристорного преобразователя 6 через четвертый сумматор 22 и пятый усилитель с ограничением по выходу 23 (регулируемая вторая производная по задающему сигналу).
В самонастраивающейся системе регулирования скорости происходит улучшение динамических характеристик по управляющему воздействию (быстрое уменьшение динамической ошибки по управляющему воздействию в системе регулирования без перерегулирования по току и скорости) за счет раздельного введения регулирования первой и второй производной по задающему сигналу, а именно, первая производная от задающего сигнала вводится на вход второго сумматора к регулятору тока, а вторая производная от задающего сигнала вводится на вход тиристорного преобразователя через четвертый сумматор и пятый усилитель с ограничением по выходу.
Используемые источники
1. Авторское свидетельство SU №1180844 А.
2. Патент на полезную модель RU №131508 U1.