ЭЛЕКТРОПРИВОД С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к областям автоматизированного электропривода и преобразовательной техники.
Известен электропривод с полупроводниковым преобразователем и микропроцессорным управлением (МПЭП) [1], содержащий электродвигатель постоянного тока, тиристорный преобразователь, датчики тока и скорости, пульт и систему управления. В МПЭП программно-аппаратными средствами реализуются система управления тиристорным преобразователем, регуляторы тока и скорости, устройства раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя и устройства защиты.
Недостатком данного электропривода является низкое быстродействие в зоне малых скоростей при пуске и реверсе электродвигателя под нагрузкой.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению и взятым за прототип является электропривод с тиристорным преобразователем по [2]. Функциональная схема данного электропривода приведена в [2] на стр.174. Здесь реверсивный тиристорный преобразователь ТП подключен к сети и двигателю постоянного тока М через датчик тока ДТ. Микропроцессорная система обеспечивает регулирование угла управления тиристорного преобразователя, тока и скорости двигателя. Управление скоростью двигателя осуществляется с пульта, в качестве датчика скорости
используется тахогенератор BR, подключенный к микропроцессору через блок преобразования «напряжение-код» ПНК (или АЦП).
Недостаток прототипа - низкое быстродействие при пусках и реверсах электродвигателя на малых скоростях под нагрузкой. Это обусловлено медленным изменением выходного сигнала ПИ-регулятора скорости при малых сигналах управления: сигнал на выходе ПИ-регулятора скорости, определяемый величиной момента нагрузки при малых входных сигналах, появляется в течение длительного времени. Указанный выходной сигнал ПИ-регулятора скорости определяет момент трогания (появление скорости) электродвигателя:
PC
вх
где U(t), U(t)- сигналы соответственно на выходе и входе ПИ-регулятора скорости;
П
И
К и К - коэффициенты усиления пропорциональной и интегральной
части регулятора скорости.
РС
mp
c
mp
c
При U(t)≥U=кМ начинается вращение двигателя, где U - напряжение трогания на выходе регулятора скорости, при котором момент электродвигателя превысит момент статической нагрузки М, к - коэффициент.
вх
Из (1) при U=const имеем:
с
вх
с
ном
Значение t определяет промежуток времени с момента подачи задающего сигнала до момента трогания нагруженного статическим моментом электродвигателя, т.е. величину запаздывания, в течение которого скорость равна нулю (см. ниже фиг.2). Следовательно, время запаздывания t при пуске двигателя под нагрузкой в CAP с ПИ-регулятором скорости пропорционально статическому моменту М и обратно пропорционально входному сигналу U, определяющегося величиной скорости электродвигателя. Практически с уменьшением скорости, например, в 1000 раз по сравнению с номинальной величиной, время пуска (реверса) от нуля до минимальной скорости при нагрузке двигателя статическим моментом М=М составляет несколько секунд.
Технический результат заявляемого решения - улучшение динамических характеристик электропривода под нагрузкой при большом диапазоне регулирования скорости.
Технический результат достигается тем, что в электроприводе с микропроцессорным управлением, содержащем полупроводниковый преобразователь, электродвигатель, датчики тока и скорости, формирователь импульсов, пульт управления и блок микропроцессорного управления, программно реализующий узел управления преобразователем и систему подчиненного регулирования скорости электродвигателя с ПИ-регуляторами тока и скорости, входы блока микропроцессорного управления соединены с
пультом управления и датчиками тока и скорости, а его выходы - с формирователем импульсов, в блоке микропроцессорного управления программными средствами дополнительно образованы и соединены между собой логическое устройство и функциональный преобразователь, при этом входы логического устройства программно подключены к соответствующим выходам АЦП блока микропроцессорного управления, на которых образуются коды сигналов тока и скорости электродвигателя, а выход функционального преобразователя программно подключен к ПИ-регулятору скорости и осуществляет программное изменение коэффициента усиления его интегральной части по заданному закону в функции наличия тока и уровня скорости.
Отличительной особенностью полезной модели является то, что улучшение динамических характеристик электропривода достигается за счет изменения (адаптации) коэффициента усиления интегральной части ПИ-регулятора скорости, что выполняется при помощи двух блоков -логического устройства и функционального преобразователя, соединенных между собой и подключенных к АЦП и регулятору скорости. Адаптация осуществляется в функции наличия тока и уровня скорости.
На фиг.1 приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:
1 - полупроводниковый преобразователь переменного или постоянного тока;
2 - датчик тока;
3 - электродвигатель переменного или постоянного тока;
4 - датчик скорости (тахогенератор);
5 - формирователь импульсов (или драйвер);
6 - блок микропроцессорного управления;
7 - узел управления преобразователем;
8 - ПИ-регулятор тока;
9 - ПИ-регулятор скорости;
10 - АЦП (блок, состоящий из нескольких аналогово-цифровых преобразователей);
11 - логическое устройство;
12 - функциональный преобразователь;
13 - пульт управления;
з
U - задающий сигнал;
i, n -аналоговые сигналы по току и скорости электродвигателя 3;
- коды (цифровые аналоги) сигналов i, n.
На фиг.2, 3 приведены диаграммы работы устройства, где
з
U - задающий сигнал;
с
М, М - соответственно момент двигателя и момент статической нагрузки;
I - ток двигателя,
n - скорость двигателя;
Δt - интервал нулевой скорости,
И
К - коэффициент усиления интегральной части регулятора скорости;
И
Т - постоянная времени регулятора скорости.
В предлагаемом устройстве полупроводниковый преобразователь 1 соединен с датчиком тока 2, к которому подключен электродвигатель 3, механически сочлененный с датчиком скорости 4, управляющие цепи преобразователя 1 соединены с формирователем импульсов 5, который подсоединен к блоку микропроцессорного управления 6, содержащему программно образованные узел управления преобразователем 7, вход которой соединен с выходом ПИ-регулятора тока 8, вход последнего подключен к выходу ПИ-регулятора скорости 9, входы АЦП 10 подключены к датчикам тока 2 и скорости 4, а его выходы соединены с вторыми входами регуляторов 8 и 9 и логическим устройством 11, выход которого соединен с функциональным преобразователем 12, а его выход и выход пульта управления 13 соединены с входами регулятора скорости 9. В блоке 6 внутренние соединения между функциональными узлами 7-12 выполнены на программном уровне, а внешние - с узлами 2, 4, 5, 13 выполнены с помощью проводных линий.
Устройство (фиг.1) работает следующим образом.
з
При подаче задающего сигнала U от пульта 13 начинается разгон двигателя 3 от преобразователя 1. Преобразователь и двигатель могут быть как постоянного, так и переменного тока. В аналоге и прототипе работа электропривода характеризуется диаграммами (фиг.2: а, 6, в), в которых при
ном
1
2
низких скоростях вращения (n≤0,01n) в переходных процессах (при пусках и реверсах двигателя) в кривой n(t) появляются участки нулевой скорости Δtи Δt, которые резко увеличивают время переходного процесса, ухудшая динамические свойства электропривода нагруженного статическим моментом Мд.
3
1
4
2
И
И
И
В предлагаемом устройстве указанное негативное явление сведено к минимуму (фиг.2: г, д), где Δt≪Δt и Δt≪Δt. Это оказалось возможным за счет предлагаемой схемы, выполненной на основе микропроцессорной системы, в которой программно реализованы узлы 11 и 12, изменяющие коэффициент усиления К инерционной части регулятора скорости 9 в функции скорости (фиг.3). При малых величинах скорости  при наличии тока коэффициент К возрастает. Зависимость К(n) реализуется характеристикой функционального преобразователя 12, управление которым осуществляет логическое устройство 11, выявляющее три следующих условия, при совпадении которых производится увеличение коэффициента Ки в соответствии с фиг.3:
1)
2)
з
ном
3) установленное задание скорости U соответствует диапазону малых скоростей, например, n≤0,01n.
И
При трогании двигателя  и сохранении условий 2 и 3 К восстанавливается до первоначального (стационарного) своего значения, что исключает возможные автоколебания в системе регулирования.
Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известных обеспечивает высокое быстродействие электропривода (исключает запаздывание в зоне малых скоростей) как при наличии статической нагрузки, так и без нее.
Источники известности:
[1] В.Г.Файнштейн, Е.Г.Файнштейн. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами. М: Энергоатомиздат, 1986, 240 с.
[2] В.М.Перельмутер, В.А.Сидоренко. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. М: Энергоатомиздат, 1988, 303 с.