ЭЛЕКТРОПРИВОД С РЕЛЕЙНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах, требующих точного регулирования скорости при высоком быстродействии и наличии возмущений по моменту нагрузки, например электроприводах металлорежущих станков.
В качестве прототипа выбран транзисторный электропривод с релейным управлением на скользящих режимах [Транзисторный многокоординатный электропривод для роботов и станков/ М.Е.Гольц, Н.С.Литвин, А.А.Прокопенко - Автоматизированный электропривод, М.:
Энергоатомиздат, 1990. с.454-458], выпускаемый для приводов металлорежущих станков и содержащий электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, якорная обмотка которого подключена к выходу силового преобразователя (силового релейного элемента) на мощных транзисторных ключах, управляемого релейным регулятором тока, ПИ-регулятор скорости, формирующий сигнал задания релейного регулятора тока, блок задания скорости, датчики угловой скорости вращения и якорного тока. Скользящий режим в электроприводе реализуется с помощью релейного регулятора тока во внутреннем контуре аналоговой системы регулирования скорости, построенной по принципу последовательной коррекции.
Недостатком прототипа является зависимость динамического коэффициента передачи и постоянной времени ПИ-регулятора скорости от параметров объекта регулирования в связи с ограниченной в реальном скользящем режиме полосой пропускания контура тока.
Предлагаемой полезной моделью решается задача совершенствования быстродействующих электроприводов с релейным управлением, работающих в скользящих режимах.
Технический результат от использования полезной модели заключается в улучшении динамических характеристик электропривода с
релейным управлением, работающего в скользящем режиме, а, следовательно и в повышении его эксплуатационных свойств.
Указанный технический результат достигается изменением алгоритма формирования функции переключения силового релейного элемента электропривода, в результате исключается аналоговый контур регулирования скорости с ПИ-регулятором скорости. Предлагаемый формирователь функции переключения реализуется цифро-аналоговым устройством на базе IBM/AT совместимого компьютера. В результате применения данного формирователя функции переключения динамические характеристики электропривода не зависят от свойств объекта регулирования (электродвигателя и рабочего органа) и определяются уравнением требуемой линии переключения в скользящем режиме, статическая ошибка регулирования скорости отсутствует, динамический провал при, воздействии момента нагрузки существенно меньше, чем в многоконтурных системах регулирования электропривода, построенных по принципу последовательной коррекции. Указанные преимущества значительно улучшают эксплуатационные свойства электропривода, применяемого для металлорежущих станков.
На чертеже показана структурная схема электропривода с релейным управлением, работающего в скользящем режиме. От блока задания скорости 11 сигнал задания поступает на вход формирователя функции переключения. Формирователь функции переключения реализован цифро-аналоговым устройством на базе IBM/AT совместимого компьютера 1, включающим 10-разрядный аналого-цифрововой преобразователь (АЦП) якорного тока 9, 12-разрядный реверсивный счетчик измерения угловой скорости вращения 10, 8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) низкочастотной составляющей функции переключения 2, адаптер ввода-вывода 12, выходной суммирующий усилитель 3. Выходной сигнал формирователя функции переключения подается на релейный регулятор 4, управляющий силовым релейным элементом 5. К выходу силового
релейного элемента подключена якорная обмотка двигателя постоянного тока независимого возбуждения 7. Фактические координаты электропривода измеряются датчиками угловой скорости вращения 8 и якорного тока 6.
Принцип работы предлагаемого электропривода с релейным управлением, работающего в скользящем режиме, состоит в следующем.
В скользящем режиме, который характеризуется высокой частотой переключения силового релейного элемента, закон изменения угловой скорости вращения и якорного тока в зависимости от величины сигнала задания скорости и момента нагрузки определяется формирователем функции переключения. Формирователь функции переключения в фазовом пространстве регулируемых координат электропривода строит линию переключения как функцию координаты ошибки регулирования скорости и ее производной, определяющую закон изменения выходных координат (угловой скорости вращения и якорного тока). Для этого рассчитывается величина ошибки регулирования скорости по выходным сигналам блока задания скорости 11 и датчика угловой скорости вращения 8. Для повышения помехозащищенности системы и сохранения высокой частоты переключения силового релейного элемента в реальном скользящем режиме производная сигнала ошибки регулирования скорости определяется как сумма 2-х составляющих: низкочастотной и высокочастотной. Низкочастотная составляющая рассчитывается IBM/AT совместимым компьютером и формируется как разность производной сигнала задания скорости и производной фактической угловой скорости вращения. Высокочастотная составляющая производной сигнала ошибки регулирования скорости находится путем подачи выходного сигнала датчика якорного тока 6 на вход реального дифференцирующего звена. Реальное дифференцирующее звено вычитает среднее значение якорного тока, полученное с помощью программно-реализованного апериодического звена 1-го порядка (возможна аппаратная реализация с помощью активного
фильтра на операционном усилителе), из выходного сигнала датчика якорного тока 6. Управляющая программа, выполняемая IBM/AT совместимым компьютером, суммирует с соответствующими весовыми коэффициентами, определяемыми уравнением линии переключения, сигнал ошибки регулирования скорости, низкочастотной составляющей производной сигнала ошибки регулирования скорости и среднее значение якорного тока. Полученная величина выдается на ЦАП 2. На суммирующем усилителе 3 формирователя функции переключения из сигнала ЦАП 2 вычитается сигнал датчика якорного тока 6. Ограничение выходного напряжения ЦАП 2 формирователя функции переключения позволяет реализовать функцию токоограничения в пусковых и тормозных режимах работы электропривода. Выходной сигнал суммирующего усилителя 3 формирователя функции переключения поступает на вход релейного регулятора 4, управляющего силовым релейным элементом 5.
Предлагаемый вариант электропривода с релейным управлением, работающего в скользящем режиме, содержит формирователь функции переключения, реализованный цифро-аналоговым устройством на базе IBM/AT совместимого компьютера, в алгоритм работы которого заложено формирование желаемой линии переключения в скользящем режиме, что обеспечивает улучшение динамических характеристик электропривода, а, следовательно повышение эксплуатационных свойств.