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. Задача, на которую направлено предлагаемое решение полезной модели - улучшение динамических характеристик по возмущающему воздействию в самонастраивающейся системе регулирования скорости. Поставленная задача решается тем, что 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, и второй выпрямитель. В устройство дополнительно введены третий и четвертый усилители, имеющие ограничение по выходу, причем третий усилитель входом соединен с выходом третьего сумматора, а выходом - с входом первого сумматора как положительная обратная связь, а четвертый усилитель входом соединен с выходом третьего дифференцирующего звена, а выходом - с входом второго сумматора как положительная обратная связь. Это позволило улучшить динамические характеристики в системе по возмущающему воздействию, а именно уменьшить динамическое падение скорости вращения в двигателе при скачкообразном приложении момента нагрузки в двигателе.
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 для разгона или торможения двигателя до заданной скорости используется положительная обратная связь по скорости, а так же в переходном процессе, по сигналам с датчиков тока и скорости происходит вычисление электромеханической постоянной времени. По значению электромеханической постоянной времени и известных параметров электропривода, в реальном времени, происходит настройка пропорционально-интегрального регулятора скорости, который подключается синхронно с обратной связью по производной от скорости двигателя в момент первого согласования.
В указанной системе вычисление момента нагрузки в двигателе не производится. Это приводит к основному недостатку: отсутствие оптимизации динамических характеристик по возмущающему воздействию.
Наиболее близким к заявляемому устройству является самонастраивающаяся система регулирования скорости [2].
В этой системе 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 улучшение динамических характеристик по управляющему воздействию за счет введения первой и второй производных от задающего сигнала на вход регулятора тока при учете характера динамической характеристики системы.
Недостатком данного устройства является: невысокие динамические характеристики при возмущающем воздействии. Это обусловлено тем, что в самонастраивающейся системе отсутствуют дополнительные компенсирующие связи по возмущающему воздействию.
Задачей, на которую направлено предлагаемое решение полезной модели, является улучшение динамических характеристик по возмущающему воздействию в самонастраивающейся системе регулирования скорости за счет введения двух дополнительных контуров регулирования: по сигналу ошибки (ошибка между эталонной скоростью вращения и действительной скоростью вращения двигателя) и по сигналу производной от этой ошибки.
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 и выходом соединенный со вторым сумматором, 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.
В отличие от прототипа, в устройство дополнительно введены 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 обратная связь, а четвертый усилитель входом соединен с выходом третьего дифференцирующего звена, а выходом - со входом второго сумматора как положительная обратная связь.
Сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка (Фиг.), где 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.
В заявляемой самонастраивающейся системе регулирования скорости, как и в прототипе, происходит улучшение динамических характеристик по управляющему воздействию за счет введения первой и второй производных от задающего сигнала, причем производные этих сигналов подаются на вход регулятора тока, как положительная связь и регулируются в функции сигнала ошибки и ее производной. При несоответствии заданной динамической характеристики системы (сигнала на выходе эталонной модели 11) и динамической характеристики системы (сигнала на выходе датчика скорости 8) появляется ошибка па 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 второй сумматор 4 как положительная связь. Чем выше ошибка и ее производная, тем большие по величине поступают сигналы по производным на вход регулятора тока 5, и тем быстрее уменьшается динамическая ошибка по управляющему воздействию в системе регулирования.
При постоянном входном сигнале (в статическом режиме по задающему сигналу) сигналы по производным от задающего сигнала отсутствуют и может быть только проведена оптимизация динамической точности при изменении момента нагрузки в двигателе.
При резком изменении характера нагрузки в двигателе 7 (например, при скачкообразном приложении момента нагрузки в двигателе) появляется сигнал по ошибке на выходе третьего сумматора 12 (ошибка между эталонной скоростью вращения и действительной скоростью вращения двигателя) и сигнала по производной от этой ошибки, а именно, сигнала на выходе третьего дифференцирующего звена 18. Эти сигналы подаются на усилители с ограничением по выходу 20 и 21, далее сигналы подаются на вход первого сумматора 2 и вход второго сумматора 4, как положительные обратные связи. Таким образом, образуются два дополнительных контура регулирования: по сигналу ошибки и по сигналу производной от этой ошибки. Вследствие чего происходит компенсация внешнего момента нагрузки в двигателе и улучшение динамических характеристик самонастраивающейся системы по возмущающему воздействию, а именно, уменьшение динамического падения скорости вращения в двигателе при скачкообразном приложении момента нагрузки в двигателе.
Использованные источники
1. Фиш С.Г., Шиянов А.И., Ефремов Д.А. Самонастраивающаяся система регулирования скорости. Патент РФ 
36905 на полезную модель. Заявка 2003133822 от 21 ноября 2003 г. Опубликовано 27 марта 2004 г. в БИ 9.
2. Аржанов В.В., Фадеев B.C., Копытов В.И. Самонастраивающаяся система регулирования скорости. Авторское свидетельство СССР 1180844. Заявка: 3742048 от 16 мая 1984 г. Опубликовано 23 сентября 1985 г.
Самонастраивающаяся система регулирования скорости, содержащая последовательно соединенные задатчик скорости, выход которого соединен с последовательно включенными первым и вторым дифференцирующими звеньями, 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, эталонную модель, включенную входом к выходу задатчика скорости и выходом - к 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 и выходом соединенный с вторым сумматором, первый выпрямитель, подключенный входом 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 ко входу второго выпрямителя, выход которого соединен с управляющим входом второго усилителя с переменным коэффициентом усиления, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены 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 обратная связь, а четвертый усилитель входом соединен с выходом третьего дифференцирующего звена, а выходом - со входом второго сумматора как положительная обратная связь.
