Устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах автоматизации технологических процессов, например, при регулировании соотношения скоростей в многодвигательных линиях обработки полимерных изделий, состоящих из отдельных технологических участков. Технический результат заключается в повышении динамической точности регулирования скорости в режиме разгона двигателей. Устройство содержит двигатели с датчиками скорости, которые подключены к своим регуляторам, блоки формирования ускорений, подсоединенные выходами к входам соответствующих регуляторов двигателей, блок задания и стабилизации скорости, подключенный выходом к входу блока варьирования скоростей, блоки формирования ошибок, которые подсоединены первыми входами к выходам датчиков скорости, вторыми входами к выходам блока варьирования скоростей и выходами к входам блоков формирования ускорений, и блок вычисления усредненной скорости в виде суммирующего усилителя, который подсоединен входами к выходам датчиков скорости всех двигателей и выходом к входу блока задания и стабилизации скорости. Причем блок задания и стабилизации скорости выполнен в виде последовательно соединенных задатчика элемента сравнения, интегрального регулятора и суммирующего элемента, причем входом блока задания и стабилизации скорости служит второй вход элемента сравнения, соединенный с вторым входом суммирующего элемента, который подключен третьим входом к выходу задатчика и выход которого служит выходом блока задания и стабилизации скорости.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах автоматизации технологических процессов, например, при регулировании соотношения скоростей в много двигательных линиях для обработки полимерных изделий, состоящих из отдельных технологических участков.

Известно устройство для поддержания равенства скоростей в многодвигательном электроприводе [Иванов Г.М. и др. Автоматизированный многодвигательный электропривод постоянного тока. - М.: Энергия, 1978, с.136, рис.7-10], содержащее двигатели с датчиками тока и скорости, которые подключены к выходам управляемых источников питания, регуляторы тока, подсоединенные одним входом к выходу соответствующего датчика тока и выходами к своим управляемым источникам питания, блоки формирования ошибок, которые подключены входами к выходу блока задания и стабилизации скорости и к выходам соответствующих датчиков скорости, а выходами через регуляторы скорости к вторым входам своих регуляторов тока.

Рассматриваемое устройство выполнено по принципу автономного управления двигателями. Поддержание равенства скоростей двигателей в данном устройстве осуществляется путем формирования в блоке задания и стабилизации скорости одного и того же сигнала задания для всех двигателей. Рассматриваемое устройство может обеспечить достаточно высокую точность поддержания равенства скоростей двигателей в установившемся режиме. Однако оно не может гарантировать достаточно высокую динамическую точность поддержания равенства скоростей в переходных режимах. Это объясняется тем, что нагрузка отдельных двигателей не может быть идентичной и постоянной.

Известно также устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе [Авт. свид. №1077040, МКИ Н 02 Р 5/50. БИ, 1984, №8], содержащее двигатели с датчиками скорости, которые подключены к своим регуляторам, блоки формирования ускорений, подсоединенные выходами к входам соответствующих регуляторов двигателей, первыми входами к выходам блока стабилизации соотношения скоростей и вторыми входами к выходам блока коммутации, блок задания и стабилизации скорости, подключенный входом к выходу датчика скорости ведущего двигателя и выходом через блок варьирования скоростей к информационным входам блока коммутации, блоки формирования ошибок по числу ведомых двигателей, каждый из которых подсоединен двумя входами к выходам датчиков скорости смежных двигателей, а выходом к соответствующему входу блока стабилизации соотношения скоростей и через блок управления к управляющему входу блока коммутации.

Описанное устройство выполнено по принципу двухуровневого согласованного управления двигателями с селективным разделением уровней. Оно может гарантировать достаточно высокую динамическую точность поддержания заданного соотношения скоростей при отработке возмущающих воздействий по нагрузке лишь в установившемся режиме стабилизации скорости ведущего двигателя. Однако данное устройство не может гарантировать необходимую плавность и достаточно высокую динамическую точность поддержания заданного соотношения скоростей в режиме разгона двигателей при несогласованном в силу указанных возмущающих воздействий соотношении скоростей. Это обусловлено тем, что при несогласованном соотношении скоростей двигателей на выходе блока управления появляется сигнал управления, который поступает на управляющий вход блока коммутации. Последний отключает блок задания и стабилизации скорости от блоков формирования ускорений, в силу чего рост скорости двигателей в режиме их разгона прекращается. И только после восстановления заданного соотношения скоростей блок коммутации подключает выход блока задания и стабилизации скорости со ступенчатым сигналом управления ко входам блока формирования ускорений. Однако указанные отключение и подключение блока задания и стабилизации скорости нарушает плавность разгона двигателей и снижает динамическую точность регулирования их скоростей.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе [Авт. свид. №746853, МКИ Н 02 Р 5/50. БИ, 1980, №25], содержащее двигатели с датчиками скорости, которые подключены к своим регуляторам, блоки формирования ускорений, подсоединенные выходами к входам соответствующих регуляторов двигателей, первыми входами к выходам блока стабилизации соотношения скоростей и вторыми входами к выходам блока варьирования скоростей, блок задания и стабилизации скорости, подключенный входом к выходу датчика скорости ведущего двигателя и выходом к входу блока варьирования скоростей, блоки формирования ошибок по числу ведомых двигателей, каждый из которых подсоединен двумя входами к выходам датчиков скорости смежных двигателей, а выходом к соответствующему входу блока стабилизации соотношения скоростей.

Рассматриваемое устройство, как и предыдущее, выполнено по принципу двухуровневого согласованного управления двигателями, но с параллельным действием обоих уровней. На первом уровне управления осуществляется поддержание заданного соотношения скоростей двигателей, а на втором уровне - регулирование скорости ведущего двигателя. Оба уровня управления при работе устройства функционируют одновременно. При этом требуемая точность поддержания заданного соотношения скоростей в режиме разгона двигателей достигается за счет снижения динамической точности регулирования скорости ведущего двигателя путем уменьшения коэффициента связи между первым и вторым уровнями управления. А это приводит к

понижению динамической точности регулирования скорости в режиме разгона двигателей.

Задача полезной модели - повышение динамической точности регулирования скорости в режиме разгона двигателей благодаря выполнению устройства для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе по принципу двухуровневого согласованного управления двигателями с последовательно-параллельным действием уровней.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе, содержащее двигатели с датчиками скорости, которые подключены к своим регуляторам, блоки формирования ускорений, подсоединенные выходами к входам соответствующих регуляторов двигателей, блок задания и стабилизации скорости, подключенный выходом к входу блока варьирования скоростей, блоки формирования ошибок по числу ведомых двигателей, которые подсоединены первыми входами к выходам соответствующих датчиков скорости, снабжено дополнительным блоком формирования ошибки, подключенным первым входом к выходу датчика скорости ведущего двигателя, и блоком вычисления усредненной скорости в виде суммирующего усилителя, который подсоединен входами к выходам датчиков скорости всех двигателей и выходом к входу блока задания и стабилизации скорости, причем все блоки формирования ошибок подключены вторыми входами к соответствующим выходам блока варьирования скоростей и выходами к входам своих блоков формирования ускорений.

Блок задания и стабилизации скорости выполнен в виде последовательно соединенных задатчика, элемента сравнения, интегрального регулятора и суммирующего элемента, причем входом блока задания и стабилизации скорости служит второй вход элемента сравнения, соединенный с вторым входом суммирующего элемента, который подключен третьим входом к выходу задатчика и выход которого служит выходом блока задания и стабилизации скорости.

На фиг.1 и фиг.2 представлены функциональные схемы соответственно устройства для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе и его блока задания и стабилизации скорости.

Устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе содержит двигатели 1÷3 с датчиками 4÷6 скорости, которые подключены к своим регуляторам 7÷9, блоки 10÷12 формирования ускорений, подсоединенные выходами к входам соответствующих регуляторов 7÷9 двигателей 1÷3, блок 13 задания и стабилизации скорости, подключенный выходом к входу блока 14 варьирования скоростей, блоки 15 и 16 формирования ошибок по числу ведомых двигателей 2 и 3, которые подсоединены первыми входами к выходам соответствующих датчиков скорости 5 и 6, дополнительный блок 17 формирования ошибки, подключенным первым входом к выходу датчика 4 скорости ведущего двигателя 1, и блок 18 вычисления усредненной скорости в виде суммирующего усилителя,

который подсоединен входами к выходам датчиков 4÷6 скорости всех двигателей 1÷3 и выходом к входу блока 13 задания и стабилизации скорости, причем все блоки 15÷17 формирования ошибок подключены вторыми входами к соответствующим выходам блока 14 варьирования скоростей и выходами к входам своих блоков 10÷12 формирования ускорений.

Блок 13 задания и стабилизации скорости выполнен в виде последовательно соединенных задатчика 13/1, элемента 13/2 сравнения, интегрального регулятора 13/3 и суммирующего элемента 13/4, причем входом блока 13 задания и стабилизации скорости служит второй вход элемента 13/2 сравнения, соединенный с вторым входом суммирующего элемента 13/4, который подключен третьим входом к выходу задатчика 13/1 и выход которого служит выходом блока 13 задания и стабилизации скорости.

Двигатели 1÷3 транспортируют обрабатываемый гибкий материал 19 посредством тянущих пар валков 20÷22, которые соединены с осями двигателей 1÷3.

Устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе работает следующим образом.

Перед включением питания устройства на интегральном регуляторе 13/3 в блоке 13 задания и стабилизации скорости устанавливается нулевое начальное значение его выходного напряжения. Скорость стабилизации ведущего двигателя задается выходным сигналом _Зд задатчика 13/1. Выходной сигнал задатчика 13/1 поступает на третий вход суммирующего элемента 13/4, на первый и второй входы которого поступают выходные сигналы соответственно интегрального регулятора 13/3 и блока 18 вычисления усредненной скорости. В результате на выходе блока 13 задания и стабилизации скорости формируется сигнал ₀, пропорциональный сумме сигнала задания _Зд, выходного сигнала _ИР интегрального регулятора 13/3 и сигнала _у, который равен усредненному значению текущих скоростей _i двигателей 1÷3. В частности, если требуется поддерживать соотношения скоростей двигателей 1÷3 такими как

1=Зд, 2=b11, 3=b21, bi=const(i=1, 2),

(1)

то усредненное значение текущих скоростей двигателей 1÷3, которое вычисляется в блоке 18 вычисления усредненной скорости, будет равно следующему значению:

(2)

Выходной сигнал блока 13 задания и стабилизации скорости поступает на вход блока 14 варьирования скоростей, в котором преобразуется в сигналы задания текущих значений скоростей двигателей 1÷3:

(3)

где b₀=1

Выходные сигналы блока 14 варьирования скоростей поступают на входы блоков 15÷17 формирования ошибок, на первые входы которых

поступают выходные сигналы соответствующих датчиков 4÷6 скорости. В блоках 15÷17 формирования ошибок их входные сигналы преобразуются в сигналы, пропорциональные отклонениям скоростей двигателей 1÷3 от их требуемых значений (3). Выходные сигналы блоков 15÷17 формирования ошибок поступают на входы соответствующих блоков 10÷12 формирования ускорений, в которых преобразуются в сигналы, пропорциональные требуемым значениям ускорений двигателей 1÷3. Выходные сигналы блоков 10÷12 формирования ускорений поступают на входы регуляторов 7÷9, и последние посредством воздействия своими выходными сигналами на двигатели 1÷3 будут стремиться поддержать из скорости на требуемых значениях (3).

Если в процессе работы устройства изменится, например, уменьшится нагрузка двигателя 2, то это приведет к соответствующему росту значения выходного сигнала блока 18 вычисления усредненной скорости, т.е. росту усредненной скорости (2). Выходной сигнал блока 18 вычисления усредненной скорости поступает на второй вход суммирующего элемента 13/4 блока 13 задания и стабилизации скорости. Выходной сигнал блока 13 задания и стабилизации скорости увеличивается и, воздействуя на вход блока 14 варьирования скоростей, вызывает увеличение его выходных сигналов. Причем приращения выходных сигналов блока 14 варьирования скоростей будут такими, что вызовут увеличение выходных сигналов блоков 16 и 17 формирования ошибок и уменьшение выходного сигала блока 15 формирования ошибки. Это произойдет в силу того, что в момент изменения нагрузки двигателя 2 скорости двигателей 1 и 3 не изменяются, а скорость двигателя 2 увеличится. Причем приращение сигнала ₃₂ в силу соотношения (3) будет в два раза меньше, чем приращение сигнала ₂. В результате указанного изменения выходных сигналов блоков 15÷17 формирования ошибок их выходные сигналы посредством воздействия на двигатели 1÷3 через соответствующие последовательно соединенные пары блоков формирования ускорений и регуляторов 7 и 10, 8 и 11, 9 и 12 будут стремиться увеличить скорости двигателей 1 и 3 и уменьшить скорость двигателя 2 до тех значений, пока не восстановится заданное соотношение скоростей (1).

Одновременно с процессом восстановления заданного соотношения скоростей, но более медленным темпом, будет осуществляться регулирование усредненной скорости двигателей, т.е. приведение ее к заданному значению _З. Действительно, при возрастании усредненной скорости выходной сигнал блока 18 вычисления усредненной скорости поступает на второй вход элемента 13/2 сравнения блока 13 задания и стабилизации скорости. Поэтому на выходе элемента 13/2 сравнения появится отрицательный сигнал рассогласования, который поступает на вход интегрального регулятора 13/3. В результате преобразования входного сигнала в интегральном регуляторе 13/3 на его выходе появится плавно увеличивающийся по модулю отрицательный сигнал _ИР. Этот сигнал посредством воздействия на все двигатели 1÷3 через последовательно соединенные суммирующий элемент 13/4 блока 13 задания и стабилизации скорости, блок 14 варьирования скоростей, блоки 15÷17 формирования ошибок и регуляторы 7÷9 будут стремиться плавно снизить

скорости всех двигателей 1÷3 до тех значений, пока их усредненная скорость не будет равна заданной скорости стабилизации _Зд ведущего двигателя. Причем в силу соотношений (1) и (2)

Следовательно, в предложенном устройстве для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе, как и в прототипе, осуществляется временное разделение относительного движения двигателей при регулировании соотношения их скоростей и свободной составляющей усредненного движения при отработке возмущающих воздействий. Но в отличие от прототипа, в предложенном устройстве нет временного разделения, относительного движения двигателей и вынужденной составляющей усредненного движения, обусловленной изменением сигнала задания скорости стабилизации ведущего двигателя.

Таким образом, выполнением устройства для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе по принципу двухуровневого согласованного управления двигателями с последовательно-параллельным действием уровней за счет снабжения его дополнительным блоком формирования ошибки, блоком вычисления усредненной скорости и выполнением блока задания и стабилизации скорости в виде комбинированного динамического регулятора скорости достигается повышение динамической точности регулирования скорости двигателей в режиме их разгона.

1. Устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе, содержащее двигатели с датчиками скорости, которые подключены к своим регуляторам, блоки формирования ускорений, подсоединенные выходами к входам соответствующих регуляторов двигателей, блок задания и стабилизации скорости, подключенный выходом к входу блока варьирования скоростей, блоки формирования ошибок по числу ведомых двигателей, которые подсоединены первыми входами к выходам соответствующих датчиков скорости, отличающееся тем, что снабжено дополнительным блоком формирования ошибки, подключенным первым входом к выходу датчика скорости ведущего двигателя, и блоком вычисления усредненной скорости в виде суммирующего усилителя, который подсоединен входами к выходам датчиков скорости всех двигателей и выходом к входу блока задания и стабилизации скорости, причем все блоки формирования ошибок подключены вторыми входами к соответствующим выходам блока варьирования скоростей и выходами - к входам своих блоков формирования ускорений.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок задания и стабилизации скорости выполнен в виде последовательно соединенных задатчика, элемента сравнения, интегрального регулятора и суммирующего элемента, причем входом блока задания и стабилизации скорости служит второй вход элемента сравнения, соединенный с вторым входом суммирующего элемента, который подключен третьим входом к выходу задатчика и выход которого служит выходом блока задания и стабилизации скорости.