SU1385217A1

SU1385217A1 - Electric drive

Info

Publication number: SU1385217A1
Application number: SU864085389A
Authority: SU
Inventors: Сергей Александрович Бронов; Василий Иванович Пантелеев; Виктор Александрович Забуга
Original assignee: Красноярский Политехнический Институт
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1988-03-30

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике . Целью изобретени вл етс улучшение динамических показателей и повышение надежности путем уменьшени колебаний угла нагрузки и скорости в переходных режимах при изменении частоты управлени Указанна цель достигаетс тем, что в электроприводе блок 11 коррекции снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу блока 9 задани угла нагрузки , и выполнен в виде адаптивного регул тора с перестраиваемыми в зависимости от заданного угла нагрузки параметрами. Блок коррекции 1 1 добавл ет к приращению амплитуды напр жени управлени дифферендаальную составл ющую . Такое звено компенсирует инерционность двигател 1 двойного питани и позвол ет при изменении- частоты сигнала управлени в динамике мен ть автоматически амплитуду напр жени управлени так, чтобы требуемый дополнительный момент создавалс за счет изменени амплитуды напр жени , а угол нагрузки оставалс неизменным. ,2 ил. i (ЛThe invention relates to electrical engineering. The aim of the invention is to improve the dynamic performance and increase reliability by reducing fluctuations of the load angle and speed in transients when changing the control frequency. This goal is achieved by the fact that in the electric drive correction unit 11 is equipped with an additional input connected to the output of the load angle setting unit 9, and in the form of an adaptive controller with parameters that are tunable depending on a given angle of load. Correction unit 1-1 adds a differentiating component to the increment of the amplitude of the control voltage. Such a link compensates for the inertia of the dual-power motor 1 and, when the control signal frequency changes in dynamics, automatically changes the amplitude of the control voltage so that the required additional moment is created by changing the amplitude of the voltage and the angle of the load remains unchanged. , 2 Il. i (L

Description

00 00 СЛ Is300 00 SL Is3

фцг. 7fzg 7

1one

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к управл емому электроприводу переменного тока, и может быть использовано, в частности, при создании низкоскоростных след - П5ИХ систем с исполнительным двигателем двойного питани .The invention relates to electrical engineering, namely to a controlled electric drive of alternating current, and can be used, in particular, in creating a low-speed trace - P5IH systems with a dual-drive executive motor.

Цель изобретени - улучшение динамических показателей и повышение надежности путем уменьшени - колебаний угла нагрузки и частоты вращени в переходных режимах при изменении частоты сигнала управлени .The purpose of the invention is to improve the dynamic performance and increase reliability by reducing the fluctuations of the load angle and rotation frequency in transient conditions when the frequency of the control signal is changed.

1313

Fla фиг.1 представлена функциональ- 5 Равлени 8 формирует требуемое прирана схема электропривода; на фиг.2 - фун циональна схема возможного выполнени блока коррекции.Fla figure 1 presents the functional 5 of the 8 forms the required electric circuit of the electric circuit; 2 shows a functional scheme for the possible execution of a correction unit.

Электропривод содержит индикаторный двигатель двойного питани 1 (фиг.1) с обмоткой управлени 2, обмоткой возбуждени 3 и сигнальной обмоткой 4, управл емый и неуправл емый инверторы 5 и 6, к выходам которых подключены обмотки управлени 2 и возбуждени 3 соответственно, регул тор амплитуды сигнала управлени 7, соединенный своим выходом с амплитуд20The electric drive contains a dual power indicator motor 1 (Fig. 1) with a control winding 2, an excitation winding 3 and a signal winding 4, a controllable and an uncontrolled inverter 5 and 6, to the outputs of which the control windings 2 and excitation 3 are connected, respectively, the amplitude controller control signal 7 connected by its output to amplitudes 20

2525

щение частоты вращени . Дл перехода на новую скорость вращени необходимо создать дополнительный электромагнитный момент, неуравновешенный моментом сопротивлени на валу. Этот момент может быть создан в двигателе двойного питани 1 двум способами: за счет изменени угла нагрузки и за счет изменени амплитуды напр жени управлени . Если напр жение управлени измен етс только по частоте, а амплитуда его остаетс посто нной, то дополнительный электромагнитный момент обеспечиваетс только за счетrotational speed. To switch to a new rotational speed, it is necessary to create an additional electromagnetic moment unbalanced by the moment of resistance on the shaft. This moment can be created in a dual power motor 1 in two ways: by changing the load angle and by changing the amplitude of the control voltage. If the control voltage varies only in frequency, and its amplitude remains constant, then an additional electromagnetic moment is provided only by

в соответствии с уравнениемaccording to the equation

g- Ыр- W, +),,(1)g- Ыр- W, +) ,, (1)

где сС - угол нагрузки;where cc is the load angle;

скорость вращени ротора;rotor speed;

ным входом управл емого инвертора 5,the input of the controlled inverter 5,

блок задани частоты сигнала управле- 30 У, нагрузки, который измен етс ни 8, подключенный выходом к частотному входу управл емого инвертора 5, блок задани угла нагрузки 9, датчик угла нагрузки 10 и блок коррекции 11, каждый из KOTopbix соединен своим вы- ч ходом с соответствующим входом упом нутого регул тора амплитуды 7, при этом к первому входу датчика угла нагрузки 10 подключена сигнальна обмотка 4, ко второму входу - выход не- 40 управл емого инвертора 6, а основной вход блока коррекции 11 соединен с выходом блока задани частоты управлени 8.a control unit for setting the frequency of a control signal 30 U, a load that varies either 8, connected by an output to a frequency input of a controlled inverter 5, a block specifying a load angle 9, a load angle sensor 10 and a correction unit 11, each of KOTopbix is connected with its own with a corresponding input of the amplitude regulator 7, the signal winding 4 is connected to the first input of the angle sensor 10, the output of the non-controlled inverter 6 is connected to the second input, and the main input of the correction unit 11 is connected to the output of the frequency setting unit management 8.

ww

1one

ШрU .,частоты возбуждени и управ . лени (круговые частоты напр жений неуправл емого и уп- ра:вл емого инверторов 6, 5 соответственно; врем i /Fr., Frequency of excitement and control. laziness (circular frequencies of the voltage of the uncontrolled and the controls: the inverters are 6, 5, respectively; time i /

Из указанного уравнени следует, tiTo при посто нстве частоты ы и изменении частоты Wjвозникает прира- Кпок коррекции 11 снабжен дополни-д щение угла нагрузки, так как скоростьIt follows from the above equation that tiTo, when the frequency ы is constant and the frequency Wj changes, an increment of correction 11 arises, which is supplied with an additional angle of load, since the speed

t тельным входом 12. В состав блока Коррекции 11 введены преобразователь синусоидальной функции 13 (фиг.2), дифференциатор 14 с входом дифференцировани и входом делени , делитель 15 и трехвходовьй сумматор 16. При этом, вход дифференцировани дифференциатора . 14,, первые входы делител 15 и сумматора 16 объединены между собой и образ тот основной вход блока коррекции 11, дрполнительньш вход которого образован входом преобразовател синусо{здальной функции 13 и подключен к выходу блока задани углаA tel input 12. A converter of sinusoidal function 13 (Fig. 2), differentiator 14 with a differentiation input and a division input, a divider 15 and a three-input adder 16 are added to the Correction block 11. At the same time, the differentiation input is entered. 14 ,, the first inputs of the divider 15 and the adder 16 are interconnected and the image is the main input of the correction unit 11, the additional input of which is formed by the input of the sine function converter 13 and connected to the output of the angle setting unit

5050

5555

вращени ротора w из-за инерционности двигател двойного питани какое- то врем остаетс неизменной. Это приращение угла нагрузки приводит к по влению дополнительного электромагнитного момента, обеспечивающего ускорение , необходимое дл перехода на новую скорость вращени . При таком регулировании .колебани угла нагрузки и скорости вращени имеют большую амплитуду и медленно затухают.rotation of the rotor w due to the inertia of the dual-feed motor for some time remains unchanged. This increment of the load angle leads to the appearance of an additional electromagnetic moment, which provides the acceleration necessary for switching to a new rotational speed. With this control, the oscillations of the angle of loading and the speed of rotation have a large amplitude and slowly decay.

Если включена обратна св зь через датчик угла нагрузки 10 и регул тор амплитуды 7, то при отклоненииIf feedback is enabled through the load angle sensor 10 and the amplitude controller 7, then with a deviation

13852171385217

нагрузки 9. Выход преобразовател синусоидальной функции 13 соединен со вторым входом делител 15. Выходы делител 15 и дифференциатора 14 подключены соответственно ко второму и третьему входам сумматора 16, выход которого образует выход блока коррекции 11.load 9. The output of the transducer sinusoidal function 13 is connected to the second input of the divider 15. The outputs of the divider 15 and the differentiator 14 are connected respectively to the second and third inputs of the adder 16, the output of which forms the output of the correction unit 11.

Электропривод работает следующим образом.The drive works as follows.

Пусть требуетс изменить скорость вращени двигател двойного питани 1. Блок задани частоты сигнала уп0Let it be required to change the speed of rotation of the dual-power motor 1. Block setting the signal frequency pack 0

5five

етствии с уравнениемWith the equation

- Ыр- W, +),,(1)- yr- w, +) ,, (1)

угол нагрузки;load angle;

скорость вращени ротора;rotor speed;

грузки, который измен етс loads that change

частоты возбуждени и управлени (круговые частоты напр жений неуправл емого и уп- ра:вл емого инверторов 6, 5 соответственно; врем i /excitation and control frequencies (circular frequencies of uncontrolled voltages and controls: inverters 6, 5, respectively; time i /

, нагnaked

t 0t 0

5five

текущего значени угла нагрузки от заданного значени мен етс амплитуда напр жени управлени таким образом , чтобы угол нагрузки оставалс посто нным.the current value of the load angle from the predetermined value varies the amplitude of the control voltage so that the load angle remains constant.

Физически .это означает, что система стараетс обеспечить требуемое приращение дополнительного электро- макнитного момента за счет изменени амплитуды напр жени управлени , а не за счет изменени угла нагрузки. Колебательность угла нагрузки снижаетс и процесс затухает быстрее, чем в системе без обратной св зи, однако в первый момент после задани приращени частоты сигнала управлени неизбежно значительное изменение угла нагрузки, что характерно дл систем, использующих принцип регулировани по отклонению. Повысить точность стабилизации угла нагрузки можно за счет увеличени коэффициента в контуре регулировани амплитуды напр жени управлени , однако это приводит к снижению устойчивости систе;,мы, а потому недостаточно эффективно.Physically, this means that the system is trying to provide the required increment of the additional electromotor moment due to a change in the amplitude of the control voltage, and not through a change in the angle of the load. The oscillation of the angle of load is reduced and the process is damped faster than in the system without feedback, however, at the first moment after setting the frequency increment of the control signal, a significant change in the angle of load is inevitable, which is typical of systems using the deviation control principle. The accuracy of stabilization of the load angle can be increased by increasing the coefficient in the control voltage amplitude control loop, but this leads to a decrease in the stability of the system; therefore, we are not effective enough.

Дл уменьщени колебаний угла нагрузки при изменении частоты управлени в электропри воде используетс - компенсационна св зь, образуема блоком коррекции 11 и регул тором амплитуды 7. Блок коррекции 11 выполнен в виде пропорционально-дифференциаль- .ного регул тора, что позвол ет при формировании амплитуды напр жени управлени учесть скорость изменени частоты сигнала управлени .To reduce fluctuations in the angle of the load when the control frequency in the electric drive is changed, the compensation connection is formed by the correction unit 11 and the amplitude regulator 7. The correction unit 11 is made in the form of a proportional-differential regulator, which allows for the formation of amplitude control frequency take into account the rate of change of the frequency of the control signal.

Дл индукторного двигател двойного питани , например, уравнение регу- л тора в операторной форме в отно.си- тельных единицах имеет видFor a dual-inductor motor, for example, the controller equation in operator form in relative units is

iU2(p)K (T p-i-l)du.5( р ч- 1 .+ iU2 (p) K (T p-i-l) du.5 (p h-1. +

4545

КTO

(2)(2)

де йи - приращение амплитуды напр жени управлени ;de yi is the increment of the amplitude of the control voltage;

р - оператор Лапласа;.p is the Laplace operator;

и т - коэффициент передачи и посто нна дифференцировани регул тора;.and t is the coefficient of transfer and the constant differentiation of the controller ;.

Т и К - посто нные величины, определ емые через параметры двигател ; awi- приращение частоты сигналаT and K are constant values determined by the engine parameters; awi- signal frequency increment

управлени ; о заданный угол нагрузки.management; o preset load angle.

Допустим, частота сигнала управлени изменилась по некоторому закону (t}, Если бы не бьшо блока коррекции , то угол нагрузки согласно уравнению (1) также изменилс бы следующим образомSuppose that the frequency of the control signal has changed according to some law (t}, if it were not for the correction unit, the load angle according to equation (1) would also change as follows

c(Xt) сГ„ + JW5(t)dt,c (Xt) сГ „+ JW5 (t) dt,

5 0 5 5 0 5

Q Q

5five

..

так как частота вращени ротора из-за инерционности двигател в течение некоторого времени остаетс посто нной.since the rotational speed of the rotor due to the inertia of the engine for some time remains constant.

Однако благодар действию блока коррекции 11 в соответствии с выражением (2) возникает приращени е амплитуды напр жени управлени А1 , создающее дополнительный электромагнитный момент двигател 1. Наличие дифференциальной составл ющей приводит как бы к форсировке момента тем боль- щей, чем выше темп изменени частоты сигнала управлени , т.е. учитываетс закон изменени ui(t ) , Эта дополнительна составл юща момента измен ет частоту вращени ротора сверх того значени , которое обеспечиваетс пропорциональной составл ющей aU.-z, и (при соответствующей настройке) точно в такой степени, чтобы изменение Wp соответствовало изменению Wj, в результате чего и обеспечиваетс посто нство угла нагрузки с) сР,, (так как ) . Фактически приращение угла нагрузки, необходимое дл создани дополнительного электромагнитного момента , компенсируетс соответствующим приращением амплитуды напр жени управлени . В реальных системах из-за неточной настройки блока коррекции полной компенсации достичь не удаетс , но возможно существенное снижение колебательности угла нагрузки и частотное вращение. Электропривод представл ет собой комбинированную систему; в нем сочетаютс регулирование по отклонению (через датчик угла нагрузки 10) и по возмущению (через блок коррекции 11). Одним из условий высококачественного регулировани по возмущению вл етс возможность точного измерени возмущающего воздействи . В данном случае по отнощению к углу нагрузки возмущающим воздействием вл етс частота- сигнала управлени . Сигнал, пропорциональный ей, уже имеетс в системе (формируетс блоком задани частоты сигнала управлени ) , поэтому ее измерение.не требуетс . Обратна св зь способствуетHowever, due to the action of the correction unit 11 in accordance with the expression (2), an increment in the amplitude of control voltage A1 occurs, which creates an additional electromagnetic torque of the engine 1. The presence of a differential component leads, as it were, to a force of the moment, the higher the higher the rate of change of the signal frequency management, i.e. the law of change ui (t) is taken into account. This additional component of the torque changes the rotor speed above the value that is provided proportional to the component aU.-z, and (if appropriately adjusted) exactly to the extent that the change in Wp corresponds to the change in Wj, as a result, the constancy of the load angle is ensured c) cp ,, (since). In fact, the increment of the angle of load required to create an additional electromagnetic moment is compensated by the corresponding increment of the amplitude of the control voltage. In real systems, due to inaccurate adjustment of the correction unit, full compensation is not achieved, but a significant decrease in the oscillation of the load angle and frequency rotation is possible. The drive is a combination system; it combines regulation on deviation (via the load angle sensor 10) and on disturbance (via the correction unit 11). One of the conditions for high-quality perturbation control is the ability to accurately measure the perturbing effect. In this case, with respect to the angle of load, the disturbing effect is the frequency of the control signal. A signal proportional to it is already present in the system (formed by the control frequency setting unit), therefore, its measurement is not required. Feedback helps

стабилизации угла нагрузки при других возмущени х (от момента сопротивлени , изменени параметров двигател и др.).stabilization of the load angle with other disturbances (from the moment of resistance, changes in engine parameters, etc.).

Из выражени (2) идно, что параметры блока коррекции 11 завис т от заданного- угла нагрузки d o , который в свою очередь определ етс ,требовани ми к энергетике, устойчивости и др. и может мен тьс в процессе ра- электропривода по некоторому, например, оптимальному закону. Чтобы обеспечить правильную работу электропривода во всем диапазоне изменени блок коррекции 1 1 выполнен в виде адаптивного регул тора с перестраиваемыми в зависимости от заданного угла нагрузки параметрами.From expression (2), it is obvious that the parameters of the correction unit 11 depend on the set-load angle do, which in turn is determined by the requirements for energy, stability, etc., and can vary in the process of equalization, for example , the optimal law. In order to ensure the correct operation of the electric drive in the entire range of variation, the correction unit 1 1 is made in the form of an adaptive controller with parameters that are tunable depending on a given load angle.

Заданный угол нагрузки сГр поступает с выхода блока задани угла наг- руэки 9 на вход преобразовател 13, обеспечивающего формирование синусоидальной зависимости sint/. Дифференциатор 14 дифференцирует сигнал приращени частоты управлени и имеет посто нную дифференцировани , завис щую от sind o, что соответствует выражению (2). Делитель 15 делит входной сигнал (приращение частоты сигнала управлени ) на коэффициент,равный sin с о. С помощью сумматора 16 суммируютс сигналы с выходов блока задани частоты сигнала управлени 8, дифференциатора 14 и делител 15. В результате на выходе сумматора 16 получаетс сигнал в соответствии с выражением (2). Преобразователь 13, дифференциатор 14 с перестраиваемой посто нной дифференцировани , делитель 15 с переменным коэффициентом делени и сумматор 16 могут быть легко реализованы по известным схемам с помощью аналоговых и цифровых микросхем или алгоритмически (в случае микропро.цес- сорного управлени ).The specified load angle cGy comes from the output of the block of the loading angle 9 to the input of the converter 13, which ensures the formation of a sinusoidal dependence sint /. Differentiator 14 differentiates the control frequency increment signal and has a constant differentiation dependent on sind o, which corresponds to expression (2). Divider 15 divides the input signal (increment of the frequency of the control signal) by a factor equal to sin с о. Using the adder 16, the signals from the outputs of the frequency control unit 8 control unit, the differentiator 14 and the divider 15 are summed. As a result, the output of the adder 16 produces a signal in accordance with the expression (2). The converter 13, the differentiator 14 with a tunable constant differentiation, the divider 15 with a variable division factor and the adder 16 can be easily implemented by known circuits using analog and digital circuits or algorithmically (in the case of microprocessor control).

Блок коррекции 11 представл ет собой динамическое звено и добавл ет к приращению амплитуды напр жени управлени дифференциальную- составл ющую (регулирование угла нагрузки в динамике). Такое звено компенсирует инерционность двигател и позвол ет при изменении частоты управлени в динамике мен ть автоматически амплитуду напр жение управлени таким образом , чтобы весь требуемый дополнительный электромагнитный момент создавалс за счет изменени амплитудыThe correction block 11 is a dynamic link and adds to the increment of the amplitude of the control voltage a differential-component (control of the load angle in dynamics). Such a link compensates for the inertia of the motor and, when the control frequency changes in dynamics, the amplitude of the control voltage is automatically changed so that all the required additional electromagnetic moment is created by changing the amplitude

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

напр жени , а угол нагрузки оставалс неизменным. Выполнение регул тора адаптивным с параметрами, завис щими от заданного угла нагрузки, позвол ет обеспечить указанный положительный эффект во всех режимах работы электропривода . Из-за снижени колебательности угла нагрузки превышаетс динамическа устойчивость двигател двойного питани , так как уменьшаетс веро тность выпадани его из синхронизма . В св зи с этим увеличиваетс надежность электропривода по сравнению с известным решением.voltage, and the load angle remained unchanged. Making the controller adaptive with parameters that depend on a given load angle allows the specified positive effect to be ensured in all operating modes of the electric drive. Due to a decrease in the oscillation angle of the load, the dynamic stability of the dual-feed motor is exceeded, as the likelihood of it falling out of synchronism is reduced. In connection with this, the reliability of the electric drive is increased in comparison with the known solution.

Claims

Invention Formula

about

An electric drive containing a dual-feed motor with a control winding, an excitation winding and a signal winding, controlled and uncontrolled inverters, to the outputs of which are connected control and excitation windings, respectively, an amplitude regulator of the control signal connected by its code to the amplitude input of the controlled inverter a control frequency setting unit connected by an output to a frequency input of a controlled inverter, a load angle setting unit, a load angle sensor and a correction unit, each of The output is connected to the corresponding input of the amplitude controller of the control signal, the signal winding is connected to the first input of the angle sensor, the output of the unregulated inverter is connected to the second input, and the main input of the correction unit is connected to the output of the control frequency setting unit, characterized in that In order to improve dynamic performance and increase reliability by reducing fluctuations in the load angle and rotation frequency in transient conditions when the control signal frequency changes, the correction unit is equipped with An additional input, and a sinusoidal function converter, a differentiator with a differentiation input and a division input, a divider and a three-input adder, are entered into its structure. formed by the input of the transducer of the sinusoidal function and connected to the output of the block specifying the load angle, the output of the transducer of the sinusoidal function is connected to the input section and a second differentiator

the input of the divider, the outputs of the divider and differentiator are connected respectively to the second and third inputs of the adder, the output of which forms the output of the correction unit.

Fie.2