Пристрій контролю несинхронності обертання електромеханічних систем

Винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки, в даному випадку безпосередньо до пристроїв вимірювання асинхронності обертання двох електромеханічних систем. Він може бути використаний у тих промислових машинах і механізмах, де з високою точністю необхідно вимірювати і контролювати несинхронність (асинхронність) обертання електромеханічних систем та синхронізувати її, наприклад, в станках для обробки алмазів. Відомий пристрій, що вимірює асинхронність швидкостей обертання, який складається з двох окремих перетворювачів швидкості в електричний сигнал и електричної схеми порівняння цих сигналів. (Патент Японії №31470, кл. G 01P3/56, 1970). Недоліками даного пристрою є низька точність вимірювання синхронності та неможливість автоматичного коректування параметрів електромеханічної системи у разі їх відхилення від номінальних значень. Найбільш близьким до винаходу по технічній суті є пристрій виявлення асинхронності обертання електромеханічних систем, який складається з двох регуляторів, дво х електродвигунів, дво х датчиків кутової швидкості обертання, задавача швидкості обертання електродвигунів, суматора та блока обробки інформації, один з входів блока обробки інформації з'єднано з виходом першого датчика кутової швидкості обертання, а вхід першого датчика кутової швидкості обертання з'єднано з виходом першого електродвигуна, вхід якого з'єднано з виходом першого регулятора, а вхід регулятора з'єднано з виходом задавача швидкості обертання електродвигунів, інший вхід блоку обробки інформації з'єднано з виходом другого датчика кутової швидкості обертання, а вхід другого датчика кутової швидкості обертання з'єднано з виходом другого електродвигуна, вхід якого з'єднано з виходом другого регулятора, вхід другого регулятора з'єднано з виходом суматора, а входи суматора відповідно з'єднані з виходом задавача швидкості обертання електродвигунів та ви ходом блоку обробки інформації (Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Васілевський О.М. "Математичне моделювання системи керування асинхронними електродвигунами". - "Наукові праці Донецького державного технічного університету." Вип уск 58, Серія - Обчислювальна техніка та автоматизація. Донецьк, ДонНТУ, 2003. - С.72-77). Недоліком такого пристрою є низька точність синхронізації частот обертання електромеханічних систем. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою контролю несинхронності обертання електромеханічних систем, в якому завдяки введенню адаптивного блоку, який складається з еталонної моделі регулятора, фільтра верхніх та нижніх частот третього порядку, другого суматора, регулятора контуру самонастройки та блока множення, причому вхід еталонної моделі регулятора з'єднано з виходом блоку обробки інформації, а вихід еталонної моделі регулятора з'єднано з входами фільтра верхніх та нижніх частот третього порядку, виходи яких з'єднано з входами другого суматора, вихід другого суматора з'єднано з входом регулятора контуру самонастройки, вихід якого з'єднано з першим входом блока множення, вихід блока множення з'єднано з входом першого електродвигуна, а другий вхід блоку множення з'єднано з виходом першого регулятора, досягається підвищення точності синхронізації частот обертання двох електромеханічних систем. Поставлена задача вирішується тим, що до ви ходу блока обробки інформації, один з входів якого з'єднано з виходом першого датчика кутової швидкості обертання, а вхід першого датчика кутової швидкості обертання з'єднано з виходом першого електродвигуна, вхід якого з'єднано з виходом першого регулятора, а вхід регулятора з'єднано з виходом задавача швидкості обертання електродвигунів, інший вхід блоку обробки інформації з'єднано з виходом другого датчика кутової швидкості обертання, а вхід др угого датчика кутової швидкості обертання з'єднано з виходом другого електродвигуна, вхід якого з'єднано з виходом другого регулятора, вхід другого регулятора з'єднано з виходом суматора, а входи суматора відповідно з'єднані з виходом задавача швидкості обертання електродвигунів та виходом блоку обробки інформації, добавляється адаптивний блок, який складається з еталонної моделі регулятора, фільтра верхніх та нижніх частот третього порядку, другого суматора, регулятора контуру самонастройки та блока множення, причому вхід еталонної моделі регулятора з'єднано з виходом блоку обробки інформації, а вихід еталонної моделі регулятора з'єднано з входами фільтра верхніх та нижніх частот третього порядку, виходи яких з'єднано з входами другого суматора, вихід другого суматора з'єднано з входом регулятора контуру самонастройки, вихід якого з'єднано з першим входом блока множення, вихід блока множення з'єднано з входом першого електродвигуна, а другий вхід блоку множення з'єднано з виходом першого регулятора. На фіг.1 представлена структурна схема пристрою контролю несинхронності обертання електромеханічних систем, в склад якої входять два регулятори 1 і 2, два електродвигуни 3 і 4, два датчики кутової швидкості обертання 5 і 6, блок обробки інформації (блок визначення несинхронності) 7, задавач швидкості обертання електродвигунів 16, суматор 8 та адаптивний блок 15, який складатися з еталонної моделі регулятора 9, в якості якого можуть бути використані регулятори П-, ПІ- або ПІД-типу, фільтра нижніх частот 10 третього порядку, фільтра верхніх частот 11 третього порядку, другого суматора 12, регулятора контуру самонастройки 13 у вигляді k інтегратора i з передатнім коефіцієнтом kі та блока множення 14, причому один з входів блока обробки p інформації 7 з'єднано з виходом першого датчика кутової швидкості обертання 5, а вхід першого датчика кутової швидкості обертання 5 з'єднано з виходом першого електродвигуна 3, вхід якого з'єднано з виходом блока множення 14, а перший вхід блока множення 14 з'єднано з виходом регулятора контуру самонастройки 13, вхід якого з'єднано з виходом другого суматора 12, а входи другого суматора 12 відповідно з'єднані з виходами фільтра верхніх 11 та нижніх 10 частот третього порядку, входи яких з'єднані з виходом еталонної моделі регулятора 9, вхід якого з'єднано з виходом блока обробки інформації 7, а другий вхід блока множення з'єднано з виходом першого регулятора 1, вхід якого з'єднано з виходом задавача швидкості обертання електродвигунів 16, інший вхід блоку обробки інформації 7 з'єднано з виходом другого датчика кутової швидкості обертання 6, вхід якого з'єднано з виходом другого електродвигуна 4, а вхід другого електродвигуна 4 з'єднано з виходом другого регулятора 2, вхід якого з'єднано з виходом суматора 8, а входи суматора 8 відповідно з'єднані з виходом задавача швидкості обертання електродвигунів 16 та ви ходом блоку обробки інформації 7. Пристрій контролю несинхронності обертання електромеханічних систем працює наступним чином. Частота обертання головного 3 та допоміжного 4 електродвигунів вимірюється за допомогою датчиків кутової швидкості 5 і 6, сигнали з виходу датчиків 5 і 6 подаються на входи блоку обробки інформації 7. Блок обробки інформації 7 ввімкнений в коло зворотного зв'язку, в ньому порівнюються частоти обертання електродвигунів 3 і 4, в результаті чого визначається рівень асинхронності DS , тобто на виході блоку обробки інформації 7 з'являється сигнал асинхронності DS , який при зміні частоти обертання головного двигуна З синхронізує роботу допоміжного електродвигуна 4. Сигнал DS з виходу блока обробки інформації 7 одночасно надходить на один з входів суматора 8 і на вхід адаптивного блоку 15, а на інший вхід суматора 8 заводиться сигнал S1 з виходу задавача швидкості обертання електродвигунів 16, тобто, якщо існує асинхронність DS між частотами обертання електродвигунів, то до сигналу S1 додається (або віднімається) сигнал DS , і на виході суматора 8 з'являється сигнал S 2 , який підстроює частоту обертання допоміжного електродвигуна 4 під частоту обертання головного електродвигуна 3 за допомогою регуляторів 1 та 2 (фіг.1). Несинхронність обертання DS , яка виникає в процесі роботи, в значній мірі також залежить і від нестабільності роботи електроприводів як об'єктів керування, і від властивостей механізмів в процесі експлуатації, а це в свою чергу приводить до зміни параметрів електроприводів. Тому для зменшення таких впливів та мінімізації похибки синхронізації, сигнал асинхронності DS підключаємо до входу еталонної моделі регулятора 9, який є першим елементом адаптивного блока 15. З виходу регулятора 9 сигнал одночасно підключаємо до фільтра третього порядку нижніх 10 та верхніх 11 частот. Фільтри третього порядку 10 і 11 відкидають всі непотрібні гармоніки та завади і виділяють головну, несучу, гармоніку. Подальше збільшення порядку фільтру не дає ніякого ефекту тому, що шуми елементів схем накладаються і не дозволяють подавити вищі гармоніки, які знаходяться нижче рівня шум у, а це погіршує перехідні та фазочастотні характеристики. З виходу фільтрів 10 і 11 сигнали поступають на входи другого суматора 12, вихід якого з'єднано з входом регулятора контуру самонастройки 13, куди надходить різниця відфільтрованих сигналів, а на його виході формується сигнал К, який корегує за допомогою блока множення 14 коефіцієнти регулятора 1 та електродвигуна 3. Розрахунок передатного коефіцієнта інтегратора kі виконується з умови забезпечення стійкості контуру самонастройки. При реалізації пристрою контролю несинхронності обертання електромеханічних систем, на базі асинхронних електродвигунів тип у 4 А50А4 отримано наступні результати. Несинхронність обертання двох асинхронних електродвигунів, що визначена по закону різниці частот обертання без підключення адаптивного блоку зображена на фіг.2. А Несинхронність обертання такого ж пристрою при підключенні адаптивного блоку, який побудований на порівнянні високочастотних та низькочастотних складових сигналу асинхронності зображено на фіг.3. І як видно з характеристик, які зображені на фіг.2 і 3 величина асинхронності при підключенні адаптивного блоку суттєво зменшилась, що свідчить про підвищення точності синхронізації частот обертання електромеханічних систем. Також відомо, що з часом параметри електродвигунів: момент інерції, момент опору, активний опір статора та ротора, несуттєво, але змінюються, а зміна цих параметрів веде до зміни електромагнітної та механічної постійних часу. І якщо змінити ці параметри, то асинхронність частот обертання збільшиться (див. фіг.4). А при зміні тих же параметрів, але з використанням пристрою контролю несинхронності обертання електромеханічних систем, характеристика асинхронності набере вигляду (див. фіг.5). Як видно з фіг. 5 зміна параметрів електродвигунів не призводить до збільшення асинхронності, чого не скажеш про прототип. Таким чином, використання пристрою контролю несинхронності обертання дозволяє: вимірювати несинхронність обертання електромеханічних систем, синхронізувати з високою точністю частоту обертання при виявлені асинхронності та вносити корекцію при відхилені параметрів електроприводів від номінальних значень.