Позиційна система керування з частотнорегульованим електроприводом

Реферат: Позиційна система керування з частотнорегульованим електроприводом включає у себе пульт оператора, блок живлення, контролер руху, контролер електроавтоматики, контролер входів/виходів, причому містить додатковий програмний блок зміни структури регулятора положення на останній перед зупинкою зоні гальмування, ПІД-регулятор положення, демпфуючий зв'язок за швидкістю електропривода, упереджуючи зв'язки за швидкістю й прискоренням сигналу завдання, дискретний вихід сигналізації переходу електропривода у режим прямого керування моментом. UA 102319 U (54) ПОЗИЦІЙНА СИСТЕМА КЕРУВАННЯ З ЧАСТОТНОРЕГУЛЬОВАНИМ ЕЛЕКТРОПРИВОДОМ UA 102319 U UA 102319 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до систем позиційного керування електроприводами подач свердлильних, координатно-розточувальних, горизонтально-розточувальних, фрезерних й інших верстатів. Корисна модель може бути використана для задач підвищення точності позиціонування робочих органів металообробних верстатів. Відома система позиційного керування електроприводами [Система позиционного управления электроприводом А.С. СССР SU 1509826: G05В 11/01 /Д.Л. Браудо, С.М. Довгань, Н.Н. Казачковский и А.А. Мусиенко], використовується при керуванні електроприводами промислових роботів або прецизійних металорізальних верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК), що відпрацьовують монотонно змінювані дозовані позитивні (або негативні) завдання на переміщення робочого органа, яка складається із ПІ-регулятора, інформаційного комутатора, датчика положення, датчика струму, силового перетворювача. Підвищення швидкодії системи відбувається за рахунок звуження області її до відпрацьовування тільки монотонно зростаючих або тільки тих, що монотонно зменшуються. Сигнал завдання порівнюється з поточним значенням положення вала електродвигуна й виділяється модуль отриманого сигналу неузгодженості. Результуючий сигнал перетвориться в ПІ-регуляторі положення й отриманий сигнал порівнюється з поточним значенням швидкості обертання вала електродвигуна. Результат порівняння перетвориться в ПІ-регуляторі швидкості й надходить на перший інформаційний вхід комутатора, на інші три входи якого надходять вихідні сигнали відповідних джерел постійних сигналів. Вихідний сигнал комутатора через перший і другий ключі, стан яких визначається знаком впливу, що задає, надходить на відповідний вхід регулятора струму, у якому порівнюється зі струмом електродвигуна. Результат порівняння через підсилювач потужності впливає на електродвигун, змінюючи положення й швидкість обертання його вала. Спільні ознаки із корисною моделлю, що заявляється: - використання регульованого електропривода; - використання датчика положення; - використання регулятора положення. Недоліками наведеної системи позиційного керування електроприводами є: - необхідність використання датчика швидкості і контуру регулювання швидкості для збільшення діапазону регулювання, що ускладнює систему електропривода та збільшує його вартість; - використання звичайного ПІ-регулятора положення із видачею завдання на контур регулювання струму, що, при недостатній точності регулювання швидкості може призводити до коливань у точці позиціонування. Найбільш близьким технічним рішенням до корисної моделі, що заявляється обраною у якості прототипу, є система програмно-позиційного керування (СППК) [Новые возможности станка с системой управления ЛИР-581 / Плутахин Д.В., ОАО "СКБ ИС" - Ремонт, инновации, технологи, модернизация. Специализированный журнал. - М.: ООО "МедиаПром", 2011. - № 7 (65).], у якій вихід у задану позицію здійснюється послідовними переміщеннями за координатами, без руху за складною криволінійною траєкторією. Дана система складається із пульту оператора, блока живлення, контролерів руху, контролера електроавтоматики, контролера входів/виходів. Пульт оператора дозволяє обмінюватися інформацією з контролерами СППК й відображає на екрані поточні координати положення об'єкта й стан виконавчих пристроїв. Блок живлення призначений для стабілізованого живлення всіх модулів, що входять у СППК. Контролер руху призначений для безпосереднього керування приводами подач. Приймає команди від пульта оператора, контролює перетворювачі переміщень і здійснює керування зонами гальмування. Контролер електроавтоматики призначений для реалізації релейно-логічних схем керування електроавтоматикою верстата. Схема релейної логіки верстата створюється в стандартному LADDER редакторі (сходових діаграм) на комп'ютері й за допомогою USB-кабелю програмується в контролер електроавтоматики. Контролер входів/виходів призначений для збільшення кількості дискретних входів/виходів контролерів руху або контролера електроавтоматики. Спільні ознаки із корисною моделлю, що заявляється: - містить пульт оператора, що дозволяє обмінюватися інформацією з контролерами й відображає на екрані поточні координати положення об'єкта; - містить блок живлення, що призначений для стабілізованого живлення всіх модулів; - містить контролер руху, що призначений для безпосереднього керування електроприводами подач за зонами гальмування; 1 UA 102319 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 - містить контролер електроавтоматики, що призначений для реалізації релейно-логічних схем керування електроавтоматикою верстата; - контролер входів/виходів, що призначений для збільшення кількості дискретних входів/виходів. Недоліком наведеної системи позиційного керування електроприводами є недостатня точність позиціонування при наявності збурень у механічній частині які виникають при наявності дефектів механічних передач, роликових підшипників, наявності часток пилу та абразивних часток на елементах механічної передачі, погіршення змащування та таке інше. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення точності позиціонування при наявності збурень у механічній частині шляхом включення додаткового програмного блока для забезпечення зміни структури регулятора положення та зміни режиму керування електроприводам з режиму керування швидкістю на режим керування моментом при досягненні останньої перед зупинкою зони гальмування. Згаданий технічний результат при реалізації корисної моделі досягається тим, що змінена структура регулятора містить у своєму складі ПІД-регулятор положення, демпфуючий зв'язок за швидкістю електропривода для придушення коливань, а також, упереджуючи зв'язки за швидкістю й прискоренням сигналу завдання. Застосування подібної структури дозволяє: - забезпечити малі динамічну й статичну помилки як за каналом навантаження, так і за каналом керування й разом з тим розширити смугу пропущення електропривода за завданням; - застосовувати СППК для модернізації верстатів з більшими люфтами в механічних передачах і напрямних за рахунок відсутності замкнутого зворотного зв'язку за швидкістю; застосовувати більше дешеві електроприводи без зворотних зв'язків за частотою обертання із діапазоном регулювання швидкості близько 1:100 на основі загальнопромислових асинхронних двигунів і перетворювачів частоти, на відміну від контурних СЧПК, де необхідно використовувати сервоприводи з діапазоном не менш ніж 1:10000. Запропонований спосіб пояснюється наступним кресленням, де на кресленні наведена змінена структура регулятора, на якій прийнятті позначення: Кшв - коефіцієнт посилення за швидкістю сигналу завдання, Кпр - коефіцієнт посилення за прискоренням сигналу завдання. Позиційна система керування складається із пульта оператора, блока живлення, контролера руху, контролера електроавтоматики, контролера входів/виходів та додаткового програмного блока (креслення) у пульті оператора. Додатковий програмний блок при досягненні останньої перед зупинкою зони гальмування реалізує ПІ-регулятор положення із додаванням складових, які визначаються як перша та друга похідні від сигналу завдання на положення, та здійснює режим керування моментом електропривода. Позиційна система керування з частотнорегульованим електроприводом працює наступним чином. При позиціюванні використовуються так звані зони гальмування - це відстані до кінцевої точки позиціювання. У кожній зоні гальмування задається певна частота обертання вала двигуна, що буде тим менше, чим ближче зона гальмування до точки позиціювання. Швидкість переміщення не програмується й обумовлена тільки динамікою електроприводів. При наявності збурень у механічній частині (дефекти механічних передач, роликових підшипників, наявність часток пилу та абразивних часток на елементах механічної передачі, погіршення змащування та таке інше) знижується точність позиціонування. При досягненні останньої перед зупинкою зони гальмування система позиційного керування змінює структуру регулятора положення з пропорційного регулятора на регулятор, який містить у своєму складі ПІД-регулятор положення, демпфуючий зв'язок за швидкістю електропривода для придушення коливань, а також, упереджуючи зв'язки за швидкістю й прискоренням сигналу завдання. Також, шляхом видачі дискретного сигналу на частотнорегульований електропривод, який працює у режимі векторного керування швидкістю обертання, режим його роботи повинен змінитись на режим прямого керування моментом. Це дозволяє забезпечити малі динамічну й статичну помилки як за каналом навантаження, так і за каналом керування. Корисна модель дозволяє здійснити підвищення точності позиціонування при наявності збурень у механічній частині шляхом зміни структури регулятора положення та змінює режим керування електроприводам із режиму керування швидкістю на режим керування моментом при досягненні останньої перед зупинкою зони гальмування. 55 2 UA 102319 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Позиційна система керування з частотнорегульованим електроприводом, яка включає у себе пульт оператора, блок живлення, контролер руху, контролер електроавтоматики, контролер входів/виходів, яка відрізняється тим, що містить додатковий програмний блок зміни структури регулятора положення на останній перед зупинкою зоні гальмування, ПІД-регулятор положення, демпфуючий зв'язок за швидкістю електропривода, упереджуючи зв'язки за швидкістю й прискоренням сигналу завдання, дискретний вихід сигналізації переходу електропривода у режим прямого керування моментом. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3