CS242424B1

CS242424B1 - Rotary speed controller with constant-current DC motor

Info

Publication number: CS242424B1
Application number: CS845026A
Authority: CS
Inventors: Jiri Skalicky; Pavel Kriz; Vlastimil Chrapavy; Jiri Kuchynka
Original assignee: Jiri Skalicky; Pavel Kriz; Vlastimil Chrapavy; Jiri Kuchynka
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS502684A1

Abstract

Řešení se týká otáčkového regulátoru pohonu se stejnosměrným elektromotorem s konstantním magnetickým tokem, opatřeného řízeným tyristorovým usměrňovačem, generátorem zapalovacích impulsů, otáčkovým regulátorem, čidly otáček a proudu kotvy elektromotoru. Účelem řešení je dosažení vysokojakostní dynamiky při nízkých otáčkách a malých zatěžovacích momentech. Toho je dosaženo tím, že na první vstup operačního zesilovače s proměnným zesílením je připojen zdroj řídicího signálu žádaných otáček, na jeho druhý vstup je připojen výstup čidla otáček, na jeho třetí vstup je připojen výstup obvodu řízení zesílení a jeho výstup je připojen ke vstupu generátoru zapalovacích impulsů, první vstup obvodu řízení zesílení je spojen s výstupem prvního funkčního měniče, k jehož vstupu je připojen výstup prvního obvodu absolutní hodnoty, jehož vstup je spojen s druhým vstupem zesilovače, druhý vstup obvodu řízení zesílení je spojen s výstupem druhého funkčního měniče, k jehož vstupu Je připojen výstup druhého obvodu absolutní hodnoty, jehož vstup je spojen s výstupem čidla proudu.The solution concerns a speed controller for a drive with a DC electric motor with constant magnetic flux, equipped with a controlled thyristor rectifier, an ignition pulse generator, a speed controller, and sensors for the speed and armature current of the electric motor. The purpose of the solution is to achieve high-quality dynamics at low speeds and low load torques. This is achieved by connecting the source of the desired speed control signal to the first input of the variable gain operational amplifier, connecting the output of the speed sensor to its second input, connecting the output of the gain control circuit to its third input, and connecting its output to the input of the ignition pulse generator, connecting the first input of the gain control circuit to the output of the first functional converter, to whose input is connected the output of the first absolute value circuit, whose input is connected to the second input of the amplifier, connecting the second input of the gain control circuit to the output of the second functional converter, to whose input is connected the output of the second absolute value circuit, whose input is connected to the output of the current sensor.

Description

(⁵⁴) Otáčkový regulátor pohonu se stejnosměrným elektromotorem s konstantním magnetickým tokem( ⁵⁴ ) Speed controller with constant magnetic flux DC motor

Řešení se týká otáčkového regulátoru pohonu se stejnosměrným elektromotorem s konstantním magnetickým tokem, opatřeného řízeným tyristorovým usměrňovačem, generátorem zapalovacích impulsů, otáčkovým regulátorem, čidly otáček a proudu kotvy elektromotoru. Účelem řešení je dosažení vysokojakostní dynamiky při nízkých otáčkách a malých zatěžovacích momentech.The invention relates to a speed controller of a constant magnetic flux DC motor equipped with a controlled thyristor rectifier, an ignition pulse generator, a speed controller, a speed sensor and an armature current of the electric motor. The purpose of the solution is to achieve high-quality dynamics at low speeds and low load moments.

Toho je dosaženo tím, že na první vstup operačního zesilovače s proměnným zesílením je připojen zdroj řídicího signálu žádaných otáček, na jeho druhý vstup je připojen výstup čidla otáček, na jeho třetí vstup je připojen výstup obvodu řízení zesílení a jeho výstup je připojen ke vstupu generátoru zapalovacích impulsů, první vstup obvodu řízení zesílení je spojen s výstupem prvního funkčního měniče, k jehož vstupu je připojen výstup prvního obvodu absolutní hodnoty, jehož vstup je spojen s druhým vstupem zesilovače, druhý vstup obvodu řízení zesílení je spojen s výstupem druhého funkčního měniče, k jehož vstupu Je připojen výstup druhého obvodu absolutní hodnoty, jehož vstup je spojen s výstupem čidla proudu.This is achieved by connecting to the first input of the Variable Gain Operational Amplifier the desired speed control signal source, its second input to the speed sensor output, its third input to the gain control circuit output, and its output to the generator input ignition pulses, the first gain control circuit input is coupled to the output of the first functional inverter to which the output of the first absolute value circuit is connected, the input is coupled to the second amplifier input, the second gain control circuit input is coupled to the output of the second functional inverter, whose input The output of the second absolute value circuit is connected, the input of which is connected to the output of the current sensor.

242 424242 424

Vynález se týká otáčkového regulátoru pohonu se stejnoe směrným,elektromotorem s konstantním magnetickým tokem, opatřeného řazeným tyristorovým usměrňovačem připojeným ke generátoru zapalovacích impulsů pro tyristory, otáčkovým regulátorem, čidlem otáček a čidlem proudu kotvy stejnosměrného elektromotoru·BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a constant-speed, constant-directional electric motor speed controller having a shifted thyristor rectifier connected to a thyristor ignition pulse generator, a speed controller, a speed sensor and a DC motor armature current sensor.

Stejnosměrný pohon obvykle sestává ze stejnosměrného elektromotoru s namontovaným čidlem otáček, tyristorového usměrňovače, generátoru zapalovaoích impulsů pro tyristory a regulátoru otáček, který porovnává žádanou a skutečnou hodnotu otáček stejnosměrného elektromotoru· Regulátor otáček je obvykle realizován Jako operační zesilovač s proporcionální, proporcionálně integrační nebo proporcionálně integračně derivační vazbou.The DC drive usually consists of a DC motor with a speed sensor mounted, a thyristor rectifier, a thyristor ignition pulse generator, and a speed controller that compares the DC speed setpoint and the actual speed · The speed controller is usually realized as an operational amplifier with proportional or proportional derivative bond.

Struktura i parametry otáčkového regulátoru jsou zpravidla pevně nastaveny tak, aby zajiěíovaly přibližně optimální průběh přechodných dějů. To však není možné v případě, když pracovní oblast elektromotoru zahrnuje přerušované i spojité proudy, například při širokém rozsahu regulace, při zatěžování v okolí nulového momentu a při malé indukčností v obvodu kotvy· V tomto přígadě se mění ve značném rozsahu zejména zesílení soustavy. Důsledkem je nízká kvalita dynamiky pohonu v oblasti velmi nízkých otáček a velmi malých zatěžovacích momentů.The structure and parameters of the speed controller are usually fixed to ensure approximately optimal course of transient events. This is not possible, however, when the working area of the electric motor comprises intermittent and continuous currents, for example with a wide range of regulation, under zero load and low inductance in the armature circuit. This results in poor quality of drive dynamics in the area of very low speeds and very low load moments.

Uvedený nedostatek je odstraněn u otáčkového regulátoru pohonu se stejnosměrným elektromotorem s konstantním magnetickým tokem podle vynálezu, jehož podstatou je, že na prvníThis drawback is remedied in the speed controller of a DC motor of a constant magnetic flux according to the invention.

- 2 242 424 vstup operačního zesilovače s proměnným zesílením je připojen zdroj řídicího signálu žádané hodnoty otáček, na druhý vstup operačního zesilovače je připojen výstup čidla otáček, na třetí vstup operačního zesilovače je připojen výstup obvodu řízení zesílení a výstup operačního zesilovače je připojen ke vstupu generátoru zapalovacích impulsů, první vstup obvodu řízení zesílení je spojen s výstupem prvního funkčního měniče, k jehož vstupu je připojen výstup prvního obvodu absolutní hodnoty, jehož vstup je spojen s druhým vstupem operačního zesilovače, druhý vstup obvodu řízení zesílení je spojen s výstupem druhého funkčního měniče, k jehož vstupu je připojen výstup druhého obvodu absolutní hodnoty, jehož vstup je spojen s výstupem čidla proudu kotvy stejnosměrného elektromotomu·- 2,242,424 variable amplification opamp input is connected to the speed reference signal source, the speed sensor output is connected to the second opamp input, the gain control circuit output is connected to the third opamp input, and the opamp output is connected to the generator input ignition pulses, the first gain control circuit input is coupled to the output of the first functional inverter, to which the output of the first absolute value circuit is connected, the input is coupled to the second operational amplifier input, the second gain control circuit input is coupled to the output of the second functional inverter the input of which is connected to the output of the second absolute value circuit, whose input is connected to the output of the DC armature current sensor.

Výhodou vynálezu je, že zesílení otáčlcového regulátoru se mění obvodem změny zesílení v závislosti na absolutní velikosti otáček a proudu kotvy stejnosměrného elektromotoru· Tím je dosažena vysoká jakost dynamiky v oblasti velmi nízkých otáček a velmi malých zatěžovacích momentů·The advantage of the invention is that the gain of the rotary regulator varies with the gain change circuit depending on the absolute magnitude of the speed and the armature current of the DC electric motor. This results in high dynamics quality in the region of very low speeds and very low load moments.

Příklad provedení otáčkového regulátoru pohonu podle vynálezu je zobrazen na výkresech, na nichž znázorňuje obr· 1 blokové schéma elektrického pohonů s regulátorem otáček, obr· blokové schéma regulátoru otáček podle vynálezu, obr. 3 otáčkové zatěžovací charakteristiky Stejnosměrného elektromotoru a obr. 4 statické převodní charakteristiky prvního a druhého funkčního měniče.An exemplary embodiment of a speed controller according to the invention is shown in the drawings, in which: FIG. 1 is a block diagram of an electric drive with a speed controller; FIG. 3 is a block diagram of a speed controller according to the invention; the first and second functional inverters.

Podle obr· 1 sestává elektrický pohon ze stejnosměrného elektromotoru £, připojeného k tyristorovému usměrňovači 2» spojenému s generátorem 2 zapalovacích impulsů pro tyristory, jehož vstup je připojen k výstupu otáčkového regulátoru 2 s proměnným zesílením, připojeným jednak k neznázorněnému zdroji signálu žádané hodnoty otáček stejnosměrného elektromotoru £, jednak k výstupu čidla 2 otáček, poskytujícího signál odpovídající skutečným otáčkám stejnosměrného elektromotoru £· Dále je otáčkový regulátor 2 spojen s čidlem 6 proudu kotvy stejnosměrného elektromotoru 4» ^z něhož se do otáčkového regulátoru 2 přivádí signál odpovídající skutečné hodnotě proudu kotvy stejnosměrného elektromotoru 2·According to FIG. Furthermore, the speed regulator 2 is connected to the DC armature current sensor 6 ^from which a signal corresponding to the actual DC armature current value is supplied to the speed regulator 2. 2 ·

- 3 242 424- 3,242,424

Podle obr. 2 je na vstupu otáčkového regulátoru χ operační zesilovač 10 s proměnným zesílením, mající první vstup 11 spojen s nezakresleným zdrojem signálu odpovídajícího žádané hodnotě otáček stejnosměrného elektromotoru χ, druhý vstup 12 spojen s výstupem čidla 2 otáček a třetí vstup 15 spojen s výstupem 23 obvodu 20 řízení zesílení. Výstup 14 operačního zesilovače 10 je spojen se vstupem generátoru χ zapalovacích impulsů.According to FIG. 2, at the input of the speed controller χ a variable gain operational amplifier 10 having a first input 11 coupled to a non-plotted signal source corresponding to the DC speed setpoint χ, a second input 12 coupled to the output of the speed sensor 2 and a third input 15 coupled to the output 23 of the gain control circuit 20. The output 14 of the operational amplifier 10 is connected to the input of the ignition pulse generator χ.

První vstup 21 obvodu 20 řízení zesílení je spojen a výstupem 32 prvního funkčního měniče 20, k jehož vstupu 31 .1e připojen výstup 52 prvního obvodu 50 absolutní hodnoty, jehož vstup 51 je spojen s druhým vstupem 12 operačního zesilovače 10.The first input 21 of the gain control circuit 20 is coupled to the output 32 of the first functional transducer 20, to whose input 31 is connected the output 52 of the first absolute value circuit 50, the input 51 of which is coupled to the second input 12 of the operational amplifier 10.

Druhý vstup 22 obvodu 20 řízení zesílení je spojen s výstupem 42 druhého funkčního měniče 40, k jehož vstupu 41 je připojen výstup 62 < druhého obvodu 60 absolutní hodnoty, jehož vstup 13 je spojen s výstupem čidla 6 proudu kotvy stejnosměrného elektromotoru £»The second input 22 of the gain control circuit 20 is coupled to the output 42 of the second functional converter 40, to whose input 41 the output 62 of the second absolute value circuit 60 is connected, whose input 13 is coupled to the output of the DC armature current sensor 6.

Na první vstup 11 operačního zesilovače 10 se přivádí řídicí signály odpovídající žádané hodnotě otáček stejnosměrného elektromotoru 4, kdežto na druhý vstup 12 operačního zesilovače 10 se přivádí signál odpovídající skutečné hodnotě otáček stejnosměrného elektromotoru 4, přičemž na třetí vstup 15 operačního zesilovače 10 se přivádí signál změny zesílení, který je výstupním signálem na výstupu 23 obvodu 20 řízení zesílení. Signál skutečné hodnoty otáček stejnosměrného elektromotoru X se přivádí rovněž na vstup 51 prvního obvodu 50 absolutní hodnoty. Na vstup 13 druhého obvodu 60 absolutní hodnoty se pak přivádí signál skutečné hodnoty proudu kotvy'stejnosměrného elektromotoru 4.The first input 11 of the operational amplifier 10 receives control signals corresponding to the speed reference of the DC electric motor 4, while the second input 12 of the operational amplifier 10 receives a signal corresponding to the actual speed value of the DC electric motor 4. Gain, which is the output signal at the output 23 of the gain control circuit 20. The actual speed signal of the electric motor X is also applied to the input 51 of the first absolute value circuit 50. The actual value of the armature current signal of the DC motor 4 is then applied to the input 13 of the second absolute value circuit 60.

Princip vynálezu spočívá v řízení zesílení otáčkového regulátoru χ takovým způsobem, aby v každém pracovním bodě, určeném otáčkami a proudem kotvy stejnosměrného elektromotoru χ, bylo celkové zesílení regulační smyčky, dané součinem zesílení otáčkového regulátoru χ a regulované soustavy^ přibližně konstantní. Zesílení regulované soustavy je dáno sklonem mecha— 4 —The principle of the invention is to control the gain of the speed regulator χ in such a way that at each operating point determined by the speed and armature current of the DC electric motor χ the total gain of the control loop given by the product of the gain of the speed regulator χ and the controlled system is approximately constant. Gain of regulated system is given by mecha slope— 4 -

242 424 nických otáčkových charakteristik, to jest závislostí otáček stejnosměrného elektromotoru 4 na zatěžovacím proudu při konstantním zapalovacím úhlu tyristorů, zobrazených na obr. kde na vodorovné ose je nanesen proud i kotvy stejnosměrného elektromotoru £ a na svislé ose jsou naneseny otáčky n stejnosměrného elektromotoru 4. Každému bodu o souřadnicích n a i lze přiřadit hodnotu zesílení regulované soustavy, a tedy i stanovit potřebnou hodnotu zesílení otáčkového regulátoru242 424 is characterized by the dependence of the speed of the DC electric motor 4 on the load current at a constant ignition angle of the thyristors shown in the figure where the current and the armature current of the DC electric motor 4 are applied on the horizontal axis. Each point with the coordinates on i can be assigned the gain value of the controlled system and thus determine the required gain value of the speed regulator

4.4.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1 «Constant speed electric motor DC speed controller, having a controlled thyristor rectifier connected to a thyristor ignition pulse generator, a speed controller and a DC electric armature current sensor, characterized in that the first operational input (11) a variable speed amplifier (10) is connected to a speed reference signal source, an input of a speed sensor (5) is connected to a second input (12) of the operational amplifier (10), an output is connected to a third input (15) of an operational amplifier (10) (23) the gain control circuit (20) and the output of the operational amplifier (10) is connected to the input of the ignition pulse generator (2), the first input (21) of the gain control circuit (20) is connected to the output (32) of the first functional inverter (30) ), to whose input (31) the output (52) of the first absolute value circuit (50) is connected, whose input (51) is coupled to the second input (12) of the operational amplifier (10), the second input (22) of the gain control circuit (20) is coupled to the output (42) of the second functional inverter (40) to which input (41) an output (62) of the second absolute value circuit (60) is connected, the input of which (13) is connected to the output of the anchor current sensor (6) of the DC electric motor (4);

2. The speed regulator of claim 1, wherein a field-controlled transistor for variable amplification of the operational amplifier (10) is connected in the feedback circuit of the operational amplifier (10).

3. The speed controller according to claims 1 and 2, characterized in that the gain control circuit (20) comprises a voltage-controlled pulse generator with width modulation.