專利名稱：用于調速器系統的沖擊負荷控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一個用于直流電動機的調速器系統，更具體地涉及一個用于這一系統中速度控制器的沖擊負荷控制器。
在對如鋼帶之類軋鋼材料進行熱或冷的連續軋鋼的送料階段，鋼帶通過幾臺軋機。鋼帶進入軋機的輥縫，便將一個沖擊負荷力矩加在將鋼帶拉過輥縫的那臺工作軋輥的驅動電動機上。當這一負荷加到調速系統，驅動速度便突然下降。正進料的軋機驅動速度的任何下降將會造成正進料的軋機與鋼帶出來的前一臺軋機之間鋼帶的積聚或彎曲。帶材存量的增加將會造成鋼帶正穿過的兩臺軋機之間的鋼帶拉力的減少或喪失。鋼帶中間部分沒有拉力對軋機來說是一個嚴重的運行問題，強迫軋機操作員手動操作控制以改變進料的一臺或幾臺軋機的驅動速度。
手動操作控制有時會造成驅動速度過分增加，因而軋機之間帶材存量移出過多，造成鋼帶斷裂。
重要的不僅是鋼帶正送入的軋機的驅動速度盡快地恢復，而且超調一個妥當量，使得由于對驅動電動機的沖擊負荷引起的速度下降所造成軋機之間鋼帶的積存能盡快地移出而不造成鋼帶的斷裂。
以上企圖可以通過對加在軋機的調速器驅動系統上造成驅動電動機速度下降的沖擊負荷擾動進行補償來達到。但是，這些系統沒有一個達到與本發明同樣的方式和同樣的效率的補償。
本發明采用一個沖擊負荷控制器，該控制器以速度誤差的變化率進行操作，首先使軋機速度超調一個安全的限度，然后迅速地使超調速度降到進料速度或軋機整定的參考速度。
本發明采用一臺與用于驅動電動機的調速器系統中一個(PI)速度調節器一起使用的沖擊負荷控制器，本發明用于補償由于加在電動機上的負荷擾動而造成的速度下降。
本發明通過提供一臺沖擊負荷控制器得以完成，該控制器具有一個裝置和方法來決定目前速度誤差和先前速度誤差之間的差值，速度誤差連續地被更新。速度誤差值之間的這一差值乘以“推進增益”(goose gain)因子后得到一增益值。這一增益值乘積起初按速率因子增加，它的信號起初加在一個低通濾波器上以對低通濾波器予充電，也加在操作調速系統中(PI)速度控制器的一個求和裝置上。幾毫秒以后，沖擊負荷控制器的增益值乘積部分地由于現在的速度誤差與前一速度誤差的更新值而改變。新的增益乘積直接通過低通濾波器。低通濾波器的輸出與速度誤差信號綜合，同時有選擇地縮合了一個(PI)2速度控制器。該控制器也靠速度誤差信號動作，以便從一個求和裝置中得到輸出信號。在鋼帶進入輥縫以后一個要求的時間段中，例如2秒，產生求和裝置的輸出，以操作該(PI)速度控制器。這時，沖擊負荷控制器和(PI)2速度控制器被關閉，(PI)速度控制器恢復到它的正常運行，即僅依靠速度誤差信號運行。
本發明沖擊負荷控制器的控制安排可以是一臺數字化的微處理機或一臺模擬型控制系統。當聯結到軋鋼機的速度控制器時，這臺沖擊負荷控制器依靠“鋼帶在軋機內”邏輯信號運行，這信號是軋機主邏輯控制中的一部分。邏輯系統運行必須滿足的條件對熱軋機和冷軋機是有區別的。
因而，本發明的主要目的是提供一個裝置和方法，以迅速和有效地補償由于沖擊負荷加到電動機上的造成驅動電動機的速度下降。
本發明進一步的目的是提供一個裝置和方法，在軋機進料階段，當工件開始進入軋機的輥縫時，由于沖擊負荷造成一臺軋機驅動電動機的速度下降能被自動補償。
本發明更進一步的目的是提供一個裝置和方法來補償速度下降，很快地使速度恢復並帶有足夠的超調但又不會造成工件斷裂。
本發明更進一步的目的是提供一套沖擊負荷控制器，它可以是一臺微處理機或是一模擬型控制，有選擇地與(PI)2速度控制器一起使用，沖擊負荷控制器只在工件進入軋機以后幾秒鐘運行。
本發明更進一步的目的是提供一個裝置和方法，以改變(PI)速度控制器的動態，從而減小沖擊負荷擾動對調速系統響應的影響。
本發明更進一步的目的是提供一套沖擊負荷控制器，該控制器的輸出是速度誤差變化率的函數，從而，速度誤差化率是加在驅動電動機上的沖擊負荷力矩擾動幅值的直接函數，也就是說，負荷越大，沖擊負荷控制器的輸出信號就越大。
本發明更進一步的目的是提供一個裝置和方法以產生一個輔助信號，這一信號是速度誤差變化率的函數，它既與誤差信號結合，又有選擇地結合(PI)2速度控制器的輸出信號，以控制一臺(PI)速度控制器來調節驅動電動機速度。
本發明更進一步的目的是提供一套沖擊負荷控制器，它能自我適應于變化的沖擊負荷，從而使驅動電動機的速度誤差最佳下降。
通過以下對本發明的敘述，並參考附圖，將更完全地理解本發明的這些和其它目的。


圖1是與本發明配合的一臺驅動電動機調速器系統的多環方塊圖;
圖2為一多級軋鋼機的二臺軋機的示意圖，示出本發明所要解決的材料的積聚問題;
圖3為一張詳細方塊圖，示出本發明和圖1中的一些部件;
圖4顯示了本發明沖擊負荷控制器傳遞函數動態率的推導;
圖5為本發明沖擊負荷控制器的軟件圖;
圖6為本發明沖擊負荷控制器更詳細的方塊圖;
圖7A和7B為本發明運行的邏輯圖;
圖8A，8B，9A，9B，10A，10B，11A和11B是本發明沖擊負荷控制器的流程圖;
圖12a和12b是比例積分平方(PI)2速度控制器帶有(PI)速度控制器但不帶本發明沖擊負荷控制器的曲線;
圖12c和12d是比例積分平方(PI)2速度控制器帶有(PI)速度控制器並帶有本發明的沖擊負荷控制器的曲線;
圖13a和13b是比例積分(PI)速度控制器不帶(PI)2速度控制器和本發明的沖擊負荷控制器的曲線圖12c和13d是比例積分(PI)速度控制器不帶(PI)2速度控制器並帶有本發明的沖擊負荷控制器的曲線;
圖14a，14b和14c是類似于圖12c和12d的比例積分平方(PI)2速度控制器並包括一個本發明的沖擊負荷控制器的輸出信號的曲線;
圖15A和15b是一套模擬型本發明的沖擊負荷控制器的示意圖;
圖16是速度誤差測定器的示意圖和圖15A和15B中的模擬控制的傳遞函數。
圖1給出操縱一臺直流驅動電動機12的調速器系統10的簡單示意圖，電動機12連接以響應電樞(armature)電壓參考信號的可控硅電樞供電(TAS)14所激勵，而電樞電壓參考信號是從可能具有(PI)特性的電樞電流控制器16出來的。電樞電流傳感器18向求和裝置20提供一個實際電流負反饋信號。求和裝置20產生電樞參考電流Ia＊和實際電流Ia之差的電樞電流誤差信號。
驅動電動機12的速度是由數字式轉速表22測出，轉速表的輸出由驅動速度傳感器24轉換為希望的電壓。傳感器24的輸出是一個為負的反饋信號W，信號W送到求和裝置26的同時，為正的希望的電動機速度參考W＊也送入。求和裝置26的輸出便是速度誤差信號WE。
當圖1所示驅動系統的控制系統正常運行時，速度誤差WE被用于控制系統的正常速度控制器。對于本發明，這一速度誤差信號WE同時輸入到沖擊負荷控制器28，(PI)2積分器30和求和裝置32。到求和裝置32的這三個輸入均為正值。本發明涉及沖擊負荷控制器28。
對于本發明一個最佳的實施例的運行，速度誤差WE信號是直接沿線L1到求和裝置32，並分別沿線L2和L3到沖擊負荷控制器28和到(PI)2速度控制器。如果不采用(PI)2速度控制器，則WE信號僅直接沿線L1和L2。當本發明不運行，即沖擊負荷控制器28退出，那么最好(PI)2速度控制器30也退出，WE僅通過求和裝置32以操縱(PI)速度控制器34。(PI)速度控制器34通常用于操縱驅動電動機12。
從美國專利3，775，653號可以找到一個有(PI)2特性的速度控制器的例子，該專利于1973年11月27日頒發給與本發明同一發明人。在這一美國專利3，775，653號中也討論了有(PI)特性的速度控制器。考慮到這一點，本發明中的速度控制器30和34在技術上是已知的，因而不必要為了完全理解本發明而對這些部件作進一步的討論。
同樣在技術上熟悉的是圖1的方塊圖是一個多回路調速系統，由元件14，16，18和20組成內電流回路36，由元件24，26，28，30，32和34組成外速度控制電路38。圖1所示的是一個簡化電流回路，然而要注意的是也可以采用于1976年4月13日頒發給本發明人的美國專利3，950，684號中的系統。這一系統中包括一個電流參考斜坡函數發生器。另外對1976年9月26日頒發的美國專利3，983，464中的系統作一些明顯的修改也可以包括本發明。
圖2示出圖1中驅動直流驅動電動機12的調速器系統10，而驅動電動機12又帶動一個連續軋鋼機的下級軋機40的工作輥，圖2示出當鋼帶離開工作軋機42進入軋機40的工作輥縫時出現的問題，當沖擊負荷加到軋機40時軋機40的工作軋輥的速度下降，使鋼帶積聚在軋機40和42之間。虛線表示在軋機40和42之間被積聚，而實線表示在二臺軋機40和42之間繃緊鋼帶。
圖3，5和6示出本發明沖擊負荷控制器28的細部，圖4為沖擊負荷控制器28的動態比率推導。
在進一步討論本發明的說明和運行以前，要注意的是圖1和圖3中電樞電流參考信號Ia＊是軋機正常運行時由(PI)速度控制器34產生的。圖3所示的PI速度控制器的傳遞函數為(1+T1S)/TxS式中S＝拉普拉斯算子(1/秒)。
T1＝電流控制器超前時間常數(秒)。
TX＝電流控制器積分時間常數(秒)。
PI控制器34的輸出在電氣上聯結到可控硅電樞供電(TAS)14(圖1)，TAS涉及以下傳遞函數TdSKVe式中KV＝TAS的靜態增益，Ta＝TAS傳輸時延(秒)。
在上文中討論過的美國專利3，775，653中給出了(PI)2速度控制器30的傳遞函數，圖3中定為1/T2S，其中T2是時間量，S是拉普拉斯算子。圖3中(PI)速度控制器34右邊的一些符號表示電動機12勵磁磁通φf限幅，轉子參考電流Ia＊的限幅以及電動機12的傳遞函數1+φf。這些成份在上文引用的美國專利3，950684中作了進一步的說明。
正如上文中提到的，除了沖擊負荷控制器28以外，圖1-6中元件的運行，傳遞函數等等都是普通的，不需要作進一步討論。因而，只有本發明的沖擊負荷控制器28將參考圖3-16作進一步的討論。要注意的是本發明的沖擊負荷控制器28可以是數字型微處理器，可由圖8A-11B中示出程序的流程圖，也可以是如圖15A-16所示的模擬型。
詳細地參考圖4，其中示意性給出沖擊負荷控制器28的傳遞函數的推導
式中 X＝輸入Y＝輸出Kg＝增益 ((輸出))/((輸入))S＝拉普拉斯算子(1/秒)，拉氏算子S，(1/秒)置為等于 (1－z-1)/(Td)式中Z-1是記憶回路，等于e-TdS，Td是本發明所采用微處理的數字控制的更新時間，以毫秒為單位。如果(輸出)/(輸出) ＝KgS=Kg (Z-1)/(Td)則本發明的沖擊負荷控制器28輸出為X ((Kg))/((Td)) (1-Z-1)＝輸入 ((Kg))/((Td)) (1-Z-1)在圖5中和圖8A-11B的流程圖中，Kg/Td標志為(GOOSE GAIN)，1-Z-1標志為〔WEG-WEGZ〕。WEG代表當前的速度誤差，WEGZ代表在沖擊負荷控制器28的記憶回路中的前一個速度誤差。
如圖4的底部所示，從圖1和圖3中求和裝置26輸出的速度誤差WE表示為沖擊負荷控制器28的輸入。輸出用WIG表示，WIG又是求和裝置32的輸入信號。
圖5和6非常詳細地示出本發明的沖擊負荷控制器28。
現在參考圖5和6，示出單元44，乘法器46，求和裝置48，低通濾波器50和求和裝置52。圖6附加示出單元44的調諧裝置54以及濾波器50的調諧裝置56。
如圖6所指出的，調諧裝置54可以在絕對值從零到15的范圍內改變或微調單元44的推進增益值，而調諧裝置56可以在零到200毫秒的范圍內調整或微調低通濾波器50的推進濾波器時間常數。調諧裝置54和56在模擬電氣型控制的沖擊負荷控制器28相當于一個電位器，在數字型微處理器控制的沖擊負荷控制器中可以與程序配合。
如圖6所示，低通濾波器50是一階濾波器並按以下傳遞函數運行
式中 TC＝濾波器時間常數，S＝拉普拉斯算子(1/秒)。
時間常數是由電子型等值濾波器50的電阻和電容元件的值來整定的。圖5和6中單元44包含著一個用(GOOSE GAIN)表示的增益因子和一個用〔WEG-WEGZ〕表示的速度誤差變化率，如上文所述，WEG為當前速度誤差，而WEGZ為前一個速度誤差。增益因子(GOOSE GAIN)對于當前速度誤差值與前一速度誤差值之間的差是一個乘法因子。在單元44的園括號和括號中的值包含了一些變量，這些變量供單元44的輸出改變，在下文中能更完全地了解它們。
論及圖5和6中的乘法器46，它使從單元44的輸出增加一個在塊46中表示為“2RATE SHIFT”的量。這一值表示一個二進制地址位置。通常都知道，如果位置向左移2位，則輸入乘以整數的冪如果寄存器中位置向右移，則輸入被整數的冪除。在這一特殊情況下，基本整數總是“2”，其冪范圍從0到5。從以上敘述可見，沖擊負荷控制器28的調整參數有單元44的“GOOSE GAIN”，濾波器50的推進濾波器時間常數，以及元件46的乘法因子。一旦這些參數針對一特定運行被設定，在整個運行中它們便保持不變。
在圖5和6中還示出標為GFLAG和FIRST GOOSE的邏輯開關。邏輯開關GFLAG涉及單元44和濾波器50的運行和退出，而GOOSE FILTER開關FG1，FG2和FG3涉及低通濾波器的初始予充電以及它的輸出與求和裝置52連接或切斷，在以下文章中將更多談及它們。
本發明的沖擊負荷控制器28依靠作為軋鋼機主邏輯系統中一部分的邏輯系統運行。圖7A和7B給出這類邏輯圖的一個例子。當邏輯信號“GFLAG”為真值，沖擊負荷控制器28的推進控制被激勵。速度誤差WE或WEG輸入到單元44，按圖4的傳遞函數運行。當推進控制第一次被激勵，FIRST GOOSE邏輯命令為真值，單元44的初始輸出送至乘法器46，在那里其值增加了2RATE SHIFT＝4倍，“RATE SHIF”最好等于2。這便給PI控制器一個初始高輸入信號。在此同時，也就是當乘法器46的輸出直接送到圖5中求和裝置52去的時間，從單元46的這一輸出也直接到低通濾波器50，並對低通濾波器50予充電，濾波器50沒有輸出直接送至求和裝置52。
在沖擊負荷控制器28的起始予充電以后，邏輯信號FIRST GOOSE整定為“偽”，使圖5和6中所示的邏輯開關FG2打開，邏輯開關FG1閉合。由于乘法器46現在被旁路，從乘積增益單元44的輸出便減小，該輸出直接送至求和裝置48，然后到低通濾波器50。與濾波器50聯接的FIRST GOOSE開關FG3現在是閉合的，使濾波器50的輸出直接送到求和裝置52，得到的輸出在圖5和6中標為WIG。
更可取的是(PI)2速度控制器(圖1)和沖擊負荷控制器28一起運行，接受誤差信號WE並產生輸出，三個輸入量均送入圖3中的求和裝置32，如前文中所敘述的那樣。當沖擊負荷控制器28退出運行，(PI)2速度控制器30也關閉，所以唯一輸入到求和裝置32的是從求和裝置26出來的速度誤差WE，如圖3所示。沖擊負荷控制器是一個純比率控制器，它采用了速度誤差的導數或變化率來改變圖1中多回路調速器系統10的動態。沖擊負荷控制器28的動態是純比率通過低通濾波器50串聯。當沖擊負荷控制器28最初接通時，控制器28是一個純比率控制器，其增益很高。增大或減小整數值“RATE SHIFT”可以使乘法器46中的增益因子2RATE SHIFT增大或減小。通過調諧裝置54，56可以分別調整沖擊負荷控制器28的增益(GOOSE GAIN)以及低通濾波器50中的時間常數“GOOSE FILTER TC”。這些調整以及對乘法器46的調整只是在軋機的予備階段，而不是在本發明或軋機運行中進行的。
更可取的是，沖擊負荷控制器28和(PI)2速度控制器30僅用于當鋼帶開始進入一臺軋機的輥縫時軋機的材料通過階段。同時也可取的是，這兩部件28和30在材料穿過階段鋼帶進入輥縫以后2秒鐘內保持運行。沖擊負荷控制器28和(PI)2速度控制器30兩者均可以在準備軋機下次進料運行時重新設置為零。
當一個或幾個條件滿足時，沖擊負荷控制器28便被激勵。這些條件列在圖7A-7B的邏輯圖中，圖中還示出了一個速度誤差曲線和GFLAG＝真隨時間的變化曲線。對于一臺連續冷軋鋼機，有三個條件以激勵GFLAG和推進邏輯控制(GOOSe Logic Control)以至沖擊負荷控制器28。這三個條件示于圖7A的Ⅰ，Ⅲ和Ⅳ，它們是1)如果速度誤差WE大于WEMAX 2;2)如果軋機的速度反饋小于WPUMIN;3)如果軋機的參考速度值小于WPURMIN。“WEMAX2”條件是沖擊負荷控制器28的起動點，如圖7B接近底部的速度誤差曲線所示。在送料階段軋機運行的實際速度的最小值用“WPUMIN”來表示，送料階段所希望的速度，或參考速度最小值用“WPURMIN”來表示。
可取的是為了保證本發明中推進控制的運行，速度誤差WE將超過最大軋機速度的0.5%，軋機參考速度WPURMIN和軋機速度WPUMIN兩個均小于最大軋機速度的3.8%。在一個連續冷軋機的送料運行時，最大軋機速度可能低到200ft/min，可能高到500ft/min。
當速度誤差WE變為本發明運行的退出點或變得小于“WEMAX1”，如圖7B接近底部的速度誤差曲線所示以及圖7A邏輯圖上線Ⅱ所示，或者當鋼帶在軋機中2秒鐘以后，如線Ⅴ所示，在這條件下，沖擊負荷控制器28便退出。圖7A-7B中線Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ和Ⅴ聯有控制繼電器CRa，CRb，CRc，CRd和CRe。
在冷軋機上，繼電器CRa，CRb，CRc，CRd和CRe。
在軋機的送料階段開始起激活和撤消GFLAG和GOOSE邏輯信號的作用，因為軋機運行于低軋鋼速度以激勵全部繼電器。在熱軋機上，另有繼電器CRa，CRb和CRe開始運行，繼電器CRc和CRd並沒有用，如圖7B所示。對于熱軋機來說，進料速度相對地高，沿線Ⅲ和Ⅳ所表示的防止速度和速度檢測器被激勵。
微處理器的本發明沖擊負荷控制器28運行所用程序的流程圖見圖8A至11B。
在圖7B的邏輯圖線Ⅵ上有一個繼電器名為“選擇沖擊負荷-推進控制器”。圖8A-11B示出涉及沖擊負荷控制器的推進控制器的運行步驟。如果這臺推進控制器未被選擇，則程序沿線A向下到圖11B底部的方塊62至72，在這些塊中將“FIRST GOOSE”和GFLAG置為“偽”;COVNTG和WEG每一個均置為零;WEZ等于WE;然后到塊73中將WIG置為零，在軋機的另一次送料運行中這些變量可以重新設置。如果推進控制器被選擇，則第一個測試是決定鋼帶是否在軋機中，如塊74中SISIN所指示的。如果“否”，則記時器COUNTG置為零如塊76所見，程序進行塊78的下一個測試。如果塊74測試的結果為“是”，則程序進行塊80的測試看COUNTG是否小于微處理器的預置值COUNTGMAX。如果塊80測試的結果是“否”，則表示鋼帶在軋機的輥縫中已經2秒或更長，就將COUNTG置為COUNTGMAX，如塊82所示。如果塊80測試結果為“是”，則時間記數器增加1，如塊84所示。
程序從塊82和84進入塊78的測試控制。塊78中測試的目的是檢查推進控制是否“接通”。滿足這一測試有三個條件是必要的，這些條件是“鋼帶不在軋機中”(NOT SISIN)，COUNTG大于零，但又小于COUNTGMAX。如果測試78的結果是“否”，則推進控制為“關”，以下變量如塊86至96所示其中，FIRST GOOSE置為真;GFLAG＝偽;WE＝O;WEZ＝WE;WIG＝低通濾波器。最后塊94表示一個子程序，其中WEG為新的輸出，WIG是前一輸出，GOOSE/Filter TC是調諧包。子程序94的輸出沿線“B”到圖11B底部的結合處75。
如果圖8B中測試78的結果為“是”，則沖擊負荷控制器28的推進控制為“接通”。則程序沿線C到圖9A中塊96的測試。在塊96的測試目的是是否滿足速度和速度參數的要求。必須滿足的兩個條件是1)軋機速度反饋WPU FEEDBACK SPEED小于軋機的最小速度(WPUMIN);2)最后軋機參考速度小于最小參考速度(WPURMIN)。如果塊96的結果為“否”，這說明驅動電動機12使軋機在高速值下運轉。程序沿線d向下至圖11A中塊98，100，110，112，和114，使FIRST GOOSE＝真;GFLAG＝偽，WEG＝O;WEGZ＝WE，WIG＝低通濾波器。塊114是類似于圖8B中塊94的子程序。程序從塊114到結合處75。
如果圖9A中測試96的結果為“是”，則驅動電動機12的速度使軋機為低進料速度，因而，可以將推進控制“接通”。在塊116中進一步測試速度誤差是否是以使推進控制“接通”。必須滿足兩個條件1)速度誤差WE必須大于WEMAX2;2)“FIRST GOOSE”沒有通過沖擊負荷控制器28。
如果塊116測試結果為“是”，則推進控制為“接通”，程序進入塊118，120，122，使GFLAG置為“真”，WEG置為WE;WEG等于(GAIN)〔WEG-WEGZ〕，而〔WEG-WEGZ〕為圖5中沖擊負荷控制器28的單元44的目前與前一速度誤差的差值。程序從塊122進入圖10A的塊124，126和128，使WIG＝低通濾波器，WEGZ＝WE;FIRT GOOSE＝偽，塊124是類似于塊94和塊114的子程序。
程序從圖10A的塊128沿線J到圖11B底部的結合處75。再參考圖9A，如果塊116的測試結果為“否”，則程序進入測試塊130。塊130測試的是是否已經超過最大速度誤差。如果結果為“否”，則推進控制為“斷開”。程序沿線D到圖10B的塊132和134。在塊132中，FIRST GOOSE置為“真”，在塊134中，GFLAG置為“偽”。程序從塊134沿線H到圖11A的塊135，137和139，最后到結合處75。在塊135，137和139中，分別使WEG＝O，WEGZ＝WE，WIG＝低通濾波器(WEG，WIG，GOOSE FILTER TC)。
如果塊130的測試結果為“是”，則推進控制為“接通”。測試塊136提供推進控制的校正。如果為“是”，這是程序的第一個窗口，程序進到塊138置GFLAG＝“真”。程序沿線F從塊138進到圖10A中塊140，142，144和146。塊140置WEG為WE;塊142置WIG為(GAIN)〔WEG-WEGZ〕2RAFE SHIFT，該值是從圖5的沖擊負荷控制器28的元件44和46中導出。塊144置WEGZ為WE，塊146置FIRST GOOSE為“偽”。程序從塊146至結合處148，沿圖11中線I最后結合處75。
再參考圖9B，如果塊136的測試結果為“否”，則輸入第一次通過沖擊負荷控制器28。程序沿線E進入塊150，152，154，156和158，使GFLAG＝“真”，WEG＝WE，WEG＝(GAIN)〔WEG-WEGZ〕，WIG＝低通濾波器;WEGZ＝WE。塊156是類似于塊94的子程序。塊154包含了目前和前一速度誤差的差值。程序從塊158到結合處148，沿線I到圖11A，最后到結合處75。
軋鋼廠一臺軋機的沖擊負荷控制器28在鋼帶進入輥縫的送料階段基本上自動操作，並在這以后繼續運行將近2秒鐘。
沖擊負荷控制器最好與(PI)2速度控制器30并行運行，去控制(PI)速度控制器34。
圖12a和12b為(PI)2速度控制器30運行于沒有本發明的沖擊負荷控制器28，并與(PI)速度控制器34串聯情況下典型的調速器響應。圖12c和12d為(PI)2速度控制器30與沖擊負荷控制器28并聯且與(PI)速度控制器34串聯情況下典型調速器的響應。圖12b和12d中水平線代表靜態負荷電流，軸以上區域則代表超調。對于速度誤差曲線來說，圖12a和12c中曲線的底部分代表了軋機之間鋼帶的積聚，是速度誤差變化率對于時間的積分，並有正的速度誤差值。圖12a中曲線的上部代表了鋼帶積聚的清除，是速度誤差變化率的積分，並有負的速度誤差值。
比較圖12a和12c的曲線可以清楚看到，當采用沖擊負荷控制器28與(PI)2速度控制器30并聯時，最大速度降(速度誤差)與由之引起的速度誤差積分二者均大為減小。同時也可以看出，當采用沖擊負荷控制器28與(PI)2速度控制器30并聯時，驅動電動機的電流在短響應時間內大為增加。
圖13a和13b示出當(PI)速度控制器34運行在既沒有本發明的沖擊負荷控制器28，也沒有(PI)2速度控制器30情況下的典型調速器的響應，圖13c和13d示出當(PI)速度控制器34用在與沖擊負荷控制器28串聯但沒有(PI)2速度控制器30情況下典型調速器的響應。圖13b和13d中水平軸代表靜態負荷電流，該線上部區域表示超調。圖13a和13c速度誤差曲線的底部分代表軋機之間鋼帶的聚積，上部則代表鋼帶積聚的減少，與圖12(a)和12(c)的說明相類似。比較圖12c，12d與圖13c和13d可以看出，當(PI)2速度控制器30與沖擊負荷控制器28並聯并與(PI)速度控制器34串聯使用相對于沖擊負荷控制器28僅與(PI)速度控制器34串聯而不用(PI)2速度控制器30的情況響應結果要好些。同樣也可以看出，采用沖擊負荷控制器28相對于不用控制器28的情況響應結果要好些。
圖14a，14b和14c仍為(PI)2速度控制器30用于與沖擊負荷控制器28並聯並與(PI)速度控制器34串聯情況下的典型調速器響應。圖14a和14c與圖12c和12d相類似。圖14b代表了當鋼帶在軋機中2秒鐘內沖擊負荷控制器28的輸出信號。曲線為一垂直線或“尖峰”接著是平滑的逐漸指數衰減部分。如前文所說，部件44和46的采用對系統動態上產生一個最初銳增，濾波器50容許系統響應的逐漸慢速衰減。
當速度誤差超過“WEMAX2”整定值時，沖擊負荷控制器28被激勵。在圖14a中它表示為“T”所指示的曲線正切線或斜率。從圖14b看出，沖擊負荷控制器28的輸出信號跳到某一值，該值為速度誤差變化率的函數又與之成比例，然后以圖5中低通濾波器50的時間常數函數關系指數衰減。對于圖8-11的微處理器控制，響應時間是瞬時的，對于圖15和16中的模擬型控制，響應可能有短時間的延遲。
如前文所說，沖擊負荷控制器28的起始輸出是基于真實速度和所希望速度的速度誤差變化率的函數。在沖擊負荷加上時，速度誤差的變化率是加于圖1中驅動電動機12上沖擊負荷力矩擾動的直接函數。由此看來，沖擊負荷力矩擾動越大，沖擊負荷控制器28輸出的信號就越高。在初始輸出以后，沖擊負荷控制器28的輸出是低通濾波器時間常數整定值的函數，因而速度誤差的變化率如圖14b所示那樣指數衰減。
沖擊負荷控制器適應了加在驅動電動機12上沖擊負荷力矩擾動的幅值變化，即負荷越大，則沖擊負荷控制器的輸出信號也越大。這一特點提供了對于變化的負荷擾動幅值驅動速度誤差的最佳減少。再參考圖1，在沖擊負荷控制器28運行一開始，輸出信號立即通過(PI)速度控制器34的比例部分，因而立即使電樞的電流參考信號Ia＊增加，到電樞電流控制器16以控制驅動電動機12的電流。
沖擊負荷控制器28可以是如本文所述的微處理器型的，也可以是模擬型的，由幾個電氣和邏輯元件組成，如圖15A，15B和16所示，元件可以如圖1-6所示的同樣編號，對于熟悉技術的人員是非常容易理解的。
權利要求
1.一個用于調節一臺驅動電動機速度的調速驅動系統，包括確定基于真實速度值和所希望速度值的速度誤差和在所述驅動電動機的正常運行期間的使用所述速度誤差的裝置，和沖擊負荷控制器裝置以產生一個第一輸出，所述第一輸出用以補償從所述驅動電動機在所述正常運行期間靜態速度的所述速度下降，并且當所述負荷擾動加在所述驅動電動機上時以至少補充用以所述調節所述驅動電動機的所述速度誤差，所述沖擊負荷控制器裝置包括比率控制器裝置用以接受所述速度誤差，用以確定所述速度誤差的變化率，以及用以產生一個包括所述速度誤差的所述變化率在內的增益值乘積，裝置用于最初使一個第一所述增益值乘積增加一個希望量，以便成比例增大所述驅動電動機的所述速度到高于所述靜態速度，以及濾波器裝置用以接受所述起始增益值乘積，以使所述濾波裝置予充電，并用以接著接受第二個增益值乘積，以使所述驅動電動機的所述速度指數下降直到所述速度達到所述的靜態速度為止。
2.根據權利要求1中的一個驅動系統，進而包括(PI)速度控制器裝置，和所述沖擊負荷控制器裝置串聯使用，以便對所述驅動電動機的所述速度進行所述調節。
3.根據權利要求2中的一個系統，進而包括(PI)2速度控制器裝置，與所述沖擊負荷控制器裝置并聯使用，以便接受所述速度誤差以產生一個第二輸出，以及裝置用于使所述速度誤差與所述沖擊負荷控制器裝置的所述第一輸出以及所述(PI)2控制器裝置的所述第二輸出結合起來，產生一個信號以控制所述(PI)速度控制器用來調節所述驅動電動機的所述速度。
4.根據權利要求1的系統中所述比率控制器裝置包括裝置用以貯存及更新所述速度誤差，裝置用以計算所述更新的速度誤差與所述貯存的速度誤差間的差值，以及裝置用以乘所述更新的速度誤差與所述貯存的速度誤差間的差值，以產生所述的增益值。
5.根據權利要求1的系統中，所述濾波器裝置是一個一階低通濾波器，按以下傳遞函數運行
式中TC是所述濾波器裝置的整定時間常數，S是單位為1/秒的拉普拉斯變換。
6.一個調速驅動系統用以調節驅動電動機的速度，並有第一速度控制器裝置，包括裝置用以確定在真實速度值與希望速度值間差值的速度誤差，以及沖擊負荷控制器裝置，用以補償由于負荷擾動加在所述驅動電動機上引起所述速度從靜態條件的減少，所述沖擊負荷控制器裝置包括濾波器裝置，以及用以產生一個初始信號和一系列作為所述速度誤差的變化率函數的相繼信號的裝置，包括將所述初始信號加到所述第一速度控制器裝置以使所述驅動電動機的所述速度增加到大于所述靜態條件下的速度的裝置，並包括將所述相繼信號加到所述濾波器裝置上來進一步控制所述第一速度控制器裝置以使所述電動機的所述速度指數衰減到它的所述靜態條件。
7.一個沖擊負荷控制器以控制一臺電動機的動態，由于負荷擾動加到所述電動機上使電動機速度從靜態條件減小，所述沖擊負荷控制器包括用以產生一個信號的裝置，這一信號是希望的速度值和真實速度值間差值的速度誤差的變化率函數，並包括用以產生所述信號增益值乘積，以及用以將所述信號加到所述驅動電動機上的裝置，首先使所述電動機的所述速度增至高于所述的靜態條件，接著減小所述驅動電動機的所述速度直至達到所述的靜態條件。
8.一個調速器驅動系統，其中，驅動電動機的速度由速度誤差信號來控制，所述系統包括一個負荷沖擊控制器以補償由于沖擊負荷造成速度從靜態速度的減小，所述負荷沖擊控制器包括產生一個負荷沖擊誤差信號的裝置，該信號是速度誤差變化率的階躍函數並經修正以隨時間而衰減，以及求和裝置將所述負荷沖擊信號加至所述速度誤差信號上以控制所述驅動電動機的速度以使所述驅動電動機的速度回到靜態速度。
9.根據權利要求8的系統，其中產生所述負荷沖擊誤差信號的裝置包括以產生與所述速度誤差信號的變化率成比例的比率信號的裝置，用增益因子乘比率信號的裝置，低通濾波器裝置，以及起初選擇被所述增益因子乘的所述比率信號作為負荷沖擊誤差信號，接著選擇由所述低通濾波器濾過的比率信號作為所述負荷沖擊誤差信號的裝置。
10.根據權利要求9的系統，其中產生所述負荷沖擊誤差信號的所述裝置包括用所述培養因子去乘所述比率信號送至低通濾波器作為起始激勵的裝置。
11.根據權利要求10的系統中產生所述負荷沖擊誤差信號的裝置僅運行于當所述速度誤差信號上升到高于第一個預先設的閾值時。
12.根據權利要求11的系統中產生所述負荷沖擊誤差信號的裝置在所述速度誤差信號降到低于所述的第一個閾值的第二個預先設的閾值時退出。
13.根據權利要求9的系統中包括一個(PI)2控制器以產生作為所述速度誤差信號函數的(PI)2誤差信號，以及所述求和裝置將所述(PI)2誤差信號，與所述速度誤差信號以及所述負荷沖擊誤差信號相加，以控制驅動電動機的所述速度。
全文摘要
一套沖擊負荷控制器補償由于負荷擾動加于驅動電動機所引起該臺電動機的速度下降。控制器是一個純比率控制器，其輸入轉換為速度誤差變化率，速度誤差被增益因子去乘。得到的增益值乘積起初由預先確定的因子增加以向電動機的(PI)速度控制器提供一個高的輸入信號，對一低通濾波器預充電。以后，沖擊負荷控制器的輸出是低通濾波器時間常數的函數，包含速度誤差變化率的乘積增益指數衰減。這一沖擊負荷控制器可以是微處理器型，也可以是模擬型。
文檔編號H02P7/00GK1060938SQ91101909
公開日1992年5月6日 申請日期1991年3月27日 優先權日1990年10月24日
發明者羅伯特·S·派特森 申請人:Aeg西屋工業自動化公司