RU158589U1

RU158589U1 - Устройство для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя

Info

Publication number: RU158589U1
Application number: RU2015119748/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Добробаба; Артем Юрьевич Луценко
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2016-01-20

Abstract

Устройство для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя, содержащее первый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с входом второго интегрального блока, третий интегральный блок, выход которого соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора, второй генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора, третий генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, четвертый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора, отличающееся тем, что в устройство введены пятый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора, выход четвертого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с первым входом пятого блока алгебраического сумматора, выход пятого блока алгебраического сумматора соединен с входом второго

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя.

Наиболее близким к заявляемому устройству для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя, является устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по минимуму потребляемой электроэнергии диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с постоянным моментом сопротивления с ограничением максимального значения тока якорной цепи электродвигателя. / Луценко А.Ю. Разработка устройств, формирующих оптимальные по минимуму потребляемой электроэнергии диаграммы для малых перемещений исполнительных органов электроприводов // Научные труды КубГТУ, 2015, №2. Ссылка на интернет ресурс: http://ntk.kubstu.ru/file/329, которое принимается за прототип.

Прототип содержит: первый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с входом второго интегрального блока, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока, выход третьего интегрального блока соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора, второй генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора, третий генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, четвертый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора.

Прототип формирует сигнал, соответствующий оптимальной по минимуму потребляемой электроэнергии диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с постоянным моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя.

Устройство работает совместно с системой автоматического регулирования положения исполнительного органа электропривода.

Прототип разработан для систем, в которых не учитывается момент сопротивления, зависящий от скорости. Использование прототипа в системах, содержащих момент сопротивления, зависящий от скорости, приведет к несанкционированному движению.

При разработке математической модели силовой части позиционного электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления приняты следующие допущения: реакция якоря не учитывается; момент на валу электродвигателя равен электромагнитному моменту; не учитывается гистерезис в магнитной цепи машины; не учитывается влияние индуктивности якорной цепи электродвигателя. Таким образом, электропривод постоянного тока описывается системой дифференциальных уравнений второго порядка.

Задачей является разработка устройства для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя.

Техническим результатом полезной модели является повышение точности формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя за счет введения дополнительных блоков, корректирующих влияние момента сопротивления, зависящего от скорости.

Технический результат достигается тем, что устройство для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя содержит первый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с входом второго интегрального блока, третий интегральный блок, выход которого соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора, второй генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора, третий генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, четвертый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора, дополнительно введены пятый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора, выход четвертого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с первым входом пятого блока алгебраического сумматора, выход пятого блока алгебраического сумматора соединен с входом второго пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с первым входом шестого блока алгебраического сумматора, шестой генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока алгебраического сумматора, седьмой генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом пятого блока алгебраического сумматора, выход второго интегрального блока соединен со вторым входом шестого блока алгебраического сумматора, первый выход шестого блока алгебраического сумматора соединен с входом третьего интегрального блока, второй выход шестого блока алгебраического сумматора соединен с входом третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с третьим входом пятого блока алгебраического сумматора.

Энергосберегающая диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления с ограничением максимального значения тока якорной цепи электродвигателя сформирована следующим образом, // Добробаба Ю.П., Луценко А.Ю. Разработка энергосберегающих диаграмм для малых перемещений исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №10 (104). - IDA [article ID]: 1041410119. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/119.pdf/. В момент времени t=0 ток якорной цепи скачком изменяется от величины

до величины I_доп, при этом первая производная угловой скорости исполнительного органа электропривода скачком увеличивается от нуля до величины максимального значения первой производной угловой скорости исполнительного органа электропривода

. На первом этапе в интервале времени 0≤t≤t₁ ток поддерживается постоянным и равен допустимому значению I_доп, первая производная угловой скорости уменьшается от величины

до величины

, угловая скорость исполнительного органа электропривода увеличивается от нуля до

. На втором этапе в интервале времени t₁≤t≤(t₁+t₂) поддерживается постоянное минимальное значение второй производной угловой скорости исполнительного органа электропривода

, первая производная угловой скорости исполнительного органа электропривода линейно снижается от величины

до величины минимального значения первой производной угловой скорости исполнительного органа электропривода

, угловая скорость исполнительного органа электропривода увеличивается от величины ω₁ до величины максимального значения угловой скорости ω_max. В момент времени, когда первая производная угловой скорости исполнительного органа электропривода равна нулю, угловая скорость исполнительного органа электропривода достигает максимального значения ω_max. Затем первая производная угловой скорости исполнительного органа электропривода имеет отрицательное значение, поэтому угловая скорость исполнительного органа снижается. В момент времени t=t₁+t₂ первая производная угловой скорости исполнительного органа электропривода меняется скачком от величины

до нуля, угловая скорость электропривода равна нулю. В интервале времени t₁≤t≤(t₁+t₂) ток якорной цепи меняется от допустимого значения тока якорной цепи I_доп до величины минимального значения тока якорной цепи

. В момент времени t=t₁+t₂ ток якорной цепи меняется скачком от величины I_min до величины

. На всем интервале времени 0≤t≤Т_ц=(t₁+t₂) угол поворота исполнительного органа электропривода увеличивается. В момент времени t=t₁+t₂ угол поворота исполнительного органа электропривода достигает конечного значения φ_кон.

Для энергосберегающей диаграммы справедливы соотношения:

где М_со - постоянный по величине момент сопротивления электропривода, Нм;

С_м - коэффициент пропорциональности между током и электромагнитным моментом электродвигателя, В·с;

φ_нач - начальное значение угла поворота исполнительного органа электропривода, рад;

J - момент инерции электропривода, кг·м²;

K_с - коэффициент пропорциональности между скоростью и моментом сопротивления электропривода,

;

T_ц - длительность цикла перемещения, с;

t₁ - длительность первого этапа, с;

t₂ - длительность второго этапа, с.

При t₁=0 следует использовать энергосберегающую диаграмму перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления без ограничения контролируемых координат электропривода.

При дальнейшем уменьшении длительности цикла Т_ц минимальное значение тока якорной электродвигателя достигает допустимого значения тока якорной цепи электродвигателя со знаком «минус» -I_доп. При этом следует использовать энергосберегающую диаграмму перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления с ограничениями максимального и минимального значений тока якорной цепи электродвигателя.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя.

Устройство для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя содержит первый генератор ступенчатого сигнала 1, выход которого соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора 2, выход первого блока алгебраического сумматора 2 соединен с входом первого интегрального блока 3, выход первого интегрального блока 3 соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора 4, выход второго блока алгебраического сумматора 4 соединен с входом второго интегрального блока 5, третий интегральный блок 6, выход которого соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора 7, второй генератор ступенчатого сигнала 8, выход которого соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора 2, третий генератор ступенчатого сигнала 9, выход которого соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора 4, четвертый генератор ступенчатого сигнала 10, выход которого соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора 7, пятый генератор ступенчатого сигнала 11, выход которого соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора 12, выход четвертого блока алгебраического сумматора 12 соединен с первым входом пропорциональным блоком 13, выход первого пропорционального блока 13 соединен с первым входом пятого блока алгебраического сумматора 14, выход пятого блока алгебраического сумматора 14 соединен с входом второго пропорционального блока 15, выход второго пропорционального блока 15 соединен с входом четвертого интегрального блока 16, выход четвертого интегрального блока 16 соединен с первым входом шестого блока алгебраического сумматора 17, шестой генератор ступенчатого сигнала 18, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока алгебраического сумматора 12, седьмой генератор ступенчатого сигнала 19, выход которого соединен со вторым выходом пятого блока алгебраического сумматора 14, выход второго интегрального блока 5 соединен со вторым входом шестого блока алгебраического сумматора 17, первый выход шестого блока алгебраического сумматора 17 соединен с входом третьего интегрального блока 6, второй выход шестого блока алгебраического сумматора 17 соединен с входом третьего пропорционального блока 20, выход третьего пропорционального блока 20 соединен с третьим входом пятого блока алгебраического сумматора 14.

Устройство для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя, работает следующим образом. В момент времени t=0 пятый генератор ступенчатого сигнала 11 подает на первый вход четвертого блока алгебраического сумматора 12 сигнал, соответствующий допустимому значению тока якорной цепи электродвигателя I_доп. В момент времени t=t₁: первый генератор ступенчатого сигнала 1 подает на первый вход первого блока алгебраического сумматора 2 сигнал, соответствующий минимальному значению второй производной угловой скорости исполнительного органа электропривода

; шестой генератор ступенчатого сигнала 18 подает на второй вход четвертого блока алгебраического сумматора 12 сигнал, соответствующий допустимому значению тока якорной цепи электродвигателя со знаком «минус» -I_доп. В момент времени t=Т_ц=t₁+t₂) второй генератор ступенчатого сигнала 8 подает на второй вход первого блока алгебраического сумматора 2 сигнал, соответствующий минимальному значению второй производной угловой скорости исполнительного органа электропривода со знаком «минус»

. На интервале времени 0≤t≤t₁ выходной сигнал четвертого блока алгебраического сумматора 12 равен допустимому значению тока якорной цепи электродвигателя I_доп.

Выходной сигнал с четвертого блока алгебраического сумматора 12 поступает на первый пропорциональный блок 13. Первый пропорциональный блок 13 умножает свой входной сигнал на коэффициент С_м; выходной сигнал первого пропорционального блока 13 равен С_мI_доп. Выходной сигнал с первого пропорционального блока 13 поступает на первый вход пятого блока алгебраического сумматора 14. Седьмой генератор ступенчатого сигнала 19 подает на второй вход пятого блока алгебраического сумматора 14 сигнал, соответствующий величине постоянного момента сопротивления электропривода со знаком «минус», -М_со. На третий вход пятого блока алгебраического сумматора 14 подается сигнал с третьего пропорционального блока 20 со знаком «минус» -K_сω. На интервале времени 0≤t≤t₁: выходной сигнал пятого блока алгебраического сумматора 14 равен (С_мI_доп-М_со-K_сω); второй пропорциональный блок 15 умножает свой входной сигнал на величину

, поступающий с пятого блока алгебраического сумматора 14; выходной сигнал второго пропорционального блока 15 равен

; четвертый интегральный блок 16 интегрирует сигнал, поступающий со второго пропорционального блока 15; выходной сигнал четвертого интегрального блока 16 соответствует величине угловой скорости исполнительного органа электропривода со; на первый вход шестого блока алгебраического сумматора 17 поступает сигнал с четвертого интегрального блока 16. В интервале времени t₁≤t≤(t₁+t₂): на выходе первого блока алгебраического сумматора 2 формируется сигнал, соответствующий минимальному значению второй производной угловой скорости исполнительного органа электропривода

; первый интегральный блок 3 интегрирует сигнал, поступающий с первого блока алгебраического сумматора 2; выходной сигнал с первого интегрального блока 3 соответствует первой производной угловой скорости исполнительного органа электропривода ω⁽¹⁾; выходной сигнал с первого интегрального блока 3 подается на первый вход второго блока алгебраического сумматора 4. В момент времени t=t₁ третий генератор ступенчатого сигнала 9 подает на второй вход второго блока алгебраического сумматора 4 сигнал, соответствующий значению первой производной угловой скорости исполнительного органа электропривода

. На интервале времени t₁≤t≤(t₁+t₂) первая производная угловой скорости исполнительного органа электропривода линейно снижается от величины

до величины

; второй интегральный блок 5 интегрирует сигнал, поступающий со второго блока алгебраического сумматора 4; выходной сигнал второго интегрального блока 5 соответствует величине угловой скорости исполнительного органа электропривода ω; на второй вход шестого блока алгебраического сумматора 17 подается сигнал со второго интегрального блока 5. На интервале времени 0≤t≤Т_ц=(t₁+t₂) на выходе шестого блока алгебраического сумматора 17 формируется сигнал, соответствующий угловой скорости исполнительного органа электропривода ω; на вход третьего пропорционального блока 20 подается сигнал со второго выхода шестого блока алгебраического сумматора 17, третий пропорциональный блок 20 умножает входной сигнал, поступающий со второго выхода шестого блока алгебраического сумматора 17, на коэффициент K_с; выходной сигнал третьего пропорционального блока 20 равен K_сω; третий интегральный блок 6 интегрирует сигнал, поступающий с первого выхода шестого блока алгебраического сумматора 17; выходной сигнал с третьего интегрального блока 6 подается на первый вход третьего блока алгебраического сумматора 7.В момент времени t=0 четвертый генератор ступенчатого сигнала 10 подает на второй вход третьего блока алгебраического сумматора 7 сигнал, соответствующий начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ_нач; на выходе третьего блока алгебраического сумматора 7 формируется сигнал, соответствующий углу поворота исполнительного органа электропривода φ. В момент времени t=(t₁+t₂) угол поворота исполнительного органа электропривода достигает конечного значения φ_кон.

Предлагаемое устройство качественно обеспечивает формирование сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя.

Точность формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя не зависит от задания на перемещение.

Разработано, реализовано и экспериментально исследовано устройство на базе программируемого контроллера, для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя.

Claims

Устройство для формирования сигнала, соответствующего энергосберегающей диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода постоянного тока с зависящим от скорости моментом сопротивления при ограничении максимального значения тока якорной цепи электродвигателя, содержащее первый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с входом второго интегрального блока, третий интегральный блок, выход которого соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора, второй генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора, третий генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, четвертый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора, отличающееся тем, что в устройство введены пятый генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора, выход четвертого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с первым входом пятого блока алгебраического сумматора, выход пятого блока алгебраического сумматора соединен с входом второго пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с первым входом шестого блока алгебраического сумматора, шестой генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока алгебраического сумматора, седьмой генератор ступенчатого сигнала, выход которого соединен со вторым входом пятого блока алгебраического сумматора, выход второго интегрального блока соединен со вторым входом шестого блока алгебраического сумматора, первый выход шестого блока алгебраического сумматора соединен с входом третьего интегрального блока, второй выход шестого блока алгебраического сумматора соединен с входом третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с третьим входом пятого блока алгебраического сумматора.