RU1774821C - Линейный следящий электропривод - Google Patents
Линейный следящий электропривод Download PDFInfo
- Publication number
- RU1774821C RU1774821C SU4751840A RU1774821C RU 1774821 C RU1774821 C RU 1774821C SU 4751840 A SU4751840 A SU 4751840A RU 1774821 C RU1774821 C RU 1774821C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- windings
- power
- reverse
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Linear Motors (AREA)
Abstract
Использование: в качестве исполнительного уп в системах автоматического управления различного назначения, например, в робототехнике, для управления трубопроводной арматурой, в машиностроении. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит три контура регулирования: главный, образованный элементом сравнения 2 и датчиком положения 20 и два подчиненных: тока и мощности. Первый подчиненный контур тока включает регулятор тока 4, первый 14 и второй 15 датчики тока, вычислительный блок 7 и датчик ускорений 21. Второй подчиненный контур регулирования мощности включает регулятор мощности 3 и датчик мощности, состоящий из двух датчиков тока 14 и 15, двух датчиков напряжения 10 и 11 и двух блоков перемножения 12 и 13. В любом режиме работы электропривода сигнал, пропорциональный мгновенной мощности в обмотках двигателя, поступает на вход регулятора мощности 3. За счет действия отрицательной обратной связи по мощности всегда минимизируется мощность, потребляемая двигателем, и, следовательно, повышаются энергетические характеристики электропривода. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и автоматике и предназначено для использования в качестве исполнительного устройства автоматических систем.
Известны линейные следящие электроприводы, содержащие электромагнитный двигатель с обмотками прямого и обратного хода и подвижным якорем, механически соединенным с датчиками ускорения и положения, регулятор положения, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к выходам соответственно задатчика и датчика положения, а выход подключен к суммирующему входу регулятора тока, вычитающий вход которого соединен с выходом датчика ускорений, второй суммирующий вход подключен к выходу функционального преобразователя, а выход подключен через последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель, первый усилитель мощности и первый датчик тока к обмотке прямого хода и через последовательно соединенные однополупериодный выпрямитель, второй усилитель мощности и второй датчик тока к обмотке обратного хода, выходы первого и второго датчиков тока и датчика положения подключены к выходам функционального преобразователя.
Недостаток известных линейных следящих электроприводов - низкий КПД, вследствие больших потерь в обмотках двигателя в динамических режимах.
Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату является линейный следящий электропривод, содержащий электромагнитный двигатель с обмотками прямого и обратного хода и подвижным якорем, механически соединенным с датчиками ускорения и положения, регулятор положения, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к выходам соответственно задатчика и датчика положения, регулятор тока, вычитающий вход которого подключен к выходу датчика ускорений, один из суммирующих входов соединен с выходом функционального преобразователя, а выход подключен через последовательно соединенные первый однополупериодный выпрямитель, первый усилитель мощности и первый датчик тока к обмотке прямого хода и через последовательно соединенные второй однополупериодный выпрямитель, второй усилитель мощности и второй датчик тока к обмотке обратного хода электромагнитного двигателя, выходы первого и второго датчиков тока и датчика положения подключены к выходом функционального преобразователя, выход регулятора положения подключен к второму суммирующему входу регулятора тока.
В известном техническом решении потери энергии в электромагнитном двигателе не контролируются и могут в динамических режимах даже при оптимальных, с точки зрения качества регулирования (точности, быстродействия) настройках достигать больших значений, существенно превышающих минимально возможные. Следовательно, недостаток известного устройства - низкий КПД.
Цель изобретения - повышение КПД путем уменьшения потерь в обмотках двигателя в динамических режимах.
На чертеже приведена функциональная схема линейного следящего электропривода.
Линейный следящий электропривод содержит задатчик положения 1, элемент сравнения 2, регулятор мощности 3, регулятор тока 4, первый 5 и второй 6 диодные элементы, вычислительный блок 7, первый 8 и второй 9 усилители мощности, первый 10 и второй 11 датчик напряжения, первый 12 и второй 13 блоки перемножения, первый 14 и второй 15 датчик тока, электромагнитный двигатель 16 с обмотками прямого 17 и обратного 18 хода и подвижным якорем 19, датчик положения 20, датчик ускорения 21. При этом подвижный якорь 19 электромагнитного двигателя 16 механически соединен с датчиками положения 20 и ускорения 21, суммирующий вход элемента сравнения 2 подключен к выходу задатчика положения 1, вычитающий вход соединен с выходом датчика положения 20, а выход подключен к первому суммирующему входу регулятора мощности 3, а второй суммирующий и вычитающий входы подключены к выходам первого 12 и второго 13 блоков перемножения, выход регулятора мощности 3 подключен к первому суммирующему входу регулятора тока 4, второй суммирующий вход которого подключен к выходу вычислительного блока 7, вычитающий вход соединен с выходом датчика ускорения 21, а выход подключен через последовательно соединенные первый диодный элемент 5, первый усилитель мощности 8 и первый датчик тока 14 к обмотке прямого хода 17 и через последовательно соединенные второй диодный элемент 6, второй усилитель мощности 9 и второй датчик тока 15 к обмотке обратного хода 18 электромагнитного двигателя 16, первый 10 и второй 11 датчики напряжения подключены к выходам соответственно первого 8 и второго 9 усилителей мощности, выходы первого 14 и второго 15 датчиков тока и выход датчика положения 20 подключены к входам вычислительного блока 7, первые входы первого 12 и второго 13 блоков перемножения подключены к выходам соответственного первого 14 и второго 15 датчиков тока.
Линейный следящий электропривод работает следующим образом.
Обмотки прямого 17 и обратного 18 хода электромагнитного двигателя 16 подключены к выходам соответственно первого 8 и второго 9 усилителей мощности. Изменение положения якоря 19 электромагнитного двигателя 16 осуществляется регулированием напряжения на выходах первого 8 и второго 9 усилителей мощности. Положение якоря 19 электромагнитного двигателя 16 измеряется с помощью датчика положения 20, а ускорение движения якоря 19 - с помощью датчика ускорения 21. Токи в обмотках прямого 17 и обратного 18 хода измеряются с помощью первого 14 и второго 15 датчиков тока, включенных последовательно с соответствующими обмотками. Измерение напряжений на обмотках прямого 17 и обратного 18 хода производится с помощью двух датчиков напряжения: соответственно первого 10 и второго 11. Выходные сигналы с датчиков тока 14 и 15 и с датчика положения 20 поступают на входы вычислительного блока 7, на выходе которого формируется сигнал
U7= F(iп,io,x) = G (x)i - G (l-x)i (1) где iп, io - токи обмоток прямого 17 и обратного 18 хода;
x - координата положения якоря 19, отсчитываемая от внутренней поверхности крышки корпуса соленоида прямого хода;
ρм.п., ρ м.о. - удельные магнитные сопротивления зазоров соленоидов прямого 17 и обратного 18 хода;
ωп, ω о - число витков обмоток прямого и обратного хода;
Gп(x), Go(l-x) - индуктивности обмоток прямого 17 и обратного 18 хода;
l - ход якоря 19.
U7= F(iп,io,x) = G
x - координата положения якоря 19, отсчитываемая от внутренней поверхности крышки корпуса соленоида прямого хода;
ρм.п., ρ м.о. - удельные магнитные сопротивления зазоров соленоидов прямого 17 и обратного 18 хода;
ωп, ω о - число витков обмоток прямого и обратного хода;
Gп(x), Go(l-x) - индуктивности обмоток прямого 17 и обратного 18 хода;
l - ход якоря 19.
Сигнал U7 представляет собой косвенную оценку тягового усилия F, развиваемого электромагнитным двигателем 16. Тяговое усилие (1) электромагнитного двигателя, как известно, уравновешивается статической Fc и динамической Fg= m (2) составляющими сил сопротивления нагрузки:
F = Fc+ m
Сигнал, пропорциональный динамической составляющей (2) измеряется с помощью датчика ускорения 21: U21= K где K21 - коэффициент передачи датчика ускорения 21.
F = Fc+ m
Сигнал, пропорциональный динамической составляющей (2) измеряется с помощью датчика ускорения 21: U21= K где K21 - коэффициент передачи датчика ускорения 21.
Напряжения U7 и U21 с выходов вычислительного блока 7 и датчика ускорения 21 поступают соответственно на второй суммирующий и вычитающий входы регулятора тока 4, во входной цепи которого происходит вычисление сигнала U7-U21= F-K : Fc (3) который пропорционален статической составляющей усилия нагрузки. Этот сигнал используется для комбинированного управления положением якоря 19. Выходные сигналы с датчиков тока 14 и 15 и датчиков напряжения 10 и 11 в каждой обмотке поступают на входы соответственно первого 12 и второго 13 блоков перемножения, на выходах которых формируются сигналы U12 = iпUпи U13 = ioUo, пропорциональные мгновенным мощностям в каждой обмотке. Напряжения U12 и U13 поступают соответственно на вычитающий и второй суммирующий входы регулятора мощности 3, в результате чего в системе образуется обратная связь по мощности.
На суммирующий вход элемента сравнения 2 с выхода задатчика положения 1 подается сигнал Xo, пропорциональный требуемому значению координаты положения якоря 19. На вычитающий вход элемента сравнения 2 поступает сигнал x с выхода датчика положения 20, пропорциональный координате положения якоря 19. На выходе элемента сравнения 2 формируется сигнал, пропорциональный ошибке регулирования U2 = K2(x-xo), где К2 - коэффициент передачи элемента сравнения. Сигнал U2 поступает на первый суммирующий вход регулятора мощности 3, на второй суммирующий и вычитающий входы которого поступают сигналы с выходов соответственно второго 13 и первого 12 блоков перемножения, вычисляющих значения мгновенных мощностей обмоток обратного и прямого хода. Выходной сигнал U3 регулятора мощности 3 поступает на первый суммирующий вход регулятора тока 4, второй суммирующий вход которого подключен к выходу вычислительного блока 7, а вычитающий - к выходу датчика ускорения. Выходной сигнал U4 регулятора тока 4 в зависимости от полярности через первый 5 или второй 6 диодный элемент поступает соответственно на первый 8 или второй 9 усилитель мощности, к выходам которых подключены обмотки прямого 17 и обратного 18 хода электромагнитного двигателя 16. При действии тока в обмотке прямого 17 или обратного 18 хода происходит перемещение якоря 19 в направлении, обеспечивающем уменьшение ошибки регулирования ε = xo - x.
Таким образом, линейный следящий электропривод содержит три контура регулирования: главный, образованный обратной связью по положению и датчика положения 20, и два подчиненных. Первый подчиненный контур тока включает регулятор тока 4, первый 14 и второй 15 датчики тока, вычислительный блок 7 и датчик ускорения 21. В этом контуре осуществляется вычисление статической составляющей тягового усилия Fс и использование пропорционального ей сигнала (3) для комбинированного управления положением якоря 19. В результате в системе осуществляется компенсация статической составляющей возмущающего воздействия со стороны нагрузки, что обеспечивает повышение точности регулирования.
Второй подчиненный контур регулирования мощности включает регулятор мощности 3 и датчик мощности, состоящий из двух датчиков тока 14 и 15, двух датчиков напряжения 10 и 17 и двух блоков перемножения 12 и 13.
Действие подчиненного контура регулирования мощности происходит следующим образом. В любом режиме работы электропривода сигналы U12 и U13, пропорциональные мгновенным мощностям обмоток соответственно прямого и обратного хода, поступают на вычитающий и суммирующий входы регулятора мощности 3. Регулятор мощности 3 вычисляет сигнал, пропорциональный разности выходного сигнала регулятора положения 2 и мгновенных мощностей обмоток прямого и обратного хода (U13 - U12), и формирует в соответствии с выбранным законом регулирования (например, П-, ПИ-, ПД- или ПИД-) сигнал для регулятора тока 4. Увеличение активной мощности, потребляемой электромагнитным двигателем 16, вызывает увеличение сигналов U12 и U13, и, следовательно, уменьшение выходного напряжения регулятора мощности 3. В результате уменьшается сигнал на входе регулятора тока 4, что приводит к уменьшению тока в обмотках двигателя 16 и, следовательно, потребляемой мощности.
Таким образом, за счет отрицательной обратной связи по мощности всегда минимизируется мощность, потребляемая электромагнитным двигателем, и, следовательно, повышается КПД электропривода.
Следовательно, в предлагаемом линейном следящем электроприводе с электромагнитным двигателем по сравнению с известным обеспечивается уменьшение потерь энергии в динамических режимах, и, следовательно, повышение КПД. При этом положительный эффект достигается простым способом и не требует для технической реализации существенных изменений типовых структур и элементной базы электроприводов с электромагнитными двигателями.
Claims (1)
- ЛИНЕЙНЫЙ СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электромагнитный двигатель с обмотками прямого и обратного хода, подвижный якорь, механически соединенный с датчиками ускорения и положения, элемент сравнения, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к выходам соответственно задатчика и датчика положения, первый датчик тока, два диода, анод первого и катод второго соединены между собой, первый усилитель мощности, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения потерь в обмотках двигателя в динамических режимах, в него введены вычислительный блок с тремя входами, регулятор тока, с двумя суммирующими и вычитающим входами, регулятор мощности с двумя суммирующими и вычитающим входами, два блока перемножения, два датчика напряжения, второй усилитель мощности, второй датчик тока, выход элемента сравнения соединен с первым суммирующим входом регулятора мощности, второй суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами двух блоков перемножения, входы которых соединены соответственно с датчиками напряжения и тока, датчики напряжения и тока соединены соответственно с обмотками прямого и обратного хода, выходы датчиков тока соединены соответственно с двумя входами вычислительного блока, третий вход которого соединен с выходом датчика положения, выход регулятора мощности соединен с первым суммирующим входом регулятора тока, второй суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами вычислительного блока и датчика ускорения, выход регулятора тока подключен к общей точке соединения анода первого и катода второго диодов, а вычислительный блок выполнен с возможностью реализации следующей функции:
где iп, iо - токи в обмотках соответственно прямого и обратного хода;
x - координата положения якоря, отсчитываемая от внутренней поверхности крышки корпуса соленоида прямого хода;
ρм.п., ρм.о. - удельные магнитные сопротивления зазора соленоидов соответственно прямого и обратного хода;
Gп (х), Gо (1-х) - индуктивности обмоток соответственно прямого и обратного хода;
I - ход якоря;
ωп, ωo - число витков обмоток прямого и обратного хода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4751840 RU1774821C (ru) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | Линейный следящий электропривод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4751840 RU1774821C (ru) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | Линейный следящий электропривод |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1774821C true RU1774821C (ru) | 1995-01-09 |
Family
ID=30441516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4751840 RU1774821C (ru) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | Линейный следящий электропривод |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1774821C (ru) |
-
1989
- 1989-10-23 RU SU4751840 patent/RU1774821C/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1108598, H 02P 7/62, 1983. * |
Авторское свидетельство СССР N 1130905, кл. H 01F 7/18, 1983. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4161772A (en) | Conversion and control of electrical energy by electromagnetic induction | |
US4555650A (en) | Two dimensional driving device for use in a positioning device in a semiconductor manufacturing apparatus | |
EP0458974A1 (en) | Inverter-controlled apparatus for carrying and measuring articles | |
EP0632568A1 (en) | Positioning table device | |
US3523228A (en) | Transistor servo system including a unique differential amplifier circuit | |
RU1774821C (ru) | Линейный следящий электропривод | |
US4408147A (en) | Method and apparatus for high efficiency operation of electromechanical energy conversion devices | |
ES2125946T3 (es) | Circuito de regulacion para un motor-generador shunt o serie o compuesto con magnetizacion dinamica de reaccion de corriente. | |
US6031350A (en) | Position control and monitoring circuit and method for an electric motor | |
Pan et al. | Auto disturbance rejection speed control of linear switched reluctance motor | |
US3086156A (en) | Apparatus for controlling a powerrectifier system | |
RU2181922C2 (ru) | Система управления электромагнитным подвесом ротора | |
EP0398222A3 (en) | Power generation system | |
SU830320A1 (ru) | Устройство дл управлени переме-щАющиМС Об'ЕКТОМ | |
EP0487744B1 (en) | Underwater linear transport system | |
CN215641478U (zh) | 一种磁平衡式电流传感器 | |
Yang et al. | Multi-Segment Sliding Mode Control of the Planar Switched Reluctance Motor for Precision Positioning | |
SU877726A1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
RU2278465C2 (ru) | Электромагнитный следящий привод | |
JPS5831613B2 (ja) | サ−ボ機構 | |
SU1304152A1 (ru) | Преобразователь переменного напр жени в посто нное | |
US4165476A (en) | Low loss, resettable excitation control for an inductive load | |
RU2025035C1 (ru) | Электропривод | |
SU920973A1 (ru) | Управл емый вентильный электродвигатель | |
RU2066914C1 (ru) | Способ управления стабилизатором трехфазного напряжения |