RU2541630C1

RU2541630C1 - Constant rotation speed hydraulic actuator

Info

Publication number: RU2541630C1
Application number: RU2013145933/06A
Authority: RU
Inventors: Пётр Иванович Валиков; Роман Львович Мусатов; Владимир Яковлевич Николаев; Константин Сергеевич Путилин; Борис Алексеевич Смирнов; Борис Владимирович Степанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (ОАО "ВНИИ "Сигнал")
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-02-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: hydraulic actuator contains an adder, an amplifier, a hydraulic pump connected to the driving shaft of the driving motor, the hydromotor, a mechanical transmission, a generator, generator shaft rpm measuring instrument and the functional converter the second input of which is connected to the first shaper of reference voltage, an integrator, a smooth start circuit, the second shaper of reference voltage, a switching signal shaper and a switchboard.

EFFECT: improvement of accuracy of maintaining of speed of rotation of the generator shaft and exception of re-adjustment and self-oscillations at exit to the mode of maintaining of the set speed of the generator rotation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования и может быть использовано в гидроприводах автономных систем электропитания различных потребителей, например, подвижных модулей электропитания буровых установок и комплексов военного назначения.The invention relates to the field of automatic control systems and can be used in hydraulic drives of autonomous power systems for various consumers, for example, mobile power modules for drilling rigs and military complexes.

Известны гидроприводы постоянных оборотов [Патент США 3599537; патент на изобретение РФ №2200256], содержащие гидромотор, связанный валом с генератором, регулятор поддержания оборотов вала и источник гидропитания, а также устройство управления и контроля параметров. Недостатком этих гидроприводов является невысокая точность поддержания постоянных оборотов из-за несовершенства регуляторов поддержания оборотов вала.Hydraulic drives of constant revolutions are known [US Patent 3,599,537; patent for the invention of the Russian Federation No. 2200256], containing a hydraulic motor connected to the generator by a shaft, a shaft rotation speed control regulator and a hydropower source, as well as a control and monitoring device. The disadvantage of these hydraulic drives is the low accuracy of maintaining constant revolutions due to the imperfection of the regulators to maintain the shaft revolutions.

Известен также гидропривод постоянных оборотов [Привод постоянной скорости изделия «Листва», Руководство по эксплуатации МВБС.2540.01-РЭ, 2007 г.], (принятый за прототип), предназначенный для поддержания постоянной скорости вращения генератора, являющегося источником электропитания изделия «Листва», размещенного на подвижном шасси. Этот гидропривод (фиг.1) содержит последовательно соединенные сумматор 1, усилитель 2, гидронасос 3, соединенный с ведущим валом приводного двигателя (не показан), гидромотор 4, механическую передачу 5, генератор 6, измеритель скорости вращения вала генератора 7 и функциональный преобразователь 8, второй вход которого соединен с формирователем опорного напряжения 9. Недостатком данного гидропривода является низкая точность поддержания заданной скорости вращения генератора в условиях изменения значений электрической нагрузки генератора, а также значительная амплитуда перерегулирования при выходе на режим поддержания заданной скорости вращения генератора.Also known is a hydraulic drive of constant revolutions [Drive of a constant speed of the Foliage product, Manual MVBS.2540.01-RE, 2007], (adopted as a prototype), designed to maintain a constant rotation speed of the generator, which is the power source of the Foliage product, placed on a movable chassis. This hydraulic actuator (figure 1) contains a series-connected adder 1, an amplifier 2, a hydraulic pump 3 connected to a drive shaft of a drive motor (not shown), a hydraulic motor 4, a mechanical gear 5, a generator 6, a rotational speed meter of the generator 7 and a functional converter 8 , the second input of which is connected to the voltage reference driver 9. The disadvantage of this hydraulic actuator is the low accuracy of maintaining a given generator rotation speed under conditions of a change in the generator electric load values, and t There is also a significant amplitude of overshoot when entering the mode of maintaining a given rotation speed of the generator.

Изобретение направлено на повышение точности поддержания скорости вращения вала генератора. Кроме того, в гидропривод вводится схема плавного пуска, исключающая перерегулирование и автоколебания при выходе на режим поддержания заданной скорости вращения генератора.The invention is aimed at improving the accuracy of maintaining the rotation speed of the generator shaft. In addition, a soft start circuit is introduced into the hydraulic drive, eliminating overshoot and self-oscillations when the generator maintains a predetermined rotation speed.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в гидропривод постоянной скорости вращения, содержащий последовательно соединенные сумматор, усилитель, гидронасос, соединенный с ведущим валом приводного двигателя, гидромотор, механическую передачу, генератор, измеритель скорости вращения вала генератора и функциональный преобразователь, второй вход которого соединен с первым формирователем опорного напряжения, введены интегратор, схема плавного пуска, второй формирователь опорного напряжения, формирователь сигнала переключения и коммутатор, причем второй формирователь опорного напряжения соединен с первым входом сумматора через первый нормальноразомкнутый контакт коммутатора, схема плавного пуска соединена со вторым входом сумматора через нормальнозамкнутый контакт коммутатора, функциональный преобразователь через второй нормальноразомкнутый контакт коммутатора соединен с третьим входом сумматора и через интегратор с четвертым входом сумматора, кроме того, функциональный преобразователь через формирователь сигнала переключения соединен с управляющим входом коммутатора.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the hydraulic drive has a constant speed of rotation, which contains a series-connected adder, amplifier, hydraulic pump connected to the drive shaft of the drive motor, a hydraulic motor, a mechanical gear, a generator, a meter for rotating the shaft of the generator and a functional converter, the second input of which connected to the first voltage reference driver, an integrator, a soft start circuit, a second voltage reference driver, a signal driver are introduced switch and the switch, and the second voltage driver is connected to the first input of the adder through the first normally open contact of the switch, the soft start circuit is connected to the second input of the adder via the normally closed contact of the switch, the functional converter through the second normally open contact of the switch is connected to the third input of the adder and through the integrator with the fourth input of the adder, in addition, a functional converter through the shaper of the switching signal Nen to the control input of the switch.

Материалы заявки поясняются фигурами, где представлены:The application materials are illustrated by the figures, which represent:

на фиг.1 - блок-схема гидропривода постоянной скорости вращения, принятого за прототип;figure 1 is a block diagram of a hydraulic drive with a constant speed of rotation, taken as a prototype;

на фиг.2 - блок-схема предлагаемого гидропривода постоянной скорости вращения.figure 2 is a block diagram of the proposed hydraulic constant speed drive.

Предлагаемый гидропривод постоянной скорости вращения (фиг.2) содержит последовательно соединенные сумматор 1, усилитель 2, гидронасос 3, соединенный с ведущим валом приводного двигателя (не показан), гидромотор 4, механическую передачу 5, генератор 6, измеритель скорости вращения вала генератора 7 и функциональный преобразователь 8, второй вход которого соединен с первым формирователем напряжения 9, интегратор 10, схему плавного пуска 11, второй формирователь опорного напряжения 12, формирователь сигнала переключения 13 и коммутатор 14, причем второй формирователь опорного напряжения 12 соединен с первым входом сумматора 1 через первый нормальноразомкнутый контакт коммутатора 14, схема плавного пуска 11 соединена со вторым входом сумматора 1 через нормальнозамкнутый контакт коммутатора 14, функциональный преобразователь 8 через второй нормальноразомкнутый контакт коммутатора 14 соединен с третьим входом сумматора 1 и через интегратор 10 с четвертым входом сумматора 1, кроме того, функциональный преобразователь 8 через формирователь сигнала переключения 13 соединен с управляющим входом коммутатора 14.The proposed hydraulic constant-speed drive (FIG. 2) contains a series-connected adder 1, an amplifier 2, a hydraulic pump 3 connected to a drive shaft of a drive motor (not shown), a hydraulic motor 4, a mechanical gear 5, a generator 6, a rotational speed meter of the generator 7 and a functional converter 8, the second input of which is connected to the first voltage driver 9, an integrator 10, a soft starter 11, a second voltage driver 12, a switching signal driver 13 and a switch 14, The second reference voltage driver 12 is connected to the first input of the adder 1 through the first normally open contact of the switch 14, the soft starter 11 is connected to the second input of the adder 1 through the normally closed contact of the switch 14, the functional converter 8 is connected to the third input of the adder 1 through the second normally open contact of the switch 14 and through the integrator 10 with the fourth input of the adder 1, in addition, the functional Converter 8 through the shaper of the switching signal 13 is connected to the control input 14 ohm switch.

Принцип действия заявляемого гидропривода заключается в том, что для исключения перерегулирования и появления автоколебаний при выходе гидропривода на режим поддержания заданной скорости вращения генератора 6 в гидропривод введена схема плавного пуска 11, которая после включения гидропривода в работу, подает через нормальнозамкнутый контакт коммутатора 14 на второй вход сумматора 1 плавно возрастающий входной сигнал. По этому сигналу начинает плавно разгоняться генератор 6. Сигнал, пропорциональный текущей скорости вращения генератора, поступает на первый вход функционального преобразователя 8 (в качестве которого может быть использован суммирующий усилитель). На второй вход функционального преобразователя 8 от первого формирователя опорного напряжения 9 поступает сигнал, определяющий заданную скорость вращения генератора 6. На выходе функционального преобразователя 8 формируется сигнал, пропорциональный разности между сигналами заданной и текущей скоростями вращения генератора 6 (сигнал ошибки поддержания скорости). Сигнал ошибки приближается к нулю при разгоне генератора 6 до заданной скорости и меняет свой знак в момент, когда скорость генератора 6 превысит заданную. Этот сигнал поступает на вход формирователя сигнала переключения 13. После смены знака сигнала ошибки на входе формирователя сигнала переключения 13 на его выходе появляется сигнал, поступающий на управляющий вход коммутатора 14. Этот сигнал не меняется во время всей дальнейшей работы гидропривода. Коммутатор 14 размыкает нормальнозамкнутый контакт и отключает от сумматора 1 схему плавного пуска 11. Одновременно коммутатор 14 замыкает первый и второй нормальноразомкнутые контакты, которые подключают выход второго формирователя опорного напряжения 12 к первому входу сумматора 1 и выход функционального преобразователя 8 к третьему входу сумматора 1. Это состояние поддерживается во время всей дальнейшей работы гидропривода. Сигнал на выходе второго формирователя опорного напряжения 12 соответствует заданной скорости вращения генератора 6. Сигнал на выходе функционального преобразователя 8 соответствует отклонению скорости вращения генератора 6 от заданной величины. Эти два сигнала обеспечивают поддержание заданной скорости вращения генератора 6 при изменении электрической нагрузки на генераторе 6. Для повышения точности поддержания скорости вращения генератора 6 используется интегратор 10, сигнал которого поступает на четвертый вход сумматора 1. Этот сигнал пропорционален интегралу ошибки между сигналами заданной и текущей скоростями вращения генератора 6, причем интегратор 10 подключается в схему гидропривода в момент, когда данная ошибка близка к нулю, тем самым исключается колебательность процесса с поддержанием минимальной ошибки заданной скорости.The principle of operation of the inventive hydraulic actuator is that to prevent overshooting and the appearance of self-oscillations when the hydraulic actuator enters the mode of maintaining the set rotation speed of the generator 6, a soft-start circuit 11 is introduced into the hydraulic actuator, which, after the hydraulic actuator is turned on, feeds through the normally closed contact of the switch 14 to the second input adder 1 smoothly increasing input signal. According to this signal, generator 6 starts to accelerate smoothly. A signal proportional to the current rotation speed of the generator is supplied to the first input of functional converter 8 (which can be used as a summing amplifier). The second input of the functional converter 8 from the first driver of the reference voltage 9 receives a signal that determines the specified rotation speed of the generator 6. At the output of the functional converter 8, a signal is generated proportional to the difference between the signals of the given and current rotation speeds of the generator 6 (error signal to maintain the speed). The error signal approaches zero when accelerating generator 6 to a given speed and changes its sign at the moment when the speed of generator 6 exceeds a predetermined one. This signal is fed to the input of the shaper of the switching signal 13. After changing the sign of the error signal at the input of the shaper of the signal of switching 13, a signal appears at its output that is transmitted to the control input of the switch 14. This signal does not change during the entire further operation of the hydraulic drive. The switch 14 opens the normally closed contact and disconnects the soft starter 11 from the adder 1. At the same time, the switch 14 closes the first and second normally open contacts, which connect the output of the second voltage driver 12 to the first input of the adder 1 and the output of the functional converter 8 to the third input of the adder 1. This the state is maintained during all further operation of the hydraulic drive. The signal at the output of the second driver of the reference voltage 12 corresponds to a given rotation speed of the generator 6. The signal at the output of the functional converter 8 corresponds to the deviation of the rotation speed of the generator 6 from a predetermined value. These two signals provide maintaining the set rotation speed of the generator 6 when the electric load on the generator 6 changes. To increase the accuracy of maintaining the rotation speed of the generator 6, an integrator 10 is used, the signal of which is fed to the fourth input of the adder 1. This signal is proportional to the error integral between the signals of the given and current speeds rotation of the generator 6, and the integrator 10 is connected to the hydraulic circuit at the moment when this error is close to zero, thereby eliminating the oscillation of the process SSA with the maintenance of the minimum error of the set speed.

В качестве формирователя сигнала переключения 13 может быть использован компаратор с положительной обратной связью, у которого сигнал на выходе меняет скачком свою полярность при переходе входного сигнала через ноль, причем это состояние сохраняется во время всей дальнейшей работы.As a shaper of the switching signal 13, a comparator with positive feedback can be used, in which the output signal changes its polarity abruptly when the input signal passes through zero, and this state is maintained during all further work.

В качестве схемы плавного пуска 11 может быть использован интегратор постоянного напряжения, выходной сигнал которого начинает плавно возрастать после подачи питающего напряжения на него.As a soft-start circuit 11, a constant voltage integrator can be used, the output signal of which starts to increase smoothly after applying a supply voltage to it.

Предлагаемое техническое решение проверено макетированием и натурными испытаниями опытного образца гидропривода в составе изделия «Листва». Результаты проверок подтвердили заявленное повышение точности поддержания скорости вращения генератора. Кроме того, введенная в привод схема плавного пуска исключила перерегулирование и автоколебания при выходе на режим поддержания заданной скорости вращения генератора.The proposed technical solution was verified by prototyping and full-scale tests of a prototype hydraulic actuator as part of the Foliage product. The results of the tests confirmed the claimed increase in the accuracy of maintaining the rotation speed of the generator. In addition, the softstart circuit introduced in the drive eliminated overshoot and self-oscillations when entering the mode of maintaining a given generator rotation speed.

Claims

A constant speed hydraulic actuator comprising a series-connected adder, amplifier, hydraulic pump connected to a drive shaft of a drive motor, a hydraulic motor, a mechanical transmission, a generator, a generator shaft speed meter and a functional converter, the second input of which is connected to a first voltage driver, characterized in that an integrator, a softstarter, a second voltage driver, a switching signal driver and a switch are introduced into it, moreover, A switcher of the reference voltage is connected to the first input of the adder through the first normally open contact of the switch, the soft starter circuit is connected to the second input of the adder through the normally closed contact of the switch, the functional converter is connected to the third input of the adder and through the integrator to the fourth input of the adder through the second normally open contact of the switch, in addition , the functional converter is connected through the driver of the switching signal to the control input of the switch.