SU1270745A1 - След щий привод - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано в след щих системах, где в качестве исполнительного элемента используетс  двигатель .посто нного тока либо трехфазный асинхронный двигатель. Цель изобретени  - увеличение ресурса работы привода и снижение потребл емой мощности. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство введена цепь коррекции, учитывающа  инерционность нарастани  скорости исполнительного механизма, что позвол ет уменьшить частоту включени  двиi гател  и снизить ;потребление энергии , 6 ил. (Л с

Description

t Изобретение относитс  к автомати ке и может быть использовано в след щих системах, где в качестве исполнительного элемента используетс  двигатель посто нного тока либо трехфазный асинхронный двигатель. , Целью изобретени   вл етс  увеличение ресурса работы привода и сниж ние потребл емой мощности. На фиг. 1 показана блок-схема ел д щего привода с исполнительным двигателем посто нного тока последо вательного возбуждени ; на фиг. 2 схема усилител  дл  трехфазного аси хронного двигател ; на фиг. 3 -- ста тические характеристики пороговых элементов с петлей гистерезиса (с последовательно включенными диодами ); на i фиг.Аа i и 46 - временные диаграммы отработки след щей системой соответственно монотонно возрас тающего и монотонно убывающего воздействи  (с учетом отработки началь ного рассогласовани ); на фиг,, 5а и -56 - временные диаграммы отработки след щей системой управл юв аго воздействи  при переходе его от воз растани  к убыванию и наоборот; на фиг. 6 - временные диаграммы, иллюстрирующие число включений электродвигател  и потребл емый ток в предлагаемом след щем приводе по сравнению с прототипом. След щий привод (фиг.1) содержит задатчик 1 и датчик 2 обратной св зи, которые могут быть выполнены в виде потенциометров, сумматор 3, выполненный на резисторах 4, 5 и б первый 7 и второй 8 пороговые элементы , выполненные на операционных усилител  9 и 10 и резисторах li te, первый 17 и второй 18, выпр мители , первый 19 и второй 20 инверто ры, первый 21 и второй 22 элементы И, усилитель 23, выполненный на тра зисторах 24-27, резисторах 28-31 и диодах 32 и 33, двигатель 34 посто нного тока с обмотками возбуждени  452 35, 36 и  корем 37, редуктор 38 и объект управлени  39. На фиг. 2 приведена схема усилител  23, предназначенного дл  использо вани  с трехфазным асинхронньм двигателем 34, содержащего 4 одинаковых ключевых элемента 40-43, каждый из которых, например, может быть выполнен на оптроне 44, диодном вьтр  мительном мосте 45, семисторе 46 и резисторе 47. Потенциометр 1 служит дл  введе ни  задающего воздействи  (требуемо го углового перемещени ). Потенциометр 2, жестко св занный с объектом управлени  39,  вл етс  преобразователем угла поворота в напр жение посто нного тока. Напр жение с потенциометров 1 и 2 поступает на входы сумматора 3,, выполненного на резисторах 4, 5 и 6, на выходе которого вырабатываетс  разность Uj , котора  пропорциональна угловому рассогласованию задающей и исполнительной ос ми. Напр жение U поступает на входы пороговых устройств 7 и 8 с петлей гистерезиса, которые вьшолнены на операционных усилител х 9 и 10. Пороги срабатывани  определ ютс  дл  них соотнощением сопротивлений резисторов 12и 13, 15 и 16. Дл  подачи на входы логических элементов только поло5вительных уровней напр жени  служат вьшр мительные элементы 17 и 18. Статические характеристики пороговых элементов 7 и В (вместе с вьтр мительными элементами 17 и 18) приведены на фиг.З. Входные напр жени  U и U логических элементов (инверторы 19 и 20 и элементы типа И 21 и 22), соединенных по схеме фиг. 1, и выходные напр жени  Ы и Ид могут принимать значени  логического нул  и логической единицы, взаимное соответствие которых приведено в таблице (зместе с указанием требуемого .направлени  вращени  ротора двигател ).

гател 

стрелке .стрелки . 3 Сигналы Ид н ( с выходов первого и второго элементов И 21 и 22 посту пают на входы усилител  23, в котором в качестве первого каскада использованы эмиттерные повторители, выполненные на транзисторах 24, 25 и резисторах 28-31. Силовой каскад усилител  выполнен на транзисторах 26, 27 и диодах 32, 33, шунтирующих обмотки двигател  34, вал которого через редуктор 38 соединен с объектом управлени  39 и движком- датчика 2 обратной св зи. Диоды 32 и 33 защ щают транзисторы 26 и 27 от перенапр жений , возникающих при их закрывании из-за наличи  индуктивности о моток двигател . При поступлении .сигнала Uy( 1 от крываютс  транзисторы 24 и 26 и по обмотке возбуждени  35 и  корю 37 двигател  34 протекает ток, привод щий его во вращение по часовой стрелке. При по влении сигнала открываютс  транзисторы 25 и 27 и п обмотке возбуждени  36 и  корю 37 двигател  протекает ток,привод щий его во вращение против часовой стре ки. .В след щем приводе может быть применен другой тип двигател  - тре фазный асинхронный, при этом все элементы схемы фиг. 1 остаютс  без изменени , кроме усилител  23. Усилитель дл  этого типа двигател  может быть реализован по схеме, приве денной на фиг. 2. Он содержит 4 оди наковых ключевых элемента 40-43. Как известно, дл  изменени  направлени  вращени  трехфазного асинхрон ного двигател  достаточно помен ть местами две фазы сети, подход щие к любым двум выводам трехфазной обмотки двигател . В данной схеме при открывании ключевых элементов 41 н 42 вращение ротора двигател  происходит по часовой стрелке, при открывании ключевых элементов 40 и 43 против часовой стрелки. Ключевой элемент работает следую щим образом. При протекании тока по входной цепи оптрона 44 сопротивление динистора , наход щегос  в его выходной цепи и шунтирук дего диагональ диодного выпр мительного моста 45, становитс  минимальным, и выпр мленное напр жение фазы через ограничительный резистор 47 поступает 454 на управл ющий электрод симистора 46. Открывание симистора 46 будет происходить в начале каждого пблупериода напр жени  фазы. При прекращении тока через входную цепь оптрона 44 динистор оптрона и симистор 46 остаютс  открытыми до момента, пока очередна  полуволна переменного напр жени  не уменьшитс  до нул , после чего происходит закрывание симистора. След щий привод работает следующим образом. Процесс слежени  начинаетс  с отработки начального рассогласовани  , которое может находитьс  во всей области допустимых значений Ид . Условно эту область можно разбить на три участка: 1, 2. iU i + iU 3. . В первом случае (см.фиг.3 и п.З таблицы)ротор двигател , враща сь по часовой стрелке,будет перемещать исполнительную ось,-пока U не достигнет величины +йи, J где произойдет отключение двигател  (п.2 таблицы ) . Во втором случае (фиг.З и п.2 таблицы) двигатель неподвижен. В третьем случае (фиг.З и п.4 таблицы ) ротор двигател , враща сь против часовой стрелки, перемещает исполнительную ось, пока Ьд не достигнет величины -ai/, где происходит отключение двигател  (см.фиг.З и п.1. таблицы). Таким образом, вне зависимости от величины и знака начального рассогласовани  система отработает его до величины ±лУ,. Дальнейший процесс слежени  происходит -следующим образом. Рассмотрим случай, когда управл ющее воздействие U монотонно возрастающее . Как быпо показано, после отработки некоторого начального рассогласовани , в зависимости от его знака, выключение двигател  произойдет при достижении Кд величины , (точка 1 фиг. 4а) либо величины дЫ;, (точка 1 фиг. 4а). Ротор двигател  и исполнительна  ось будут неподвижны до тех пор, пока ь(д не достигнет величины +ди, (точка 2 фиг. 4а) либо iU (точка 2 фиг. 4а). Здесь прои-г зойдет включение двигател  (см.фиг.З и п.4 таблигсы) и ротор двигател  враща сь против часовой стрелкиj перемещает исполнительную ось, пока д не достигнет величины - jU, (точки 3 и 3 фиг. 4а), где двигатель отключаетс  (см.фиг.3 и П.1 таблицы) и исполнительна  ось остаетс  неподвижной , пока Рд снова не достигнет величины /iU (точки 4 и 4 фиг. 4а) . Далее процесс будет аналогичным: включение двигател  будет осуществл тьс  при , а отключение при + AU Исключение составл ет точка 2 фиг.4л1 где Уд достигает значени  iU , что приводит к изменению направлени  вра щени  ротора (после отработки начальнего рассогласовани ) при его последующих включени х. Рассмотрим случай, когда управл ю щее воздействие монотонно убывающее. В зависимости от знака начального ра согласовани  после его отработки выключение двигател  произойдет при достижении Уд величины -лИ (точка 1 фиг.4|) либо величины - ли (точка 1 фиг. 4). Ротор двигател  будет неподвижен , пока не достигнет в«шичи ны - 1( (точка 2 фиг.45) либо-ли(точка 2 фиг.4(5). Здесь произойдет включение двигател  (см.фиг.3 и п.З таблицы ) и poTopj враща сь по часовой стрелке, перемещает исполнительную ось, пока Уд не достигнет величины А Ч (точки 3 и Зфиг.4§), где двигатель отключаетс  (см.фиг.3 и п„1 габ лицы) и исполнительна  ось остаетс  неподвижной, пока U не достигает сн ва величины-AU(точки 4 и 4фиг,.4(5) . Далее процесс будет аналогичен;: вклю чение двигател  происходит при , , а отключение при U . Исключение составл ет точка 2 где Ид достигает величины -aU , что приводит к изменению направлени  вра щени  ротора (после отработки началь ного рассогласовани ) при его послед ющих включени х. При переходе управл ющего воздействи  от участка монотонного возрастани  к монотонному убыванию (фиг.Зй) 50 чины

работа след щего привода происходит следующим образом. Пусть точка 1 на фиг. 5и последн   на участке 1чонотонного возрастани  U , где произошло отключение двигател  (см.фиг.3 и П.1 таблицы). Управл ющее воздействие , достигнув своего максимального значени  в точке 2 (фиг, 5а ), начи1

Claims (1)

1. га. Очевидно, что в течение времени Д Т вследствие инерционности системы нарастание скорости исполнительной оси до некоторого номинального значени  будет происходить с запаздыванием . Поэтому в течение времени А т величина U д будет превьшать значение порога, где произошло вклю456 нает монотонно убывать. Исполните.тгьна  ось будет неподвижной, пока Ui не достигнет величины ALI (точка 3 фиг. 5а ), где произойдет включение двигател  и вращение ротора будет происходить по часовой стрелке (см. фиг. 3 и п.З таблицы). В дальнейшем отработка будет происходит аналогично отработке на участке монотонного убывани . При переходе управл ющего воздействи  от участка монотонного убывани  к монотонному возрастанию (фиг.55) отработка его происходит следующим образом. Пусть точка 1 на фиг. 5$ последн   на участке монотонного убывани , где произойдет отключение двигател  (см.фиг.3 и п.2 таблицы). Управл ющее воздействие достигает своего минимума в точке 2 (фиг. 5S) и затем начинает монотонно возрастать. Исполнительна  ось будет неподвижной, пока U,), не достигнет величины + i U , где произойдет включение двиТа ел  с вращением роторэ против часовой стрелки (см.фиг.3 и п.4 таблицы ) . В дальнейшем отработка управл ющего воздействи  будет происходить аналогично отработке на участке монотонного возрастани . Таким образом, рассматриваемый след щий привод при соответствующих энергетических возможност х способен отработать любой тип измен ющегос  управл ющего воздействи  с максимальной ошибкой i ли. Кроме одинаковости точностных характеристик предлагаемого след щего привода и прототипа предложенна  схема и алгоритм ее работы обеспечивают при прочих равных услови х минимум потреблени  тока, а также минимальное число включений двигател  в единицу времени, что повышает ресурс работы двигател  и всего привода в целом по сравнению с прототипом. Так, при измен ющемс  управл ющем воздействии U, двигатель включаетс  в момент превышени  велирассогласовани  заданного поро7 чение двигател , на величину (fUp (фиг. 6). Аналогично при выключении двигател  вследствие инерционно ти изменение скорости исполнительной оси до нул  будет происходить с запаздьгеанием. Поэтому в течение не которого времени лТд величина рассог ласовани  будет меньше величины пор га, при котором произошло отключение двигател , на величину fUy (фиг,6). Очевидно, что значени  Up и дл  прототипа и рассматриваемого привода при прочих равных усло ви х будут одинаковы. Отличие состо tiT в том, что включение двигател  в схеме прототипа происходит при превьшении величины рассогласовани  порога iU, а в предлагаемой схеме порога AU, а отключение двигател  в схеме прототипа происходит при до стижении величины рассогласовани  того же порога А U ,. а в предлагаемой схеме величины - lU (фиг.6). Та ким образом, частота включени  двиг тел  в схеме прототипа составл ет f V. а в предлагаемой схеме 1 г лТ,т,,.АТ,.АТ/ где лТ - врем , в течение которо го величина рассогласовани  измен етс  до - л u ; Т, - врем , в течение которо го исполнительна  ось неподвижна, а величина рассогласовани  измен етс  от 4Ц до 4 дЫ вследствие изменени  управл ющего воздействи  В предлагаемой схеме величина lU определ етс  из услови  ,, где (Уи - наибольша  из величин tfU или . Как правило, в реальных системах «fU значительно меньше величины дЦ , следовательно, л V дТ « и поз тому f У in . На фиг. 6 приведены временные диаграммы потреблени  тока двигател  в схеме прототипа „ и в рассматриваемой схеме Зр , соответствующие отработке системами управл ю458 щего воздействи . Из них видно, что в течение времени Tj, когда  корь двигател  в схеме прототипа неподвижен , через двигатель все же протекает ток, так как силовые тиристоры попеременно открываютс  и закрьгааютс . Среднее значение тока на этом участке диаграммы определ етс  периодом импульсов, поступающих.с генератора, а также соотношением активных и индуктивных сопротивлений обмоток двигател . Таким образом, потребление тока происходит в течение всего времени работы системы. Из диаграммы дл  тока р в предлагаемой схеме (фиг. 6) видно, что в течение времени , когда исполнительна  ось неподвижна, двигатель не потребл ет тока. Следовательно, при f средний ток, потребл емый двигателем от одного включени  до другого, будет меньше, чем средний ток, потребл емый за тот же период в схеме прототипа. Проведенные испытани . макетных образцов показали, что в зависимости от скорости изменени  управл гадего воздействи  и величины устанавливаемого порога срабатывани  fдц среднее значение потребл емого тока уменьшаетс  на 25-50%, а частота включени  исполнительного двигател  уменьшаетс  в 2-3 раза по сравнению с прототипом. Формула изобретени  След щий привод, содержащий электродвигатель , сумматор, редуктор, усилитель , инвертор, задатчик и датчик обратной св зи, подключенные соответственно -к первому и второму входам сумматора, первый и второй выходы усилител  соединены соответственно с первым и вторым выводами обмотки возбу одени  электродвигател ,  корь которого подключен к положительному выводу источника питани  и первому входу усилител , соединенного вторым входом с отрицательным выводом источника питани , вал электродвигател  кинематически соединен через редукор с движком датчика обратной св и и объектом управлени , отлиающийс  тем, что, с целью величени  ресурса работы привода и 9 снижени  потребл емой мощности, в не го введены последовательно соединенные пороговый элемент, выпр митель, элемент И и последовательно соединенные второй пороговый элемент, вто рой выпр митель, второй инвертор, второй элемент И, причем вход первого порогового элемента подключен к входу второго порогового элемента и

   / 4510 выходу сумматора, выход первого выпр мител  соединен через первый инвертор с вторым входом второго элемента И, выход второго выпр мител  подключен к второму входу первого элемента И, выходы первого и второго элемента И соединены соответственно с третьим и четвертым входами усили;тел .

   -AUj

   2

   Uni

   AUi

   Un

   ,Un2 , Г/ j72 - Фиг .6 М