SU1457002A1 - Устройство дл управлени электромагнитным исполнительным органом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при управлении различными исполнительными механизмами на базе электромагнитного исполнительного органа пропорционального действи , когда требуетс  отработка управл ющих воздействий с высокой точностью. Целью изобретени   вл етс  повьшение качества управлени  электромагнитным исполнительным органом путем линеаризации его регулировочных характеристик . При управлении исполнительным органом 1 с обмоткой 2 используютс  сигналы, вырабатываемые датчиком 4 тока, датчиком 5 положени . Задающий сигнал 15 подаетс  на вход линейного регулирующего блока 7. На вход сумма тора 12 подаетс  сигнал производной нагрузочного момента электромагнитно го исполнительного органа. 2 ил. с (Л

Description

4i

сл ч

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при управлении различными исполнительными механизмами на базе электромагнит- кого исполнительного органа (ЭИО) пропорционального действи , когда требуетс  отработка управл ющих воздействий с высокой точностью.

Целью изобретени   вл етс  повьшение качества управлени  электромагнитным исполнительным органом путем линеаризации его регулировочных характеристик .

На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства дл  управлени  ЭИО; на фиг. 2 - упрощенна  конструктивна  схема ЭИО.

Устройство управлени  ЭИО .(Фиг. I) содержит электромагнитный исполни- тельный орган 1 , включак ций обмотку 2 управлени , усилитель 3, выход которого через датчик 4 тока соединен с обмоткой 2 управлени , датчик 5 положени , св занный с подвижной частью ЭИО, дифференциатор 6, вход которого соединен с выходом датчика 5 положени , линейньй регулирующий блок 7,.первый вход которого соединен с выходом дифференциатора 6. ли- неаризирующий регул тор 8, включающий первый 9 и второй 10 блоки умножени , первый 11 и второй 12 блоки суммировани , блок 53 нелинейности, блок 14 делени . Причем выход диффе- ренциатора. 6 соединен также с первым входом первого блока 9 умножени , второй вход которого соединен с выходом датчика 4 тока, а выход - с . первым входом блока 11 суммировани . Выход датчика 4 тока соединен также с входом блока 13 нелинейности, пер- вым входом блока 14 делени  и вторым входом блока 11 суммировани , а выход датчика 5 положени  св зан также с вторым входом линейного регулирующего блока 7 и первым входом второго блока 10 умножени , второй вход которого соединен с выходом второго блока 12 суммировани , а выход - с вхо- дом блока 14 делени . Третий вход линейного регулируннцего устройства 7 соединен с выходом блока 13 нелинейности , на четвертый вход подаетс  задающий сигнал 15. Выход линейного регулируклцего блока 7 св зан с первым входом второго блока 12 суммировани  на второй вход которого подаетс  сигнал 16 производной нагрузочного

момента электромагнитного исполнительного органа. Выход блока 14 делени  св зан с третьим входом первого блока 11 суммировани , выход которого соединен с входом усилител  3.

Рассмотрим работу системы управлени  при отработке задающего сигнала ..

JB исходном состо нии подвижна  часть ЭИО 1 занимает некоторое на-, чальное положение (/ , ток в обмотке 2 управлени , скорость и ускоре ние подвижной части равны 0.

При рассмотрении электромагнитного исполнительного органа как элемента системы автоматического управлени в нем могут быть вьщелены две подсистемы: электромагнитна  и механическа , функциональное содержание которых составл ют процессы преобразовани  электромагнитной энергии в механическую .

Уравнение движени  механической части ЭИО имеет вид

+ -Vdq /dt - М„ - М„ О,

где Хц - момент инерции подвижной

. части ЭИО;

Lf - угол поворота (перемещение) подвижной части ЭИО, равный углу между ос ми подвижной и неподвижной полюсных систем ЭИО и отсчитываемый от их несогласованного положени  (фиг.2);

) - коэффициент в зкого трени ; Мц - момент, развиваемый исполнительным органом; М - момент нагрузки. Момент, развиваемый ЭИО поворотного типа, или усилие ЭИО поступательного действи  определ ют в соответствии с уравнением Максвелла

My dWj/di/,

где Wj - электромагнитна  энерги .

Взаимосв зь между основными параметрами , определ ющими величину электромагнитной энергии дл  линейной магнитной цепи, может быть установлена с помощью уравнений

Wj 4 F/2;

ф BS с IWG з;

F BSc/Gj IW;

Сэ HeSc/.(О

где Ф, В - магнитньй поток и индукци ;

Gj - магнитна  проводимость за- ; зора;

Sj, сГ - площадь и величина рабочего зазора;, I, W - ток и число витков обмотки управлени ; |Uo- магнитна  посто нна . Определ   геометрические парамет- ры из упрощенной схемы ЭИО (фиг.2), выражени  дл  электромагнитной энергии и момента, развиваемого исполнительным органом, состав т

УЭ - B aDc V/4|Uo;(2)

My f/o HoaDI w .

20

25

Таким о.бразом, момент, развивае- мый ЭИО, пропорционален квадрату тока обмотки управлени ,что не учитываетс  в известной системе управлени .

Уравнение, описывающее электромагнитную систему ЭИО, может быть представлено в следующем виде:

и IR-, + dv/dt,(3)

где и,1 и RY - напр жение, ток и сопротивление обмотки управлени  ЭИО; у - потокосцепление, опре- 30 линейную

дел емое выражениемdy/dt uj

V ф- V7, . или, учитыва  уравнени  (1), получим

4 IwVoaDl / Ky,,

где Кц, W aD/cf.

Тогда уравнение (3) примет вид

и Kv /dl/dt + K IdM /dt + IRy, отсюда

dl/dt (U - K dif/dt - 1К,,)/Кц,.

Учитыва  также, что исход т из уравнени  (2),

2K Idl/dt,

Однако пр ни  в виде

и (Uj, + + Kyld4/dt

где KC 1Кц;

К Rj

нелинейна  с

уравнений (4

dw/dt а dd/dt и

- IRi)/K

dM«/dt получим

dMy/dt (U -

Учитыва  приведенные соотношени , ЭИО описываетс  нелинейной системой дифференциальных уравнений

dif/dt ы;(4)

dW/dt 0 ;

do(/dt (U - - - Ш,,)/1Кц,у- dM /dt/I - Vfl(/I,

где fl( (Ы w( - M H - b)) /I - ускорение

OK Определени равл ющего си системе коорд добно как и жет производи

40 теории линейн лени .

При поступ регулировочно задани  на ег

4g управл ющий с в общем случа выбранных фаз ни , скорости части ЭИО 1, нала 15

50

Ue K.Uj

,, к

- Кзс,

где Ко, К

ее выбранному кр циенты обратн вующим коорди чальный момен -( Ч о , то Uo

7002

подвижной части ЭИО. Например, если нагрузкой  вл етс  пружина с коэффициентов жесткости С, то

М,

dMrt/dt - - Clft of (KM - Ci/- Vw)/.

в известной системе управл ющий сигнал ЭИО - напр жение обмотки управлени  фop иpoвaлc  на основании линейности функциональных зависимостей , описывающих ЭИО, что  вл етс  неправомерным и приводит на практике к ухудщению качества управлени  ЭИО.

Однако при использовании уравнени  в виде

линейную

и (Uj, + l/IdMj,/dt) Ч- + Kyld4/dt Ktl,(5)

где KC 1Кц;/2К

К Rj - коэффициенты пропорциональности; Ufl - величина управл ющего сигнала в лц- неаризованной системе ,

нелинейна  система дифференциальных

уравнений (4) преобразовываетс  в

dy/dt uj

dw/dt а dd/dt и о - Vo(.

(6)

Определение закона изменени  управл ющего сигнала U , в выбранной системе координат в этом случае, подобно как и в известной системе, может производитьс  одним из методов

теории линейного оптимального управлени .

При поступлении на вход линейного регулировочного блока 7 сигнала 15 задани  на его выходе формируетс 

управл ющий сигнал, который  вл етс  в общем случае линейной функцией выбранных фазовых координат: положени , скорости и ускорени  подвийной части ЭИО 1, а также задающего сигнала 15

Ue K.Uj - K,(L/- ) - (7)

,, к.

К - оптимальные по

- Кзс,

где Ко, К

е выбранному критерию качества коэффициенты обратных св зей по соответствующим координатам. Но так как в начальный момент времени ы О, с О, -( Ч о , то Uo KoUj. В блоке 12

суммировани  управл ющий сигнал U суммируетс  с сигналом 16 производ- и ной нагрузочного момента, величина которого, например, дл  рассмотренно- с го случа , когда нагрузкой  вл етс  пружина, пропорциональна скорости перемещени  подвижной части.

Суммарный сигнал, поступа  в блок 10 умножени , перемножаетс  с сигна;- ю лом, пропорциональным (, который снимаетс  с датчика 5 положени .

Результирующий сигнал с выхода блока 10 умножени  поступает на один из .входов блока 14 делени . Здесь 15 величина этого сигнала делитс  на величину сигнала, поступающего на второй вход блока 14 умножени  с выхода датчика 4 тока. Так как величина тока в начальный момент времени 20 равна О, то с выхода блока 14 делени  будет сниматьс  сигнал максимально возможной, исход  из условий практической реализации, величины.

тока, протекающего через обмотку 2 управлени .

Сформированные на выходах датчика 5 положени , дифференциатора 6 и 6jio ка 10 нелинейности сигналы поступают на входы линейного управл ющего устройства 7, С помощью последнего согласно выражению (7) вырабатываетс  управл ющий сигнал. Причем ускорение подвижной части ЭИО 1 при реализации линейного управл кщего алгоритма определ етс  косвенным путем по следую щей функциональной зависимости:.

d - М„/1 - Vw/I,

практическа  реализаци  которой не представл ет затруднений.

Полученный с выхода линейного управл ющего устройства 7 управл клций сигнал Ue, просуммированный в блоке 12 суммировани  с сигналом производной момента нагрузки, умножаетс  в блоке 10 умножени  на величину, проВ блоке 11 суммировани  получен- 25 порциональную перемещению подвижной

ный с выхода блока 14 делени  сигнал суммируетс  с сигналами, снимаемыми с выхода датчика 4 .тока и выхода блока 9умножени ,

Так как в начальный момент време- ни ток в обмотке 2 управлени  и ускорени  подвижной части равны О, то величина последних двух сигналов равна О и на вход усилител  3 поступает сигнал, величина которого пропорцио- нальна величине ограниченного выходного сигнала блока 14 делени ,

С выхода усилител  3 усиленное результирующее напр жение поступает на обмотку 2 управлени . При этом через обмотку 2 управлени  ЭИО 1 начинает протекать ток, а на выходе датчика 4 тока формируетс  сигнал, пропорциональный этому току.

Вследствие протекани  тока через обмотку 2 управлени  возникает момент ЭИО 1, который приводит к перемещению подвижной части ЭИО 1, При этом на выходе датчика 5 положени  формируетс  сигнал, пропорциональный положению подвижной части ЭИО 1, который , проход  через дифференциатор 6, преобразуетс  в сигнал, пропорциональный скорости перемещени  подвижной части ЭИО 1.

Сигнал, пропорциональный моменту ЭИО 1, формируетс  на выходе блока 13 нелинейности, реализующем квадратичную зависимость момента ЭИО от

тока, протекающего через обмотку 2 управлени .

Сформированные на выходах датчика 5 положени , дифференциатора 6 и 6jio- ка 10 нелинейности сигналы поступают на входы линейного управл ющего устройства 7, С помощью последнего согласно выражению (7) вырабатываетс  управл ющий сигнал. Причем ускорение подвижной части ЭИО 1 при реализации линейного управл кщего алгоритма определ етс  косвенным путем по следующей функциональной зависимости:.

d - М„/1 - Vw/I,

практическа  реализаци  которой не представл ет затруднений.

Полученный с выхода линейного управл ющего устройства 7 управл клций сигнал Ue, просуммированный в блоке 12 суммировани  с сигналом производной момента нагрузки, умножаетс  в блоке 10 умножени  на величину, прочасти ЭИО 1, а затем в блоке 14 делени  делитс  на величину, пропорциональную току обмотки 2 управлени .

Величина сформированного на выходе блока 14 делени  сигнала алгебраически суммируетс  в блоке 11 суммировани  с величиной сигнала -с выхода датчика 4 тока и величиной сигнала с выхода блока 9 умножени , котора  равна произведению величин сигналов с выхода датчика 4 тока и дифференциатора 6, а затем через усилитель 3 подаетс  на обмотку 2 управлени  ЭИО 1 ,

Так как величины напр жени  на обмотке 2 управлени , полученные согласно описанному, определ ютс  выражением (5), то это приводит к линеаризации регулировочных характеристик и, следовательно, к повьщгению по сравнению с прототипом качества управлени  электромагнитным исполни- тельным органом. Перемещение подвижной части ЭИО 1 осуществл етс  по оптимальной , согласно выбранному критерию качества, траектории.

Реализаци  предлагаемой системы управлени  ЭИО значительно упрощаетс при использовании микропроцессорных управл ющих устройств.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  электромагнитным исполнительным органом.