SU1617471A1 - Устройство дл управлени электромагнитным приводом - 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  упрощение устройства и повышение надежности. Устройство содержит электромагнитный исполнительный орган 1, включающий обмотку 2 управлени , датчики тока 4 обмотки управлени  и положени  5 подвижной части исполнительного органа, дифференциатор 6, вход которого соединен с выходом датчика положени , блок 11 нелинейности, вход которого св зан с выходом датчика тока, линейный регулирующий блок 7, на входы которого подаютс  сигналы с датчика положени , дифференциатора и задающие сигналы. Введен усилитель 3 с "большим" коэффициентом усилени  K = 1/ε, где ε →0. Предложенное устройство обеспечивает лианеризацию нелинейностей, присущих электромагнитным исполнительным механизмам, за счет чего достигаетс  улучшение динамических и статических характеристик устройства. 1 ил.

Description

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

Цель изобретени  - упрощение устройства и.повышение его надежности .

На чертеже изображена функциональна  схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит электромагнитный исполнительный орган (ЭИО) 1, включаюпшй обмотку 2 управлени , ; усилитель 3 с больпшм коэффициентом усилени , выход которого через датчик 4 тока соединен с обмоткой 2 управлени , датчик 5 положени , св занный с подвижной частью ЭИО 1, дифференциатор 6, вход которого соединен, с выходом датчика 5 положени , линейный регулирующий блок 7, первый вход которого соединен с выходом датчика 5 положени , а второй - с выходом дифференциатора 6, причем на два других входа поданы сигнал 8 задани  по положению и сигнал 9 задани  по скорости подвижной части ЭИО 1, а его выход св зан с одним из входов блока 10 суммирова1ш , другой вход которого соединен с выходом блока 11 нелинейности , вход которого подключен к выходу датчика 4 тока. Сигнал с выхода блока 10 суммировани  подаетс  на вход усилител  3 с большим коэффициентом усилени .

Уравнение движени  механической части ЭИО 1 имеет вид

dfr PgE . Ча

(1)

де J - момент инерции подвижной

части ЭИО;

9 - угол поворота (перемещение) подвижной части ЭИО, равный углу между ос ми подвижной и неподвижной полюсных систем ЭИ О и отсчитываемый от их несогласованного положени ; ft - коэффициент в зкого трени ;

М„ - момент, развиваемый испол- нительным органом;

Мц - момент нагрузки (например,

если нагрузкой  вл етс  пружина с коэффициентом С жесткости , то .9).

Момент,, развиваемый ЭИО поворотного типа, или усилие ЭИО поступательного действи  с линейной магнитной системой пропорционально квадрату тока, .протекающего в обмотке:

.Ми -К Р.

Уравнение, описьгааи цее электромагнитную систему ЭИО, может быть пред- ставлено в виде

.. iR+aWd S) .Q) 9 ,,ч и..--™ „ g-+-gg J-, (2)

где U,i и R - соответственно напр жение , ток и сопротив- , ление обмотки управлени  ЭИО;

((1,6) Lpi0- потокосцепление.

После подстановки в выражение (2) значени  (| (i,6) получим:

u.iK..L,if|.

Учитьюа  выражени  (1) и (3), тему уравнений, описывающую ЭИО, но записать в форме

fl -W; м, Ki%

dC3 1

jrrjt

Будем использовать управление в виде

(4)

где i. и - i (,

(5)

де 1д - управл ющий сигнал на выходе линейного регулирующего устройства;

- - коэффициент передачи усилите- л  с большим коэффициентом

усилени . Под .большим коэффициентом понимает 1 с  такое значение -, что величина

дл  всех значений по крайней

мере в дес ть раз меньше величины

J MU- %« « ° °

WOKC

случае изменение тока в обмотке ЭИО будет происходить значительно быстрее, чем изменение механических координат подвижной части ЭИО - (J и fl .

Подставив значение управл юцей величины в последнее уравнение системы (4), получим:

JH .

или

io-KP-6iR-6L iQ. (6)

Учитыва , что коэффициент передачи

усилител  ,т.е. , квазиуста- новившеес  решение уравнени  (6) в соответствии с теоремой Тихонова равно

io - КР.10

При подстановке в третье уравнение системы (4) полученного значени  дл  тока в обмотке управлени  ЭНО:

Ъз. К

(7)

система (4) преобразуетс  в линейную систему дифференциальных уравнений второго Пор дка;

(8)

Таким образом, применение квадратичной обратной св з-и по току в соответствии с (5) позвол ет не только линеаризовать исходную нелинейную систему уравнений (4), но и понизить ее пор док на единицу. Физически управление (5) означает, что обмотка управлени  ЭИО получает питание от регулируемого источника тока с пара- болической характеристикой (7). Управлением дл  системы (8)  вл етс  управл ющий сигнал i.

Величину ig будем искать в виде линейной функции задающего си1 нала, сигнала обратной св зи по положению и скорости подвижной части ЭИО:

,( -е)Лао(Ш,аА - -(J). (9)

где ад и ац коэффициенты обратных св зей по положению и скорости подвижной части ЭИО соответственно.

После подстановки в систему (8)

значени  i,, из выражени  (9) получим

5 -п- dt

(9iaA-9)(W3C.A-W). (Ю) Таким образом, предлагаемое уст- ройство обеспечирает линеаризадою нелинейиостей, присуишх злектромаг- нитным исполнительным органам и за счет зтого дости1 аетс  повышение ди0

5

0

5

0

5

намических и статических характеристик данной системы управлени .

Устройство работает следующим образом .

Рассмотрим работу системы управлени  ЭИО 1 при изменении сигнала зада- ни  по положению от б, р,о Qy

В исходном состо нии подвижна  часть ЭИО 1 занимает положение 9 - . при этом ;(0-СОрд 0, а в линейном управл ющем регулирующем блоке 7 согласно выражению (9) вырабатываетс  сигнал io, С9. Ток, протекаю- щнй в обмотке 2 управлени , равен

Г-

i Coэдaвae «й этим током мо- 1

мент уравновешиваетс  моментом сопротивлени .

Пусть изменение положени  от S, до 0g должно происходить с посто нной скоростью, то1 да:

9,; и,, при

6,,+CO,t;CJwA(i)f, при б MA .. при t %--.

При изменении сигнала 8 задани  110 положению и сигнала 9 по скорости, на выходе линейного регулирующего блока / по вл етс  управл ющий сиг- , нал, величина которого определ етс  из выражени 

«JagCQ, fG)ct-9)() .

В блоке 10 суммировани , который может быть выполнен по известной схеме , управл гаций сигнал i суммируетс  с сигналом, поступающим с выхода блока 11 нелинейности, который реализует квадрал ичную зависимость и может быть выполнен на аналоговом перемножителе К 525 ПС2 но известной схеме.

Так как усилитель 3 обладает большим коэффициентом усилени , ток в обмотке 2 упраплени  практически мгновенно отрабатывает все изменени  упра л кщего сигнала и равен i

10 г,

--. При превышении движущегос  моN

мента исполнительного органа над моментом сопротивлени  подвижна  часть ЭИО 1 приходит в движение. Движение подвижной ЭИО 1 части будет происходить так, чтоб стремитс  к9у,, а CJ стремитс  кОЗаддДо тех пор, пока она не займет положени  0 , при этом управл ющий си1 нал

станет пропорционален моменту i Cdj сопротивлени .

Ток в обмотке 2 управлени  будет

равен

Рассмотрим работу системы управлени  в статическом режиме, -const. Пусть сигнал с выхода блока 11 нелинейности по абсолютной величине будет меньше, чем управл ющий сигнал ip, тогда на выходе блока 10 суммировани  будет присутствовать положительный сигнал ошибки, а к обмотке 2 управлени  через усилитель 3 будет приложено максимальное напр жение, в результате чего ток в обмотке 2 управлени  ЭИО 1 начнет возрастать до тех пор, пока сигнал на выходе блока 11 нелинейности не станет больше управл ющего сигнала i. В этот момент усилитель 3 отключит обмотку 2 управлени  от источника питани . Под действием ЭДС самоиндукции через обмотку 2 управлени , обратньш диод усилител  3 и датчик 4 тока будет протекать ток до тех пор, пока сигнал на выходе блока 11 нелинейности не станет меньше i,,. После этого на выходе усилител  3 снова по витс  напр жение и описанные процессы повтор тс .

Таким образом, с учетом реального ограничени  напр жени  усилител  3, к обмотке 2 управлени  ЭИО 1 будет прикладыватьс  напр жение sign(ijj -К1),где и - напр жение ограничени  усилител  3. Среднее значение тока будет поддерживатьс  за счет поочередного подключенгч обмотки 2 управлени  к источникам U. Возникающий при этом скольз щий режим характеризуетс  тем, что ток в обмотке управлени  определ етс  из выражени 

где

Р

переменна  составл гсща , обусловленна  переключением усилител  3.

Частота возникаищих колебаний будет стремитьс  к бесконечности, а амплитуда - к нулю. Дл  снижени  час- . тоты переключени  в усилителе 3 с большим коэффициентом усилени  ввеле- на положительна  обратна  св зь. За счет изменени  глубины положительной обратной св зи можно регулировать

5

0

5

30

35

45

50

55

амплитуду и частоту переменной составл ющей тока i так, чтобы ее амплитуда оставалась пренебрежимо малой, а частота переключений могла быть практически реализуемой.

Таки| образом, предлагаемое устройство обеспечивает линеаризацию нелинейностей, присущих электромагнитным исполнительным органам и за счет этого достигаетс  улучшение динамических и статических характеристик системы управлени  ЭИО 1.

Расчет и реализаци  алгоритма управлени  по сравнению с прототипом благодар  понижению пор дка описывающих систему дифференциальных уравнений упрощаетс .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  электромагнитным приводом, содержащее выводы дл  подключени  обмотки управлени , датчики тока обмотки управлени  и положени  подвижной части исполнительного органа, дифференциатор, вход которого св зан с выходом датчика положени , блок нелинейности, реализующий квадратич1Р-то зависимость ,y током обмотки управле1:и  и моментом элект- ромагнитно1-о исполнительного привода, вход которого св зан с выходом датчика тока, и линейный регулирующий блок, входы которого соединены соответственно с выходами датчика положени , дифференциатора и выводами дл  подключени  источников задающих сигналов по положению и скорости, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  и повышени  надежности, в устройство введен усилитель с боль- щим коэффициентом усилени , (5, 1 Де - U и суммируюи(ий блок, выход усилител , через датчик тока соединен с обмоткой управлени , его вход подключен к выходу блока суммировани , первый вход которого св зан с блоком нелинейности, а второй вход подключен к выходу линейного регулирующего блока , которое вырабатывает управл ющий сигнал согласно выражению:

   ig(C-Jag)0+ (0-,Ta)(I)-t-JaQ еадд +

   + Jay ,

   где ig управл ющий сигнал;

   С - коэффициент жесткости нагРУ

   304ной пружины; J - момент инерции подвижной

   части;

   91617471- О

   «г

   а( и а -коэффициенты обратных св зей Ж- коэффициент в зкого трени ; по положению и скорости Q

   подвижной части ЭИО соответ- , „ - задание по положению и ско- ственно;рости соответственно,

   Ы и (О - соответственно положение и

   скорость подвижной части