Следящий моментный электропривод

 

Использование: в.прецизионных автоматизированных электроприводах, в системах слежения, сопровождения и программного движения. Сущность изобретения: моментный электропривод содержит электродвигатель 1, ротор которого механически связан с объектом управления 2 и с ротором датчиков 3 угла и частоты вращения 4, выходы которых подключены к второму входу сумматора 7, третьим входам сумматоров 8,9 и входу датчика 5 направления вращения (компаратора), выход которого подключен ко входам перемножителей 11,12. Выходы задатчика 6 входных воздействий подключены ко вторым входам сумматоров 7,8 соответственно. Выход сумматора 7 через усилитель 10 связан с первым входом сумматора 8. выход которого через цепь, составленную из последовательно соединенных перемножителя 11, интегратора 13 и перемножителя 12, связан с первым входом сумматора 9, вход которого подключен ко входу электродвигателя 1. Выход сумматора 8 соединен со вторым входом сумматора 9. 3 ил. -г Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (н)ю Н 02 P 6/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCAATEkT СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

00 (Л

СО

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21)4902535/07 (22) 14.01,91

{46) 15.05.93. Бюл. N. 18 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) А.Ю.Афанасьев (56) Петров Ю.П. Оптимальное управление электроприводом, М.: Госэнергоиздат, 1961.

Горовей С.В. и др. Особенности регуляторов следящих электроприводов с вентильными двигателями. Сб.научных трудов, t4

147, М, МЭИ, 1987.

Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели постоянного тока. M.: Энергоатомиздат, 1989, рис.7.3, стр.182-188.

Авторское свидетельство СССР

N- 1663713, кл. Н 02 P 6/02, 1991. (54) СЛЕДЯЩИЙ МОМЕНТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Использование: в прецизионных автоматизированных электроприводах, в систе„„ Ы„„1815787 А1 мах слежения, сопровождения и программного движения. Сущность изобретения: моментный электропривод содержит электродвигатель 1, ротор которого механически связан с объектом управления 2 и с ротором датчиков 3 угла и частоты вращения

4, выходы которых подключены к второму входу сумматора 7, третьим входам сумматоров 8, 9 и входу датчика 5 направления вращения (компаратора), выход которого подключен ко входам перемножителей

11,12. Выходы задатчика. 6 входных воздействий подключены ко вторым входам сумматоров 7,8 соответственно. Выход сумматора

7 через усилитель 10 связан с первым входом сумматора 8, выход которого через цепь, составленную из последовательно соединенных перемножителя 11, интегратора

13 и перемножителя 12, связан с первым входом сумматора 9, вход которого подключен ко входу электродвигателя 1. Выход сумматора 8 соединен со вторым входом сумматора 9. 3 ил.

1815787

40

55

Изобретение относится к электротехнике, а именно к прецизионным автоматизированным электроприводам, и может найти применение в системах слежения, сопровождения и программного движения.

Целью изобретения является расширение области применения путем формирования сигнала, пропорционального реактивному статическому моменту обьекта управления, как при одном направлении его вращения, так и при его реверсировании.

На фиг.1 представлена функциональная схема моментного электропривода; на фиг.2 даны графики сигналов в установившемся режиме; на фиг.3 представлены графики переходного процесса при включении электропривода, полученные на ЭВМ.

Моментный электропривод содержит моментный электродвигатель 1, объект 2 управления, датчик 3 угла, датчик 4 частоты вращения, компаратор 5, задатчик 6 входных воздействий, сумматоры 7-9, предварительный усилитель 10, перемножители

11,12, интегратор 13.

Ротор моментного электродвигателя 1 механически связан с обьектом 2 управления и с роторами датчиков 3 угла и 4 частоты вращения, выходы которых подключены ко входу сумматора 7 и ко входам сумматоров

8, 9 и компаратора 5, выход которого подключен ко входам перемножителей 11, 12, Первый, второй выходы задатчика 6 входных воздействий подключены ко вторым входам сумматоров 7, 8 соответственно.

Выход сумматора 7 подключен ко входу предварительного усилителя 10, выход которого подключен к третьему входу сумматора 8, Его выход подключен ко вторым входам сумматора 9 и перемножителя 11, выход которого подключен ко входу интегратора i3. Его выход подключен ко второму входу перемножителя 12, выход которого подключен к третьему входу сумматора 9, его выход подключен ко входу моментного электродвигателя 1, Предварительный усилитель 10 имеет коэффициент усиления 2а, а первый, второй входы сумматора 8 имеют масштабирующие блоки с коэффициентом 2а.

ГЬрвый-третий входы сумматора 9 имеют масштабирующие блоки с коэффициентами

i T,ig, ig, где а = 1/ /4 А;

А — коэффициент, определяющий соотношение между среднеквадратической ошибкой и мощностью потерь в обмотке якоря моментного электродвигателя;

IX — суммарный момент инерции подвижных час ей электропривода;

Т- постоянная времени интегратора 13.

Электропривод работает следующим образом. На первом выходе задатчика 6 вырабатывается сигнал ао (1) — входное воздействие, равное требуемому углу поворота ротора моментого электродвигателя 1 и поступающее на второй вход сумматора 7. На его первый инвертирующий вход поступает сигнал а(т) с выхода датчика 3 угла поворота ротора, а на выходе формируется сигнал ошибки по углу Aa(t) =а (t) — a(t). Этот сигнал усиливается предварительным усилителем 10 и поступает на третий вход сумматора 6. На его второй вход поступает со второго выхода задатчика 6 сигнал в (1)— входное воздействие, равное требуемой частоте вращения ротора моментного электродвигателя (МД) 1, во =ба,/dt. а на первый вход поступает сигнал в(т) с выхода датчика 4 частоты вращения.

На выходе сумматора 8 формируется сигнал

d = 2 а (а, — а) + 2 а (в, — в), равный требуемому угловому ускорению ротора МД 1. Этот сигнал поступает на второй вход сумматора 9 и на второй вход перемножителя 11, на первый вход которого поступает с выхода компаратора 5 сигнал sign в, т.е. знак частоты вращения в ротора МД, а на выходе получается сигнал е sign в поступающий на вход интегратора 13. На его выходе вырабатывается сигнал — fccf (t)l =ТХР(1) $19лв(С) б (1) Этот сигнал поступает на второй вход перемножителя 12, где он перемножается с сигналом sign â. Выходной сигнал во (t)IТ= — 1в (t)l sign в поступает на третий

1 о

Т вход сумматора 9, на первый вход которого приходит сигнал в (t) с выхода датчика 4 частоты вращения, а на выходе формируется сигнал

Ig t + —, (в - N) = Мд + Мс, (2) равный требуемому электромагнитному моменту и поступающий на вход моментного электродвигателя 1. Здесь Мц — требуемый динамический момент, Мс — оценка

1815787 .

М =M sign в. откуда следует

15 — 1

Mm = — f(Mm-Mm) dt, TО о =2 д2 (а а)

+2 а(во — и). б а+2, ба+2,2

2 с1 т

d ао

=2а +2а а,.

dl р +2ар+2а =0

1 — — в(г) sign в, Т а" (t) = се "з!и (at+ / ), Мс = Mm sign и =

JZe +м = статического реактивного момента Мс объекта управления 2:

Моментный электродвигатель 1 развивает электромагнитный момент Мэ=МО, под действием которого его ротор и объект управления 2 вращаются согласно уравнению

dN

IZ — = м-м = IZ + м-м, dt

При этом происходит слежение по углу за сигналом ао(т) согласно уравнению причем характеристическое уравнение имеет корни p>,ã = -а + Ja, т.е. свободная составляющая переходного процесса имеет вид где с, р произвольные константы.

Статическая и кинетическая ошибки в электроприводе отсутствуют.

На фиг.2а представлен график требуемого углового ускорения я (t), а на фиг.2б— соответствующий график частоты вращения в(с) ротора МД 1. На фиг.2в дан график знака sign и (t). Результат интегрирования сигнала e sign в представлен в виде графика сигнала !оР! на фиг.2г, Отметим, что при M = const сигнал !и (т)!превышает сигнал йф) на величину M T/IZ, На фиг,2д представлен график сигнала в () = в (t) .sign и (т), а на фиг.2е— график сигнала и (1)- в (т), который связан со статическим реактивным моментом Мс =

=Mmsign N равенством (в — в) IZIТ= М, (3)

На фиг,3 изображены кривые а,в, i leo IZ/T,Mm = f(t) при переходном процессе в электроприводе при нулевых начальных условиях и синусоидальном входном воздействии. Обращают внимание быстрые изменения тока якоря МД при из5 менении знака в(t), а также плавное приближение оценки Mm к значению Mm.

Равенства (1) — (3) вытекают из соотношений

IZ 1

Mm = — J (я — е) sign в d t;;

Т „ е =(М вЂ” M,)/IZ =е +(M — M ) signâ/! ;

20 откуда следует

Т +M=M, dt т.е.относительно оценки Mm модуля Mm статического реактивного момента Мс электропривод представляет собой инерционное звено с постоянной времени Т. С другой стороны! гс

M> = — f е sign ca dt-Т О вЂ” IZ sign и — f е signudt в, 1 о lz

О

45 =!Хя +!Хз!цпи —.(я slgnmdt — — и, о о

Т„ Т что соответствует функциональной схеме на фиг.1.

50 Компаратор может быть выполнен в виде операционного усилителя без обратной связи, с резистором на входе для ограничения входного тока.

Таким образом, благодаря введению в

55 следящий моментный электропривод двух перемножителей и компаратора получен электропривод с малой статической погрешностью, что повышает качество продукции при его использовании на производстве, точность приборных систем, точность со1815787

i провождения подвижных целей при изменениях направления вращения.

Формула изобретения

Следящий моментный злектропривод, содержащий электродвигатель, на роторе которого установлены датчик угла поворота ротора и датчик частоты вращения, первый, второй и третий сумматоры. предварительный усилитель, включенный между выходом первого сумматора и одним из входов второго сумматора, второй вход которого подключен к одному из выходов зэдатчикэ входного воздействия, вторым выходом подключенного к одному из входов первого сумматора, выход второго сумматора подключен к второму входу третьего сумматора, выход датчика угла поворота ротора подключен к второму входу первого сумматора, выход датчика частоты вращения — к треть.им входам второго и третьего сумматоров, интегратор, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения

5 путем формирования сигнала, пропорционального реактивному и статическому моменту электродвигателя как при одном направлении вращения, так и при его реверсировании; введены датчик направления

10 вращения и два перемножителя, один из которых по первому входу и выходу включен между выходом второго сумматора и входом интегратора, а другой по первому входу и выходу- между выходом интегратора и пер15 вым входом третьего сумматора, вторые входы указанных перемножителей подключены к выходу датчика направления вращения, входом подключенного к выходу датчика частоты вращения.

1815787

Составитель А.Афанасьев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Филь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1643 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5 .