следящий электропривод
Классы МПК: | G05B11/01 электрические |
Автор(ы): | Паромчик И.Е. |
Патентообладатель(и): | Белорусский государственный университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-05-07 публикация патента:
30.06.1994 |
Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в электроприводах станков и манипуляционных роботов. Цель изобретения - повышение динамической точности. Электропривод содержит измеритель 1, три сумматора 4, 24, 25, три сравнивающих элемента 11, 17, 27, три усилителя 2, 13 и 16, два выпрямителя 3, 10, широтно-импульсный модулятор 5, двигатель 6, редуктор 7, два дифференциатора 8, 22, пять блоков умножения 9, 15, 19, 28, 29, интеграторы 12, 23, два блока 14, 18 сигнатуры, три релейных элемента 20, 30, 31, формирователь 26 импульсов, реле 21 реверса. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий последовательно соединенные измеритель рассогласования, предварительный усилитель, первый выпрямитель, первый сумматор, широтно-импульсный модулятор, бесконтактный двигатель постоянного тока, редуктор, выход которого соединен с первым входом измерителя рассогласования, второй вход которого является входом электропривода и соединен через первый дифференциатор с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом реле реверса и входом фазового управления бесконтактого двигателя постоянного тока, а выход - вторым входом первого сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго выпрямителя, выход предварительного усилителя соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен через первый усилитель с выходом второго блока умножения, а выход - с информационным входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, с входами первого блока сигнатуры и второго усилителя, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с первым входом второго сумматора, а выход - с входом второго блока сигнатуры, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока сигнатуры, а выход - с входом первого релейного элемента, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности, дополнительно введены второй дифференциатор, второй интегратор, четвертый, пятый и шестой сумматоры, формирователь импульсов, четвертый и пятый блоки умножения, второй и третий релейные элементы, причем выход бесконтактного двигателя постоянного тока через второй дифференциатор соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, а выход - с входом второго релейного элемента и первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, входом третьего релейного элемента и первым входом четвертого блока умножения, а выход - с входом реле реверса, выходы второго и третьего релейных элементов соединены соответственно с первым и вторым входами пятого блока умножения, третий вход которого соединен с выходом первого релейного элемента, а выход - с входом сброса первого интегратора, вторым входом четвертого блока умножения и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом управления установкой начальных условий второго интегратора, информационный вход которого соединен с выходом четвертого блока умножения, вход задания начальных условий - с выходом шестого сумматора и входом второго выпрямителя, а выход - с первым входом шестого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам автоматического регулирования с бесконтактными двигателями постоянного тока и нелинейными корректирующими устройствами и может быть использовано в электроприводах станков с числовым программным управлением и манипуляционных роботов для повышения динамической точности их работы. Известны следящие системы с электродвигателями и нелинейными корректирующими устройствами, содержащие интегратор, выпрямители, фазоопережающий фильтр, реле реверса, блоки умножения, релейные элементы и сумматоры [1]. Общим с заявляемым следящим электроприводом в таких системах является наличие интегратора, выпрямителей, реле реверса, блоков умножения и сумматоров. Недостатком систем является возможность возникновения перерегулирований при скачкообразных входных воздействиях. Наиболее близким к предлагаемому следящему электроприводу по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является следящий электропривод, содержащий измеритель рассогласования, выход которого соединен с входом предварительного усилителя, подключенного через первый выпрямитель к первому входу сумматора, выход которого через широтно-импульсный модулятор подключен к управляющему входу бесконтактного двигателя постоянного тока, соединенного через редуктор с первым входом измерителя рассогласований [2]. Общим с заявляемым электроприводом в этом электроприводе является наличие усилителей, выпрямителей, сравнивающих элементов, сумматора, реле реверса и интегратора, через усилитель охваченного отрицательной обратной связью, коммутируемой по нелинейному закону с помощью двух блоков умножения, двух блоков сигнатуры и однополярного реле. Недостатком этого следящего электропривода является наличие автоколебаний при действии момента нагрузки на валу электродвигателя, снижающих динамическую точность электроприводов. Целью изобретения является повышение динамической точности следящих электроприводов за счет уменьшения амплитуды автоколебаний при действии момента нагрузки на валу электродвигателя. Цель достигается тем, что в следящий электропривод, функциональная схема которого изображена на фиг.1, содержащий измеритель 1 рассогласования, выход которого соединен с входом предварительного усилителя 2, подключенного через первый выпрямитель 3 к первому входу первого сумматора 4, выход которого через широтно- импульсный модулятор 5 подключен к управляющему входу бесконтактного двигателя 6 постоянного тока, соединенного через редуктор 7 с первым входом измерителя 1 рассогласования, второй вход которого через первый дифференциатор 8 подключен к первому входу первого блока 9 умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 4, третий вход которого подключен к выходу второго выпрямителя 10, а также первый сравнивающий элемент 11, первый вход которого соединен с выходом предварительного усилителя 2, а выход подключен к интегрирующему входу первого интегратора 12, выход которого соединен с входами первого усилителя 13, первого блока 14 сигнатуры и первым входом второго блока 15 умножения, выход которого через второй усилитель 16 подключен к второму входу первого сравнивающего элемента 11, второй сравнивающий элемент 17, первый вход которого соединен с выходом предварительного усилителя 2, второй вход подключен к выходу первого усилителя 13, а выход через второй блок 18 сигнатуры соединен с первым входом третьего блока 19 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого блока 14 сигнатуры, а выход через первый релейный элемент 20 соединен с вторым входом второго блока 15 умножения, кроме того, реле 21 реверса, выход которого подключен к входу фазового управления бесконтактного двигателя 6 постоянного тока и к второму входу первого блока 9 умножения, введены второй дифференциатор 22, второй интегратор 23, второй и третий сумматоры 24 и 25, формирователь 26 импульсов, третий сравнивающий элемент 27, четвертый и пятый блоки 28 и 29 умножения, второй и третий релейные элементы 30 и 31, при этом выход бесконтактного двигателя 6 постоянного тока через второй дифференциатор 22 подключен к первому входу третьего сравнивающего элемента 27, второй вход которого соединен с выходом первого дифференциатора 8, а выход через второй релейный элемент 30 подключен к первому входу четвертого блока 28 умножения, второй вход которого соединен с выходом первого релейного элемента 20, а третий вход через третий релейный элемент 31 подключен к выходу предварительного усилителя 2, соединенному также с первыми входами пятого блока 29 умножения и второго сумматора 24, второй вход которого подключен к выходу третьего сравнивающего элемента 27, а выход соединен с входом реле 21 реверса, выход четвертого блока 28 умножения подключен к входу формирователя 26 импульсов, второму входу пятого блока 29 умножения и к управляющему входу первого интегратора 12, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора 25, второй вход которого подключен к выходу второго интегратора 23, интегрирующий вход которого соединен с выходом пятого блока 29 умножения, управляющий вход подключен к выходу формирователя 26 импульсов, а вход установки начальных условий интегрирования соединен с выходом третьего сумматора 25, подключенного к входу второго выпрямителя 10. Сущность изобретения, таким образом, состоит в формировании нового закона интегрирования сигнала ошибки по положению двумя интеграторами 12 и 23, первый из которых является интегратором со сбросом, а второй - интегратором с установкой начальных условий интегрирования. Условия интегрирования или сброса первого интегратора 12 и условия интегрирования или установки начальных условий интегрирования второго интегратора 23 определяются соотношением знаков сигналов ошибки по положению и по скорости, выходных сигналов первого интегратора 12 и второго сравнивающего элемента 17, что реализуется за счет второго и третьего релейных элементов 30 и 31, четвертого блока 28 умножения, первого и второго блоков 14 и 18 сигнатуры, третьего блока 19 умножения, первого релейного элемента 20 и формирователя 26 импульсов. Указанный признак является существенно новым, так как в устройстве-прототипе интегрирование сигнала ошибки по положению осуществлялось одним интегратором, охваченным коммутируемой отрицательной обратной связью, что при наличии момента нагрузки на валу электродвигателя приводило к возникновению автоколебаний в электроприводе, амплитуда которых возрастала при увеличении момента нагрузки. Причина данных автоколебаний обусловлена тем, что для компенсации действующего момента нагрузки происходило увеличение выходного напряжения указанного интегратора и при включении отрицательной обратной связи, охватывающей его, происходил чрезмерный разряд данного интегратора. В предлагаемом следящем электроприводе за счет нового закона интегрирования сигнала ошибки по положению сбрасываемым первым интегратором 12, охваченным коммутируемой отрицательной обратной связью, и вторым интегратором 23 с установкой начальных условий интегрирования при использовании информации о знаках ошибок по положению и по скорости за счет второго дифференциатора 22, формирователя 26 импульсов, третьего сравнивающего элемента 27, второго и третьего релейных элементов 30 и 31 необходимое для компенсации действующего момента нагрузки напряжение запасается во втором интеграторе 23, не охваченном коммутируемой отрицательной обратной связью и, следовательно, не подверженном разряду накопленным в нем напряжением подобно первому интегратору 12. Запасаемое во втором интеграторе 23 компенсирующее напряжение позволяет существенно уменьшить (вплоть до нуля) амплитуду автоколебаний, вызванных действием момента нагрузки. На фиг.2 и 3 изображены принципиальные схемы первого и второго интеграторов соответственно; на фиг.4 показан фазовый портрет следящего электропривода; на фиг.5 - его переходной процесс, где![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015287/920.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015287/920.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015287/920.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015287/920.gif)
Uj=
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-2t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-3t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-4t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-5t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-6t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-7t.gif)
U28=
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-8t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-9t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-10t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-11t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-12t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-13t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-14t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-15t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-16t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-17t.gif)
U12=
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-18t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-19t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-20t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-21t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-22t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-23t.gif)
U23=
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-24t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-25t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-26t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-27t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-28t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-29t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-30t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-31t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-32t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-33t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-34t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-35t.gif)
Kf - коэффициент усиления контура коммутируемой обратной связи, охватывающей первый интегратор 12;
Тm - электромеханическая постоянная времени электродвигателя 6;
k - общий коэффициент передачи электропривода;
kн - коэффициент передачи по моменту нагрузки;
Мн - момент нагрузки;
а - скорость линейной заводки при
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015287/920.gif)
S1=T
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-36t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-37t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-38t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-39t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-40t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-41t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-42t.gif)
S2=-C1y1+x, (4) C1 - постоянный коэффициент, C1>0;
у1 - выходное напряжение первого интегратора 12;
у1=U12, причем у1=0 при
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/8743.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-43t.gif)
U
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-44t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-45t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-46t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-47t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-48t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-49t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-50t.gif)
Напряжение на входе второго интегратора 23
U
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-51t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-52t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-53t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-54t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-55t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-56t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-57t.gif)
Тогда в соответствии с выражениями (5) и (6) при
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/8743.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/8743.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-58t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-59t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-60t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-61t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-62t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015014/8800.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-63t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-64t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-65t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-66t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015287/920.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-67t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-68t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-69t.gif)
| х| +| у| >KнМн (8) происходит срыв изображающей точки с линии скольжения (точка Pc1 на фиг.4), в результате чего в прототипе возникали автоколебания, причем при Мн=const амплитуда данных колебаний была постоянной. В предлагаемом электроприводе нарушение условия (8), приводящее к срыву скользящего режима, приводит также к тому, что при
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015179/936.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-70t.gif)
![следящий электропривод, патент № 2015519](/images/patents/458/2015519/2015519-71t.gif)