следящий и позиционный электропривод. Следящий электропривод постоянного тока


Типы следящих электроприводов

Различают следящие ЭП с непрерывным или прерывным управлением; последние, в свою очередь, могут быть релейными и импульсными. В следящих ЭП непрерывного действия напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, постоянно подается на двигатель. В следящих ЭП релейного действия напряжение на двигатель подается только в том случае, когда сигнал рассогласо­вания достигает определенного значения. Поэтому релейный сле­дящий ЭП имеет определенную зону нечувствительности по отно­шению к входному сигналу. Импульсный следящий ЭП отличается тем, что его управляющее воздействие на двигатель подается в виде импульсов напряжения, амплитуда, частота или заполнение кото­рых изменяется в зависимости от сигнала рассогласования. В этих случаях говорят соответственно об амплитудно - частотно - и широтно-импульсной модуляции сигнала управления.

В следящих ЭП используются двигатели переменного и посто­янного тока, различные виды усилителей (электромашинные, маг­нитные, полупроводниковые, пневматические, гидравлические), дат­чики скорости и положения и другие аналоговые и цифровые уст­ройства управления.

Рассмотрим несколько схем следящих ЭП.

 

Следящий ЭП постоянного тока релейного действия. В этой схеме ЭП (рис. 220) используется ДПТ последовательного возбуждения М, имеющий две обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2. Управление дви­гателем осуществляется с помощью силовых транзисторов VT1 и VT2, каждый из которых работает при определенной полярности сигнала согласования ΔU, обеспечивая одно из направлений вращения ДПТ. Направление тока якоря в обоих случаях остается неизменным.

Разрядные диоды VD3 и VD4 служат для снятия перенапряже­ний, возникающих при отключении обладающих значительной индуктивностью обмоток возбуждения и якоря.

 

Рис.220. Схема следящего ЭП постоянного тока релейного типа

 

В рассматриваемом следящем ЭП в качестве датчиков входной и выходной величин используются кольцевые потенциометры П1 и П2, которые образуют так называемый потенциометрический из­меритель рассогласования (ПИП).

Движок потенциометра П1 (датчика входной величины) связан с выходным валом задающего устройства ЗУ, который представляет собой в данном случае редуктор с ручным приводом. Движок потен­циометра П2 (датчика выходной величины) связан с валом редукто­ра Р, расположенного на валу ДПТ и рабочей машины РМ. Редукто­ры ЗУ и Р имеют одинаковое передаточное число. Питание потенциометров П1 и П2 осуществляется напряжением постоянного тока Uп.

Сигнал рассогласования ΔU′ снимается с движков потенциомет­ров П1 и П2. При их одинаковом угловом положении, что соответ­ствует нулевому углу рассогласования Δφ = φвх - φвых, сигнал ΔU′ = 0. При этом равен нулю и сигнал ΔU на выходе усилителя У, транзисто­ры VT1 и VT2 закрыты и ДПТ неподвижен.

При возникновении рассогласования между угловыми положе­ниями движков потенциометров П1 и П2, вызванного поворотом рукоятки ЗУ, сигналы ΔU ′ и ΔU становятся отличными от нуля. В зависимости от полярности сигнала ΔU ′ , которая определяется зна­ком угла рассогласования (ошибки) Δφ, сигнал ΔU ′ подается на транзистор VT1 (по цепи диод VD10 - стабилитрон VD5 - резис­тор R3 - диод VD7) или VT2 (по цепи диод VD9 - стабилитрон VD6 - резистор R4 - диод VD8). Если этот сигнал превышает по­рог срабатывания стабилитронов VD5 или VD6, то соответствую­щий транзистор откроется, подключая ДПТ к источнику питания с напряжением U. Двигатель начнет вращаться, поворачивая вал рабочей машины РМ и ось движка потенциометра П2 в направле­нии, при котором возникшее рассогласование в системе будет уменьшаться и стремиться к нулю. Когда сигнал ΔU станет меньше напряжения открывания стабилитронов VD5 или VD6, работаю­щий транзистор (VT1 или VT2) закроется и отключит ДПТ от ис­точника питания. Таким образом, ЭП в данной схеме отрабатывает заданное пере­мещение φвх с некоторой погрешностью, обусловленной нечувстви­тельностью системы из-за наличия порога срабатывания стабилит­ронов VD5, VD6. Зона нечувствительности системы должна быть минимальной в пределах 2-3° угла рассогласования. Большее сни­жение зоны нечувствительности может привести к возникновению нежелательного колебательного режима работы ЭП около поло­жения равновесия. Для предотвращения такого режима в систему вводятся дополнительные сигналы по первой и второй производ­ным сигнала рассогласования, а также используется электрическое торможение после отключения двигателя.

Достоинствами следящих ЭП релейного принципа действия яв­ляются их простота, надежность и возможность получения опти­мальных траекторий движения исполнительных органов рабочих машин. К недостаткам таких систем следует отнести их склонность к колебаниям и наличие определенной нечувствительности (неточ­ности) при слежении.

 

Следящий ЭП переменного тока пропорционального действия. В следящих ЭП широкое применение находят АД, которые отлича­ются надежностью в работе и долговечностью. При создании ма­ломощных (до 1 кВт) следящих ЭП обычно пользуются двухфазные короткозамкнутые АД, в том числе и с полым ротором (рис. 221).

Двигатель М имеет обмотки возбуждения ОВ и управления ОУ, которые питаются сдвинутыми по фазе на 90° напряжениями. Ре­гулирование скорости АД осуществляется изменением действующе­го значения напряжения на обмотку управления ОУ, которая получает питание от фазы А трехфазной сети переменного тока через тиристоры VS1-VS4.

Обмотка возбуждения ОВ связана с фазами В и С через тиристоры VS5 и VS6. Тиристоры VS1- VS6 образуют стандартные схемы ре­гуляторов напряжения переменного тока. Они попарно включены по встречно-параллельной схеме, что обеспечивает протекание тока по обмоткам в оба полупериода питающего напряжения.

Рассогласование между задающей осью и валом ЭП измеряет­ся с помощью сельсинной пары, состоящей из сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП. Положение ротора СД определяет входной сигнал φвх, а положение ротора СП зависит от угла пово­рота вала электропривода φвых. Сигнал рассогласования ΔU′, сни­маемый с обмотки статора СП, пропорционален разности углов φвх и φвых, а фаза этого напряжения определяется знаком этой раз­ности (ошибки).

Сигнал рассогласования ΔU ′ подается на вход фазочувствительного усилителя У1. После прохождения через корректирующее зве­но, состоящее из резисторов Rl, R2 и конденсатора С7, сигнал рас­согласования усиливается усилителем У2 и в виде напряжений ΔU 1 или ΔU 2 поступает на блок управления тиристорами.

Рис. 221.Схема следящего ЭП переменного тока

 

 

Схема работает следующим образом. При появлении сигнала рассогласования

ΔU ′ в зависимости от его фазы на выходе усили­теля У2 появляются напряжения ΔU 1 или ΔU 2. При возникновении, например, напряжения ΔU1 СИФУ подает импульсы управления на тиристоры VS1, VS2, VS5, VS6, которые открываются и пода­ют на ОУ и ОВ напряжения Uoу и Uов, пропорциональные сигна­лу рассогласования ΔU 1. Двигатель М начинает вращаться, умень­шая угол рассогласования Δφ = φвх - φвых между осями сельсинов СД и СП.

При другой фазе сигнала ΔU ′, т. е. при изменении знака угла рас­согласования Δφ, на выходе усилителя У2 появляется напряжение ΔU 2. Этот сигнал включает тиристоры VS3, VS4, и на обмотку уп­равления ОУ подается напряжение Uoy, сдвинутое по фазе на 180° по сравнению с предыдущим случаем. Поскольку одновременно с этим откроются тиристоры VS5, VS6 и ОВ также получит питание, двигатель М начнет вращаться, но уже в другом направлении. Та­ким образом, за счет изменения фазы напряжения Uоу осуществля­ется реверс двигателя М, обеспечивающий отработку угла рассог­ласования с любым знаком.

Конденсаторы С2-С5 и резисторы R3, R4 служат для сглажива­ния пульсаций напряжения на обмотках двигателя.

 

Цифро - аналоговый позиционный следящий ЭП постоянного тока. При необходимости получения высокой точности слежения (до 0,001 %) в современных ЭП применяются цифровые датчики ко­ординат, которые вместе с другими цифровыми устройствами уп­равления (задатчиками, сумматорами, счетчиками и др.) образуют измерительную часть следящей системы. Высокая точность слеже­ния обеспечивается в том случае, когда цифровая измерительная часть ЭП сочетается с аналоговой частью, выполненной по прин­ципу подчиненного регулирования координат. В результате такого соединения образуются так называемые цифроаналоговые схемы ЭП, сочетающие в себе положительные свойства цифровых и ана­логовых систем.

Аналоговая часть таких ЭП (рис. 222) выполняется по схеме подчиненного регулирования координат, в которой внешний кон­тур регулирования положения цифровой, а внутренние контуры ре­гулирования тока и скорости - аналоговые. Аналоговая часть со­стоит из регулятора тока РТ, на который поступают сигналы зада­ния по току Uз. т и обратной связи по току Uo.т, подаваемые соответ­ственно с регулятора скорости PC и датчика тока ДТ. Выходной сигнал регулятора тока Uy является управляющим для реверсивно­го преобразователя ПУ, питающего якорь ДПТ независимого воз­буждения М. Регулятор скорости PC в свою очередь получает сиг­нал Uoc от датчика скорости (тахогенератора) BR и сигнал Uз. с от задатчика интенсивности ЗИ, входным сигналом которого являет­ся выходной сигнал U′з. с аналогового регулятора положения РП.

 

Рис. 222. Структурная схема цифро-аналогового следящего ЭП постоянного тока

 

В состав цифровой измерительной части ЭП, формирующей сиг­нал рассогласования ΔU , входят датчики входной ДП1 и выходной ДП2 координат ЭП (его положения), арифметическое суммирую­щее устройство АСУ, преобразователь кода в напряжение ПКН (пре­образователь код-аналог) и преобразователь кода положения вала ДПТ в двоичный код ПК.

Работа цифровой части следящего ЭП происходит следующим образом. Требуемое перемещение ИО рабочей машины выраба­тывается задатчиком ДП1 в виде числа Nз. п в двоичном коде. Этот сигнал подается на вход сумматора АСУ вместе с числовым сиг­налом Nп (также в двоичном коде), соответствующим действитель­ному положению исполнительного органа рабочей машины. Сум­матор суммирует эти два цифровых сигнала и выделяет сигнал рас­согласования (ошибки) в цифровом коде который с помощью преобразователя ПКН преобразуется в аналоговый сигнал ΔU (на­пряжение постоянного тока), поступающий на вход регулятора по­ложения РП.

В цифроаналоговом следящем ЭП хорошие динамические пока­затели обеспечиваются аналоговой частью системы, а высокая точ­ность слежения - цифровой. Элементы и устройства такого ЭП ре­ализуются на основе унифицированной серии аналоговых (УБСР - АИ) и цифровых (УБСР-ДИ) регуляторов.

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. В каких случаях требуется создание замкнутых схем ЭП?

2. Дайте определение понятию «измеритель рассогласования».

3. Приведите компенсационную схему потенциометрического измерителя рассогласования и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

4. Приведите каскадную схему потенциометрического измерителя рассогласования и дайте пояснения принципа работы этой схемы. 5. Приведите компенсационную схему измерителя рассогласования на вращающихся трансформаторах и дайте пояснения принципа работы этой схемы. 6. Приведите каскадную схему измерителя рассогласования на вращающихся трансформаторах и дайте пояснения принципа работы этой схемы. 7. Приведите каскадную схему измерителя рассогласования на сельсинах и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

8. Приведите схему следящего ЭП постоянного тока релейного типа и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

9. Приведите схему следящего ЭП переменного тока и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

10. Приведите структурную схему цифро-аналогового следящего ЭП постоянного тока и дайте пояснения принципа работы этой схемы.

 

 

Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 443 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Микропроцессорные средства управления электропривода | УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА | ЭП с отрицательной обратной связью по скорости двигателя | Двухконтурная система подчиненного регулирования с пропорциональным регулятором скорости | Ограничение уровня сигналов управления | Статические характеристики электропривода постоянного тока с отсечками | Упреждающее токоограничение | СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД | Функциональная схема ИР | Компенсационная схема включения ПИП |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.06 сек.)

mybiblioteka.su

следящий электропривод - патент РФ 2499351

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока. Следящий электропривод (фиг.1) содержит блок (1) задания, сумматоры (2) и (3), блоки (4) и (5) дифференцирования, пропорциональное звено (6), интегральный регулятор (7), пропорциональный регулятор (8), пропорционально-дифференциальный регулятор (9), силовой преобразователь (10), электродвигатель (11) с исполнительным механизмом (12) и датчик (13) положения. Предлагаемый следящий электропривод позволяет получить технический результат - увеличить полосу пропускания частот при отработке гармонического сигнала. 4 ил. следящий электропривод, патент № 2499351

Рисунки к патенту РФ 2499351

следящий электропривод, патент № 2499351 следящий электропривод, патент № 2499351 следящий электропривод, патент № 2499351 следящий электропривод, патент № 2499351

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности является структурно-минимальный электропривод (см. Галицков С.Я., Галицков К.С. Многоконтурные системы управления с одной измеряемой координатой. - Самара: СГАСУ, 2004. - С.64-65), содержащий блок задания, первый и второй сумматор, блок дифференцирования, пропорциональное звено, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель и датчик положения.

Недостаток наиболее близкого по технической сущности следящего электропривода заключается в том, что он обладает малой полосой пропускания частот, составляющей порядка 30-40 Гц.

Сущность изобретения состоит в том, что следящий электропривод, содержащий блок задания, первый и второй сумматор, первый блок дифференцирования, пропорциональное звено, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом и датчик положения, причем выход блока задания соединен с первым входом первого сумматора и входом первого блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и входом пропорционального звена, выход первого сумматора соединен с первым входом интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход пропорционального звена соединен с вторым входом второго сумматора, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, выход которого соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом интегрального регулятора, дополнительно снабжен пропорциональным регулятором и вторым блоком дифференцирования, причем выход второго сумматора соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход датчика положения соединен с вторым входом пропорционального регулятора и входом второго блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет увеличить полосу пропускания частот следящего электропривода.

На фиг.1 приведена функциональная схема следящего электропривода; на фиг.2 - структурная схема следящего электропривода, на фиг.3 - расчетная модель следящего электропривода; на фиг.4 - частотные характеристики следящего электропривода.

Следящий электропривод (фиг.1) содержит блок 1 задания, сумматоры 2 и 3, блоки 4 и 5 дифференцирования, пропорциональное звено 6, интегральный регулятор 7, пропорциональный регулятор 8, пропорционально-дифференциальный регулятор 9, силовой преобразователь 10, электродвигатель 11 с исполнительным механизмом 12 и датчик 13 положения.

Выход блока 1 задания соединен с первым входом сумматора 2 и входом блока 4 дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 2 и входом пропорционального звена 6. Выход сумматора 2 соединен с первым (прямым) входом интегрального регулятора 7, выход которого соединен с первым входом сумматора 3. Выход пропорционального звена 6 соединен с вторым входом сумматора 3. Выход пропорционально-дифференциального регулятора 9 соединен с входом силового преобразователя 10, выход которого соединен с электродвигателем 11. Электродвигатель 11 кинематически связан с исполнительным механизмом 12, оснащенным датчиком положения 13. Выход сумматора 3 соединен с первым (прямым) входом пропорционального регулятора 8, выход которого соединен с первым (прямым) входом пропорционально-дифференциального регулятора 9. Выход датчика 13 положения соединен с вторыми (инверсными) входами интегрального регулятора 7 и пропорционального регулятора 8 и входом блока дифференцирования 5, выход которого соединен с вторым (инверсным) входом пропорционально-дифференциального регулятора 9.

Блок 1 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Сумматоры 2 и 3 могут быть реализованы, например, на микросхемах К555ИМ6. Блоки 4 и 5 дифференцирования, пропорциональное звено 6, интегральный регулятор 7, пропорциональный регулятор 8 и пропорционально-дифференциальный регулятор 9 могут быть выполнены, например, по а.с. СССР № 1649501, опубл. 15.05.91, Бюл. № 18 и реализованы, например, на микросхемах серии К555. Силовой преобразователь 10 для электродвигателя постоянного тока, например, реализован в виде цифрового широтно-импульсного модулятора по а.с. СССР № 1748241, опубл. 15.07.92, Бюл. № 26, с силовым транзисторным мостом на выходе. Для синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя силовой преобразователь 4 может быть выполнен, например, в виде цифрового модулятора по а.с. СССР № 1798907, опубл. 28.02.93, Бюл. № 8, с силовым трехфазным транзисторным мостом на выходе. В качестве электродвигателя 11 может быть использован, например, любой электродвигатель постоянного тока или синхронная машина с датчиком положения ротора, например, 4СХ2П100L8. Исполнительный механизм 12, например, может представлять собой стол координатно-расточного станка, соединенный с помощью ходового винта и муфты с валом электродвигателя 11. В качестве датчика 13 положения, например, может быть использована фотооптическая линейка BE 162 с соответствующим устройством оцифровки ее выходного сигнала. Электропривод может быть также замкнут и по датчику угла поворота вала двигателя, например, BE 178.

Следует также отметить, что блок 1 задания, сумматоры 2 и 3, блоки 4 и 5 дифференцирования, пропорциональное звено 6, интегральный регулятор 7, пропорциональный регулятор 8 и пропорционально-дифференциальный регулятор 9 могут быть реализованы также программно на микропроцессорном контроллере.

Следящий электропривод работает следующим образом. В соответствии с величиной задающего сигнала, поступающего с выхода блока 1 задания, и сигнала датчика 13 положения сумматоры 2 и 3, блоки 4 и 5 дифференцирования, пропорциональное звено 6, интегральный регулятор 7, пропорциональный регулятор 8 и пропорционально-дифференциальный регулятор 9 формируют сигнал на входе силового преобразователя 10. Силовой преобразователь 10 преобразует этот сигнал в напряжение на якоре электродвигателя 11 постоянного тока (статоре синхронной машины). При этом вал электродвигателя 11 начинает вращаться и приводит в движение исполнительный механизм 12, перемещение которого измеряется датчиком 13 положения. Движение продолжается до тех пор, пока величина сигнала с датчика 13 положения не сравняется с величиной задающего сигнала, поступающего с выхода блока 1 задания. Интегральный регулятор 7 компенсирует действие всех помех, охваченных датчиком 13. Блок 5 дифференцирования, пропорциональный регулятор 8, и пропорционально-дифференциальный регулятор 3 обеспечивают компенсацию основных инерционностей электродвигателя 11 и исполнительного механизма 12. Сумматоры 2 и 3, блок 4 дифференцирования и пропорциональное звено 6 форсируют сигналы на входе интегрального регулятора 7 и пропорционального регулятора 8, расширяя полосу пропускания частот следящего электропривода.

Для подтверждения высокого быстродействия предлагаемого следящего электропривода рассмотрим его структурную схему (фиг.2). Она содержит три контура: внутренний контур скорости и два контура положения. Для организации обратной связи по скорости сигнал безинерционного датчика положения с коэффициентом передачи kследящий электропривод, патент № 2499351 n дифференцируется звеном с передаточной функцией

Wocc(p)=koccp

где kocc - коэффициент передачи по скорости (постоянная времени дифференцирования).

Приведенная структурная схема соответствует случаю, когда в качестве электродвигателя используется синхронная машина, работающая в режиме бесколлекторного двигателя постоянного тока, а следящий электропривод замкнут по датчику угла поворота вала двигателя. В этом случае объект управления (двигатель с исполнительным механизмом) описывается передаточной функцией:

следящий электропривод, патент № 2499351

где koy - коэффициент передачи объекта; Тк - постоянная времени колебательного звена; следящий электропривод, патент № 2499351к - его коэффициент демпфирования.

Силовой преобразователь представлен апериодическим звеном с передаточной функцией

следящий электропривод, патент № 2499351

где kcn и Tcn - коэффициент передачи и постоянная времени силового преобразователя соответственно.

Пропорционально-дифференциальный регулятор первого (внутреннего) контура описан передаточной функцией:

Wnследящий электропривод, патент № 2499351(p)=knследящий электропривод, патент № 2499351(Tnследящий электропривод, патент № 2499351p+1),

где knследящий электропривод, патент № 2499351 - коэффициент передачи, а Tnследящий электропривод, патент № 2499351 - постоянная времени регулятора. Пропорциональный регулятор второго контура имеет коэффициент передачи kn . Интегральный регулятор третьего (внешнего) контура представлен передаточной функцией

следящий электропривод, патент № 2499351

где Tu - постоянная времени интегрирования.

Дополнительно введенный в электропривод блок дифференцирования изображен на структурной схеме в виде передаточной функции:

Wку1(p)=T куp,

а пропорциональное звено представлено коэффициентом передачи kкy.

Промоделируем рассматриваемый следящий электропривод в среде «MATLAB SIMULINK» для конкретной технической реализации, когда он оснащен синхронным исполнительным двигателем 5FK70605AF71. В этом случае объект управления характеризуется постоянной времени Тк=9,859·10 -3 с и коэффициентом демпфирования следящий электропривод, патент № 2499351к=0,4829.

Рассматриваемый синхронный электродвигатель оснащен датчиком положения ротора, выдающим 2048 дискрет на оборот. Полагая, что задание положения в следящем электроприводе производится в дискретах датчика, логично принять коэффициент передачи датчика положения равным kследящий электропривод, патент № 2499351 n=1, а его разрешающую способность учесть в общем коэффициенте передачи объекта управления. Поэтому в расчетах принят kоу=1,5396·103 дискрет/Вс, и передаточная функция объекта управления принимает следующие численные значения:

следящий электропривод, патент № 2499351

Рассмотрим случай, когда для управления синхронной машиной, работающей в режиме бесколлекторного двигателя постоянного тока, используется 15 - разрядный цифровой широтно-импульсный преобразователь. Тогда коэффициент передачи силового преобразователя

следящий электропривод, патент № 2499351

За постоянную времени силового преобразователя принята половина периода смены информации на его входе:

Tcn=0,0016 с.

В расчетах взяты следующие параметры настройки регуляторов: knследящий электропривод, патент № 2499351=8; Tnследящий электропривод, патент № 2499351=0,1175 с; kn=8; Tu=0,01 с; kocc=0,0256 с; Tкy=0,0101 с; kкy =0,3273.

Расчетная модель, приведенная на фиг.3, учитывает все эти параметры и позволяет построить частотные характеристики предлагаемого следящего электропривода (фиг.4). Анализ построенных графиков показывает, что если судить по фазовому сдвигу -90° (а именно так определялась частота в устройстве, взятом за прототип), полоса частот пропускания следящего электропривода составляет 1320 рад/с или 210 Гц. Полученные результаты позволяют сказать, что рассматриваемый следящий электропривод практически в 5 раз превосходит по полосе пропускания частот устройство, взятое за прототип.

Таким образом, предлагаемый следящий электропривод позволяет увеличить полосу пропускания частот при отработке гармонического сигнала.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следящий электропривод, содержащий блок задания, первый и второй сумматоры, первый блок дифференцирования, пропорциональное звено, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом и датчик положения, причем выход блока задания соединен с первым входом первого сумматора и входом первого блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и входом пропорционального звена, выход первого сумматора соединен с первым входом интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход пропорционального звена соединен с вторым входом второго сумматора, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, выход которого соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом интегрального регулятора, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пропорциональным регулятором и вторым блоком дифференцирования, причем выход второго сумматора соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход датчика положения соединен с вторым входом пропорционального регулятора и входом второго блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора.

www.freepatent.ru

Следящий электропривод

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока. Техническим результатом является повышение быстродействия следящих систем. Следящий электропривод содержит блок (1) задания, интегральный регулятор (2), пропорционально-дифференциальный регулятор (3), силовой преобразователь (4), электродвигатель (5) с исполнительным механизмом (6), датчик (7) положения, пропорциональный регулятор (8) и блок (9) дифференцирования. Предлагаемый электропривод позволяет повысить быстродействие следящих систем. 6 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности является структурно-минимальный электропривод (см. Галицков С.Я., Галицков К.С. Многоконтурные системы управления с одной измеряемой координатой. - Самара: СГАСУ, 2004. - С.15-35), содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель и датчик положения.

Недостаток наиболее близкого по технической сущности следящего электропривода заключается в том, что он обладает низким быстродействием.

Сущность изобретения состоит в том, что следящий электропривод, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом и датчик положения, причем выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, выход которого соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом интегрального регулятора, дополнительно снабжен пропорциональным регулятором и блоком дифференцирования, причем выход интегрального регулятора соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход датчика положения соединен с вторым входом пропорционального регулятора и входом блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет повысить быстродействие следящего электропривода.

На фиг.1 приведена функциональная следящего электропривода; на фиг.2 - структурная схема следящего электропривода, на фиг.3 - расчетная модель следящего электропривода; на фиг.4 - переходный процесс по управляющему воздействию; на фиг.5 - переходный процесс по возмущающему воздействию; на фиг.6 - частотные характеристики электропривода.

Следящий электропривод (фиг.1) содержит блок 1 задания, интегральный регулятор 2, пропорционально-дифференциальный регулятор 3, силовой преобразователь 4, электродвигатель 5 с исполнительным механизмом 6, датчик 7 положения, пропорциональный регулятор 8 и блок 9 дифференцирования.

Выход блока 1 задания соединен с первым (прямым) входом интегрального регулятора 2. Выход пропорционально-дифференциального регулятора 3 соединен с входом силового преобразователя 4, выход которого соединен с электродвигателем 5, кинематически связанным с исполнительным механизмом 6. Исполнительным механизм 6 оснащен датчиком 7 положения, выход которого соединен с вторым (инверсным) входом интегрального регулятора 2. Выход интегрального регулятора 2 соединен с первым (прямым) входом пропорционального регулятора 8, выход которого соединен с первым (прямым) входом пропорционально-дифференциального регулятора 3, выход датчика 7 положения соединен с вторым (инверсным) входом пропорционального регулятора 8 и входом блока 9 дифференцирования, выход которого соединен с вторым (инверсным) входом пропорционально-дифференциального регулятора 3.

Блок 1 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Интегральный 2, пропорционально-дифференциальный 3 и пропорциональный 8 регуляторы и блок 9 дифференцирования могут быть реализованы, например, по а.с. СССР №1649501, опубл. 15.05.91, Бюл. №18 и выполнены, например, на микросхемах серии К555. Силовой преобразователь 4 для электродвигателя постоянного тока, например, реализован в виде цифрового широтно-импульсного модулятора по а.с. СССР №1748241, опубл. 15.07.92, Бюл. №26, с силовым транзисторным мостом на выходе. Для синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя силовой преобразователь 4 может быть выполнен, например, в виде цифрового модулятора по а.с. СССР №1798907, опубл. 28.02.93, Бюл. №8, с силовым трехфазным транзисторным мостом на выходе. В качестве электродвигателя 5 может быть использован, например, любой электродвигатель постоянного тока или синхронная машина с датчиком положения ротора, например, 4CX2П100L8. Исполнительный механизм 6, например, может представлять собой стол координатно-расточного станка, соединенный с помощью ходового винта и муфты с валом электродвигателя 5. В качестве датчика 7 положения, например, может быть использована фотооптическая линейка BE 162 с соответствующим устройством оцифровки ее выходного сигнала.

Следует также отметить, что блок 1 задания параметров, интегральный 2, пропорционально-дифференциальный 3 и пропорциональный 8 регуляторы и блок 9 дифференцирования могут быть реализованы также программно на микропроцессорном контроллере.

Следящий электропривод работает следующим образом. В соответствии с величиной задающего сигнала, поступающего выхода блока 1 задания, и сигнала датчика 7 положения интегральный регулятор 2 в совокупности с пропорциональным регулятором 8, блоком 9 дифференцирования и пропорционально-дифференциальным регулятором формируют сигнал на входе силового преобразователя 4. Силовой преобразователь 4 преобразует этот сигнал в напряжение на якоре электродвигателя 5 постоянного тока (статоре синхронной машины). При этом вал электродвигателя начинает вращаться и приводит в движение исполнительный механизм 6, перемещение которого измеряется датчиком 7 положения. Движение продолжается до тех пор, пока величина сигнала с датчика 7 положения не сравняется с величиной задающего сигнала, поступающего с выхода блока 1 задания. Интегральный регулятор 2 компенсирует действие всех помех, охваченных датчиком 7. Пропорциональный регулятор 8, блок 9 дифференцирования и пропорционально-дифференциальный регулятор 3 обеспечивают компенсацию основных инерционностей электродвигателя 5 и исполнительного механизма 6.

Для подтверждения высокого быстродействия предлагаемого следящего электропривода рассмотрим его структурную схему (фиг.2). Она содержит три контура: внутренний контур скорости и два контура положения. Для организации обратной связи по скорости сигнал безинерционного датчика положения с коэффициентом передачи kДП дифференцируется звеном с передаточной функцией

WOCC(p)=kOCCp,

где kOCC - коэффициент передачи по скорости (постоянная времени дифференцирования).

Электродвигатель постоянного тока представлен в виде двух последовательно соединенных звеньев, охваченных отрицательной обратной связью по э.д.с. двигателя с коэффициентом передачи СЕФ. Первое из этих звеньев описывает статические и динамические свойства якорной цепи электродвигателя, определяемые ее активным сопротивлением RЯ и индуктивностью LЯ

WЯ(p)=1RЯ(ТЯр+1) ,

где ТЯ=LЯRЯ - электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя.

Второе звено, выходом которого является скорость ω электродвигателя, учитывает механическую инерционность объекта и в соответствии с основным уравнением движения электропривода описывается передаточной функцией

WЭМ(р)=RЯСЕФТМр ,

где ТМ=JRЯСЕСМФ2 - электромеханическая постоянная времени, J - суммарный момент инерции привода, приведенный к валу двигателя, СЕ и СМ - конструктивные коэффициенты электрической машины.

Такое представление справедливо и для синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.

Исполнительный механизм представлен интегральным звеном, связывающим перемещение x(p) (угловое или линейное) со скоростью ω(p) электродвигателя

WИМ(р)=x(p)ω(p)=kИМр ,

где kИМ - коэффициент передачи исполнительного механизма.

Силовой преобразователь с достаточной для инженерных расчетов точностью можно считать апериодическим звеном с передаточной функцией

WСП(р)=kСПТСПр+1 ,

где kСП и ТСП - коэффициент передачи и постоянная времени силового преобразователя, соответственно.

Пропорционально-дифференциальный регулятор первого (внутреннего) контура представлен передаточной функцией

WПД(р)=kПД(ТПДр+1),

где kПД - коэффициент передачи, а ТПД - постоянная времени регулятора.

Пропорциональный регулятор второго контура имеет коэффициент передачи kП. Интегральный регулятор третьего (внешнего) контура представлен передаточной функцией

WИ(р)=1ТИр ,

где ТИ - постоянная времени.

Передаточная функция объекта управления, под которым понимается совокупность электродвигателя и исполнительного механизма,

WОУ(р)=kИМСЕФ(ТЯТМр2+ТМр+1)р .

В большинстве случаев последнее выражение можно представить в виде

WОУ(р)=kИМСЕФ(Т1р+1)(Т2р+1)р,                                                     (1)

где Т1 и Т2 постоянные времени, получающиеся из разложения знаменателя передаточной функции (1). Для определенности будем считать, что Т1<Т2.

Пропорционально-дифференциальный регулятор внутреннего контура предназначен для компенсации наибольшей инерционности объекта управления, поэтому его постоянная времени выбирается из условия

ТПД=Т2.

С учетом этого передаточная функция следящего электропривода

W3(p)=1kДП[Т1ТСПТИk2p4+(Т1+ТСП)ТИk2p3+(1+k1)ТИk2p2+ТИр+1] ,

где k1=kПДkСПkДУkИМkДПkОСС; k2=kПkПДkСПkДУkИМkДП; kДУ=1СЕФ .

Величины коэффициентов передачи пропорционального kП и пропорционально-дифференциального kПД регуляторов выбираются из условия

kП≺Т1+ТСПТ1ТСП(1kПДkСПkДУkИМkДП+kОСС) .

Величина постоянной времени интегрального регулятора выбирается из следующего условия

ТИ≻(Т1+ТСП)2(Т1+ТСП)(1+k1)−Т1ТСПk2 .

Промоделируем рассматриваемый следящий электропривод в среде «МАТLАВ SIMULINK» для конкретной технической реализации. Расчетная модель следящего электропривода приведена на фиг.3. В ней учтено, что следящий электропривод используется в приводе подачи координатно-расточного станка с исполнительным электродвигателем 2ПБВ 100 М. Конструктивный коэффициент исполнительного электродвигателя СЕФ=0,375 Вс/рад. Исполнительный двигатель связан с подвижным узлом, например, столом шарико-винтовой парой с шагом h=10 мм/об. С учетом инерционности исполнительного механизма и активного и индуктивного сопротивлений силового преобразователя электромагнитная и электромеханическая постоянные времени электродвигателя равны ТЯ=0,005 с и ТМ=0,199 с. Так как фактически задающий сигнал следящего электропривода формируется в дискретах датчика положения, то kДП=1, а коэффициент передачи исполнительного механизма kИМ=1592 дискрет/рад (при дискретности измерения в 1 мкм). В качестве силового преобразователя в электроприводе используется 14 разрядный цифровой широтно-импульсный преобразователь с частотой коммутации силовых транзисторов 5 кГц и максимальным выходным напряжением 120 В, поэтому kСП=0,0073 В/дискрету, ТСП=0,0001 с. В расчетной модели также учтено, что выбраны следующие настройки регуляторов: ТПД=0,1937 с, kПД=256, kП=8, ТИ=0,001 с. Расчетная модель позволяет построить переходные процессы по управлению (рис.4) и возмущению (рис.5), а также частотные характеристики следящего электропривода (рис.6). Анализ построенных графиков показывает, что время переходного процесса по управлению составляет tПП=0,00209 с, а перерегулирование - σ=0,465%. Динамический провал при набросе момента, эквивалентного току нагрузки в 1A не превышает Δxmax=0,000182 мкм, а статическая ошибка позиционирования равна нулю. Полоса частот пропускания следящего электропривода составляет 1880 рад/с или 299 Гц.

Полученные результаты позволяют сказать, что предложенный следящий электропривод практически в 10 раз превосходит по быстродействию устройство, взятое за прототип.

Таким образом, предлагаемый электропривод позволяет повысить быстродействие следящих систем.

Следящий электропривод, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом и датчик положения, причем выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, выход которого соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом интегрального регулятора, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пропорциональным регулятором и блоком дифференцирования, причем выход интегрального регулятора соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход датчика положения соединен с вторым входом пропорционального регулятора и входом блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора.

www.findpatent.ru

Введение. Аналоговые системы управления электроприводами постоянного тока

Аналоговые системы управления электроприводами постоянного тока

курсовая работа

В машиностроении обработка большинства деталей осуществляется резанием, которое происходит путем последовательного удаления режущим инструментом (резцом) тонких слоев металла с поверхности заготовки. Процесс резания в токарных станках осуществляется главным вращательным движением обрабатываемой заготовки и прямолинейным движением резца вдоль заготовки. Вращение обрабатываемой детали осуществляет главный привод, который регулируется при постоянной мощности (P=const). Он должен обеспечивать необходимую частоту вращения заготовки. Перемещение режущего инструмента в зоне резания осуществляется приводом подачи, который должен регулироваться при постоянном моменте (М=const). Подачей называется величина перемещения режущей кромки инструмента за один оборот заготовки или в единицу времени. Различают также вспомогательные движения, которые обеспечивают транспортирование заготовки, закрепление ее на станке и смену режущих инструментов. Эти движения обеспечивают вспомогательные приводы.

В данной курсовой работе рассмотрен следящий электропривод.

Рисунок 1 - Упрощенная кинематическая схема следящего привода токарного станка.

электропривод следящий схема блок

Следящий привод представляет собой замкнутую автоматическую систему, при помощи которой исполнительный орган с определённой точностью отрабатывает движение рабочего механизма в соответствии с произвольно меняющимся сигналом, задаваемым управляющим органом.

В механизмах подач основное усилие затрачивается на преодоление сил трения при перемещении узла станка. Приводы подач должны обеспечивать диапазон регулирования D10000, так как в станках с ЧПУ минимальная подача определяется дискретностью управления и обратной связи. Только при обработке приводом каждой дискреты могут быть обеспечены высокая точность и малая шероховатость при обработке. Кроме того приводы подач должны иметь высокие скорости быстрого хода и высокое быстродействие при разгоне/торможении и при сбросе/набросе нагрузки. Необходимость удовлетворения требованиям снижения шероховатости и повышения точности при обработке и позиционировании также ужесточила требования к статическим и динамическим ошибкам регулирования скорости электроприводов при различных возмущающих воздействиях. При регулировании положения статические ошибки должны быть очень малы, а динамические вообще не допускаются.

Электроприводы подач различаются по следующим признакам:

- по способу выполнения силового преобразователя - тиристорные на основе реверсивных управляемых выпрямителей, транзисторные на основе реверсивных широтно-импульсных преобразователей;

- по компоновке консрукции - однокоординатные, многокоординатные.

В состав электропривода входят:

- электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов со встроенным датчиком скорости, электромагнитным тормозом, датчиком температурной защиты и датчиком пути;

- полупроводниковый преобразователь, включающий силовой блок, регуляторы, блоки питания, защиты и диагностики;

- силовой трансформатор для согласования напряжения питающей сети с напряжением электродвигателя, ограничения тока короткого замыкания в приводе и снижения влияния помех;

- уравнительные и сглаживающие реакторы для ограничения уравнительных токов при совместном управлении выпрямительной и инверторной группами тиристоров и для сглаживания пульсаций токов якоря двигателя;

- автоматический выключатель для отключения привода от сети в аварийных режимах.

Состав электропривода может меняться в зависимости от конкретного типа электропривода и способа выполнения силового преобразователя. Питание электропривода производится от трехфазной промышленной сети переменного тока напряжением 220, 380, 660, 1140 В частотой 50 Гц.

Электроприводы снабжаются аппаратурой защиты, сигнализации, индикации рабочих и аварийных режимов и имеют следующие виды защит: от коротких замыканий, токовых перегрузок, перенапряжения, исчезновения вентиляции (в системах с принудительным охлаждением), а также напряжения сети, неправильного чередования фаз.

Область применения следящего привода продолжает расширяться. В настоящие время он используется для автоматического контроля над изменением различных физических величин, в устройствах прокатных станов, в системах управления металлорежущими станками, шагающими экскаваторами, манипуляторами.

fis.bobrodobro.ru

Электромеханический следящий привод постоянного тока

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования электромеханических следящих приводов и может быть использовано в различных системах приборной автоматики, высокоточных позиционных электроприводах . Целью изобретения является повышение точности отработки задания . Поставленная цель достигается введением генератора высокочастотных колебаний, двух сумматоров, линейного усилителя сигнала, усилителя - ограничителя и фильтра низких частот, что позволяет компенсировать влияние сил сухого трения и люфта в механической передаче, соединяющей вал электродвигателя с объектом регулирования , линеаризировать нелинейную статическую характеристику электродвигателя с исполнительным механизмом по скорости, а также уменьшить влияние ограничения по располагаемому моменту электродвигателя в переходных режимах. 1 ил. (Л

СООЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 ((9> (I() SU (gg)g G 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (К +К, g) (Tqp+1) 1я(Р)--- р,1

L т„> т

TEAK

Т (И

2 К +

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4661964/24 (22) 10.03,89 (46) 07.04.91. Бюл. У 13 (72) Д.И.Павлович, В,В.Батюшков, И.В,Ратников, В.Ю.Лазарев и А.Б.Коновалов (53) 62-50 (088.8) (56) Мелкозеров П.С. Приводы в системах автоматического управления, М.: Энергия, 1966, с. 51.

Зайцев Г.Ф. Коррекция систем автоматического управления постоянного и переменного тока, M. Энергия, 1969, с. 32, рис. 1-15. (54) ЭЛЕКТРОИЕХАНИЧЕСКИ!Л СЛЕДЯЩИЙ

ПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к системам автоматического регулирования электромеханических следящих приводов и может быть использовано в разИзобретение относится к системам автоматического регулирования электромеханических следящих приводов постоянного тока и может быть использовано в различных системах приборной автоматики, высокочастотных позиционных электроприводах.

Цель изобретения — повышение точности отработки задания.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Привод содержит измеритель 1 рассогласования, усилитель-ограничитель

2, фильтр 3 низких частот (апериодический элемент), первый сумматор 4, линейный усилитель 5 сигнапа,диффе2 личных системах приборной автоматики, высокоточных позиционных электроприводах. Целью изобретения является повышение точности отработки задания. Поставленная цель достигается введением генератора высокочастотных колебаний, двух сумматоров, линейного усилителя сигнала, усилителя ограничителя и фильтра низких частот, что позволяет компенсировать влияние сил сухого трения и люфта в механической передаче, соединяющей вал электродвигателя с объектом регулирования, линеаризировать нелинейную статическую характеристику электродвигателя с исполнительным механизмом по скорости, а также уменьшить влияние ограничения по располагаемому моменту электродвигателя в переходных режимах. 1 ил. ренцирующий элемент б, генератор 7 высокочастотных колебаний, второй сумматор 8, усилитель 9 постоянного тока, электродвигатель 10 постоянного тока, механическую передачу 11, измеритель 12 углового положения.

В позиционном контуре устройства реализуется нелинейный закон управле- ния, который описывается передаточной функцией

К,ъК ) )640668 жит включенные последовательно усилитель-ограничитель 2 и фильтр 3 низ2 Ь

q - (arcsin

+ !! а

+ а где а — амплитуда ошибки на входе первого усилителя-ограничителя1

Ь вЂ” ширина линейной зоны первомая. усилителя-ограничителя.

Работает привод следующим образо!, Сигнал управления поступает по входному каналу на измеритель 1 рассогласования, где он сравнивается с сигналом измерителя 12 углового положения, пропорциональным углу поворота объекта регулирования.Сиг55 нал ошибки с измерителя 1 рассогласования поступает на два параллельных канала, один из которых содергде К вЂ” коэффициент усиления усили( теля-ограничителя

К - коэффициент усиления усили2 теля; р — оператор дифференцирования; коэффициент гармонической линеаризации первого усилителя-ограничителя;

Т вЂ” постоянная времени интегри1 рования;

Т вЂ” постоянная времени диффе2 ренцирования. 15

Величины K

К q и,увеличивается постоянная вре( мени Т2, что обеспечивает гарантированные запасы устойчивости при ограничениях по располагаемому моменту электродвигателя, в отличие от линейных законов управления. При этом коэффициент гармонической линеаризации ких частот (апериодический элемент), а другой — линейный усилитель 5 сигнала, причем сигналы обоих каналов суммируются на сумматоре 4, что позволяет осуществить нелинейное усиление сигнала ошибки в зависимости от его амплитуды и частоты и тем самым реализовать высокоточный закон управления на частотах управляющих воздействий при обеспечении гарантированных запасов устойчивости в переходных режимах. Сигнал с сумматора 4 поступает на дифференцирующий элемент 6, позволяющий обеспечить запасы устойчивости позиционного контура привода. Сигналы с дифференцирующего элемента 6 и генератора 7 складываются на сумматоре 8, что позволяет ввести в позиционный контур привода высокочастотные вынуждающие колебания, осуществляющие вибрационную линеаризацию сил сухого трения и люфта в механической передаче 11.

Сигнал с сумматора 8 поступает на усилитель 9 постоянного тока, где усиливается по мощности, Сигнал с усилителя 9 постоянного тока поступает на якорную обмотку электродвигателя 10 постоянного тока. Электродвигатель 10 через механическую передачу 11 обеспечивает заданное перемещение объекта регулирования.Вал электродвигателя через механическую передачу соединен с измерителем 12 углового положения, выходным сигналом которого является напряжение постоянного тока, которое сравнивается на измерителе 1 рассогласования с управляющим приводом сигналом.

Таким образом, в предлагаемом приводе за счет введения последовательно соединенных генератора сигнала вибрационной линеаризации и второго сумматора, включенного в позиционный контур привода, в механической подсистеме (электродвигатель— исполнительный механизм — измеритель углового положения) возникают высокочастотные вынужденные колебания, стабильные в любых условиях эксплуатации привода. Введение режима высокочастотных вынужденных коле" баний позволяет существенно повысить то ность устройства эа счет эффекта вибрационной линеаризации сил сухого трения и люфта в исполнительном меха06б8 6 ренцирующий элемент, линейный усилитель сигнала и измеритель рассогла-сования, вычитающий вход которого

5 соединен с выходом измерителя углового положения, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности отработки задания,в него введены генератор высокочастотных колебаний, два сумматора, усилитель-ограничитель и фильтр нижних час . т, выход измерителя рассогласования соединен с входом усилителя-ограничителя и входом линейного усилителя сигнала, подключенного выходом к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом фильтра низких частот, связанного входом с выходом усилителя — ограничителя,вы20 ход первого сумматора через дифференцирующий элемент соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу генератора высокочастотных колебаний, а вы25 ход соединен с входом усилителя постоянного тока, причем суммирующий вход измерителя рассогласования является входом электромеханического следящего привода, 164 ниэме, а также эа счет частичной линеаризации статической характеристики электродвигателя с исполнительным механизмом по скорости.

Полная линеаризация нелинейной статической характеристики электродвигателя с исполнительным механизмом по скорости, а также уменьшение составляющих ошибки, обусловленных динамичностью управляющих воздействий и ограничением по. располагаемому моменту двигателя в переходных режимах работы, достигается за счет введения в позиционный контур привода усилителя-ограничителя.

Формула изобретения

Электромеханический следящий привод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, связанный через ..механическую передачу с измерителем углового положения и выходом привода, усилитель постоянного тока, подключенный первым и вторым выходами соответственно к входу и выходу якорной обмотки электродвигателя постоянного тока, диффеСоставитель Н. Белинкова

Техред С.Мигунова Корректор Л.Бескид

Редактор Г.Федотов

Заказ .1264 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

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

Электромеханический следящий привод постоянного тока Электромеханический следящий привод постоянного тока Электромеханический следящий привод постоянного тока 

Похожие патенты:

Изобретение относится к техническим средствам систем автоматического регулирования и может быть использовано для регулирования и управления различными динамическими объектами и технологическими процессами

Изобретение относится к машиностроению , в частности к автоматизации сварочных работ, и может быть использовано для управления полуавтоматическими сварочными аппаратами

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления астатическими объектами с запаздыванием

Изобретение относится к приборостроению и станкостроению и может найти применение при управлении положением ротора в активных электромагнитных опорах

Изобретение относится к электромеханике , а именно к прецизионным системам управления постоянного тока с моментными вентильными электродвигателями со слежением по углу поворота, и может быть применено в приборных системах

Изобретение относится к автоматике и может быть применено при фотозаписи на программоносителе цифрового кода, графических изображений, масок печатных плат, синхроструктур типа растровых градаций и т.д

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования режимов работы динамических объектов с запаздыванием и может быть использовано при создании высокоточных систем управления металлорежущими станками

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в системах с оптимальными по быстродействию переходными процессами, например в системах слежения за положением в робототехнических системах, в радиолокационных системах слежения за целью и других следящих системах широкого профиля

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в образцах техники, работающих в условиях воздействия помех и пропадании информационных сигналов, а также в установках для научных исследований

Изобретение относится к автоматическому регулированию астатических объектов с нелинейными корректирующими устройствами

Изобретение относится к области регулирования и может быть использовано в каналах управления летательного аппарата, электропривода робота и при автоматизации различных технологических процессов

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и может быть использовано при построении систем регулирования объектами с несколькими управляющими и одним выходным воздействиями

Изобретение относится к области систем автоматического управления, в частности к технике формирования управляющих сигналов в системе с люфтом

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, например, поворотными платформами, промышленными роботами, летательными аппаратами

Изобретение относится к автоматическим системам управления для магнитных измерений и исследования характеристик магнитотвердых материалов

Изобретение относится к области систем автоматического управления, в частности к технике формирования управляющих сигналов в системе с люфтом

Изобретение относится к области автоматического регулирования, а конкретно к приводам подъемных механизмов, работающих в условиях значительной неуравновешенности нагрузки, например, электрогидравлические приводы стрелового оборудования экскаваторов, кранов, подъемников и т.п

Изобретение относится к системам автоматического регулирования электромеханических следящих приводов и может быть использовано в различных системах приборной автоматики, высокоточных позиционных электроприводах

www.findpatent.ru

следящий и позиционный электропривод

Обратная связь

Следящий электропривод, следящая система, обеспечивающая воспроизведение некоторых механических перемещений на управляемом объекте посредством исполнительного электродвигателя (ИЭ). С. э. включает в себя задающее устройство,измерительный преобразователь, орган сравнения, усилитель и ИЭ. Задающее устройство вырабатывает исходный сигнал (изменяющийся, как правило, по произвольному закону). Измерительный преобразователь непрерывно измеряет фактическое значение воспроизводимой величины на управляемом объекте, которое при помощи органа сравнения сопоставляется с заданным. Обычно измерительный преобразователь и орган сравнения объединены в одном устройстве, вырабатывающем электрический сигнал рассогласования (СР), пропорциональный разности между заданным и фактическими значениями воспроизводимой величины. СР (в виде напряжения или тока) поступает на вход усилителя, а затем на ИЭ, осуществляющий такое движение управляемого объекта, при котором СР уменьшается. В отсутствие СР ротор электродвигателя находится в покое.

 

способ изменения скольженияИзменением скольжения можно регулировать частоту вращения асинхронных ЭП, если на валу двигателя имеется нагрузка и АД обладает мягкой механической характеристике. Наиболее доступно этот способ реализуется при использование АД с фазным ротором путем изменения сопротивления трехфазного реостата, включенного во внешнюю цепь обмотки ротора. Для АД с короткозамкнутый ротор регулирование угловой скорости изменением скольжения реализуется в случае применения специальных АД с мягкой механической характеристикой путем регулирования напряжение питания двигателя.

 

способ пуска ЭД постоянного и переменного тока с пов. напряж.Его применяют с целью снижения бросков тока и моментов электродвигателя при пуске. Пуск ЭП становится управляемым и его называют «мягким». Таким способом можно пускать все электродвигатели как переменного так и постоянного тока. Широко применяют для пуска и одновременно регулирования угловой скорости электродвигателя постоянного тока и АД, используемых в автоматизированных ЭП с силовым полупроводниковым преобразователем.

способ частотного регулированияСпособ экономичный, обеспечивает плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне с высокой стабильностью даже в разомкнутых системах из-за высокой жесткости механической характеристики АД в ее рабочей части. При частотном регулирование в состав асинхронного ЭП входит управляемый преобразователь частоты , который обеспечивает заданное изменение частоты и соответствующей этой частоте уровень питающего напряжения АД. Изменять значение напряжения питания АД при изменении частоты просто необходимо, т. к. значение индуктивного сопротивления двигателя, а значит и его ток зависит от частоты.

способы регулирования угловой скорости. Механические способы регулирования заключается в изменении угловой скорости или линейной скорости исполнительных органов изменением передаточного числа устройства механической передачи, путем применения различных коробок перемены передач. Электрические способы заключается в изменение угловой скорости на выходе ЭП с помощью устройства управления посредством преобразовательного или передаточного устройств.

 

типы электродвигателей исп. В с\хВ настоящее время в сельском хозяйстве применяются синхронные и асинхронные электрические машины. Синхронные машины используются, как правило, в качестве генераторов переменного тока на электростанциях, а асинхронные - в качестве электродвигателей. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является основным и по существу единственным типом электродвигателя для привода машин и механизмов в сельском хозяйстве.Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором (рис. 36) состоит из: статора 3 - неподвижного кольцевого сердечника, набранного из листов электротехнической стали, в пазах которого уложена статорная обмотка 6; ротора 4, вращающегося в подшипниках 2, укрепленных в подшипниковых щитах /. Сердечник ротора набран также из листов электротехнической стали и укреплен на валу электродвигателя, на котором устанавливается вентилятор 7.

 

уст-во …..трехфазного асинхронного электродвигателяУстройство. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором состоит из корпуса 7, неподвижного статора 6, вращающего ротора и двух подшипниковых щитов 4 с подшипниками качения или скольжения, расположенными в центре щитов (рис. 1). Статор двигателя состоит из сердечника 6 и трехфазной обмотки 8. Корпус изготовляется из чугуна или из алюминиевых сплавов. Сердечник статора набирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,3 или 0,5 мм, изолированных друг от друга покраской лаком для уменьшения потерь на вихревые токи. На внутренней поверхности сердечника имеются открытые пазы для укладки в них трехфазной обмотки, выполненной из изолированного провода. Оси обмоток расположены симметрично под углом 120° друг к другу. Ротор асинхронного электродвигателя состоит из вала, опирающегося на подшипники, сердечника и обмотки. Сердечник ротора набирается из штампованных листов электротехнической стали. На внешней поверхности сердечника имеются пазы, в которых размещаются медные или алюминиевые стержни обмотки ротора без изоляции. Концы стержней путем сварки или литья под давлением соединяются с кольцами. В результате получается короткозамкнутая обмотка ротора, напоминающая беличье колесо Я1 и Я2 – начало и конец обмотки якоря; К1 и К2 – начало и конец компенсационной обмотки; Д1 и Д2 – начало и конец обмотки добавочных полюсов; С1 и С2 – начало и конец последовательной (сериесной) обмотки возбуждения; Ш1 и Ш2 – начало и конец параллельной (шунтовой) обмотки возбуждения; У1 и У2 – начало и конец уравнительного провода соответственно.

устрой-во…..коллекторного электродвигателяКоллекторный электродвигатель — синхронная[1] электрическая машина в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточноколлекторный узел. Строго говоря, универсальный коллекторный электродвигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону. Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

устрой-во…..ЭД постоянного тока независимого возбужденияЭД постоянного тока // возбуждения имеет расположенную на полюсах статора обмотку возбуждения имеет расположенную на статора обмотку воздействия, выполнен из большого количества витков медного изолированного провода и многосекционную обмотку якоря, уложенную по окружности в пазы железа якоря набранных из отдельных изолированных листов электротехнической стали. Под действием приложенного напряжения ч\з обмотку возбождения протекает ток возбуждения, который создается м\у полюсами статора магнитный поток пронизывает обмотку якоря. Под действием этого же напряжения возникает пусковой ток. В результате взаимодействие тока и магнитного потока обр. пусковой вращающий момент. При этом якорь строится с места и начнет увеличивать частоту вращения

устрой-во…..ЭД постоянного тока последовательного возбужденияЯкорь двигателя М и обмотка возбуждения LM включены последовательно и получают питание от одного источника U. Поэтому ток якоря Iя является и током возбуждения Iв. Это обстоятельство определяет единственное отличие в конструкции двигателя с последовательным возбуждением от двигателя с независимым возбуждением: обмотка возбуждения LM ДПТ с последовательным возбуждением выполнена проводником того же сечения, что и обмотка якоря. При вращающемся якоре в его обмотке наводится э.д.с. вращения Е. На схеме включения двигателя направление Е встречно по отношению направления U, что соответствует двигательному режиму работы. Поскольку обмотка возбуждения включена последовательно с якорем двигателя, создаваемый ею магнитный поток Ф является функцией тока якоря IЯ. Зависимость Ф= f(IЯ) называется кривой намагничивания и носит нелинейный характер типа «зона насыщения». Точного аналитического описания этой кривой не существует, поэтому нет и точного аналитического описания механической характеристики ДПТ с последовательным возбуждением.

устрой-во…..ЭД постоянного тока смешанного возбужденияВ этом электродвигателе (рис. 129, а) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — параллельной (или независимой) и последовательной, по которым проходят токи возбуждения Iв1 и Iв2 = Iя. ПоэтомуФ = Фпосл+ ФпаргдеФпосл — магнитный поток последовательной обмотки, зависящий от тока Iя;Фпар — магнитный поток параллельной обмотки, который не зависит от нагрузки (определяется током возбуждения Iв1). Механическая характеристика электродвигателя со смешанным возбуждением (рис. 129,б) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (кривая 3 при малой м. д. с. последовательной обмотки) или к характеристике 2 (кривая 4 при малой м. д. с. параллельной обмотки). Достоинством двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, когда Фпосл = 0. В этом режиме частота вращения его якоря определяется магнитным потоком Фпар и имеет ограниченное значение (двигатель не идет вразнос).

устройство, схема включения и принцип действия синхронного электродвигателяСД принимаются для нерегулируемого привода мощных насосов, компрессоров. Отличие СД от АД в том что, ротор представляет собой электромагнит, постоянный магнит. В результате ротор СД вращается по направлению и строго с той же частотой вращения, что и вращающее магнитное поле, созданное обмоткой статораПуск. На период пуска обмотку возбуждение СД отключают от напряжение возбуждения или для исключения перенапряжения и облегчения пуска замыкают на внешнее активное сопротивление , которое в 8-12 раз превышает активное сопротивление самой обмотки возбуждения

формула Клосса а=r1 /c1r2 сокращенная формула клосса

 

 

электромагнитная муфта скольженияС одной стороны обеспечивает гибкое соединение и разъединение валов двигателя и рабочего механизма и рабочего механизма, а с другой стороны регулирование частоты вращения рабочего механизма при неизменной частоте вращения двигателя. ЭМС имеет индукционный принцип действия, как асинхронный электродвигатель. Электромеханические свойства АД при регулирование его угловой скорости изменения скольжения. ЭМС предназначены в ЭП в качестве электромеханического передаточного устройства с целью передаточного устройства с целью безударного управляемого пуска и возможностью регулирования угловой скорости производственного механизма



pdnr.ru


Смотрите также