Автоматический регулятор нагрузки горной машины Советский патент 1984 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для автоматического регулирования скорости передвижения горных машин, преимуп1ественно угледобываюших и проходческих комбайнов, а также в других отраслях, где требуется автоматическое регулирование технических объектов с запаздыванием, подверженных неконтролируемым внешним возмущениям.

Известны автоматические регуляторы нагрузки горной машины, содержащие датчики и задатчики нагрузки, элементы сравнения заданной и фактической нагрузки и исполнительные элементы 1 и 2.

Недостатком известных устройств является широтно-импульсное преобразование сигнала рассогласования в регулирующее воздействие, что в отдельных случаях не обеспечивает качественного и устойчивого регулирования объекта с запаздыванием, так как при определенных требованиях к быстродействию регулятора приводит к перерегулированию и колебательным процессам в системе регулятор - объект.

Известен автоматический регулятор нагрузки горной машины, содержащий импульсный элемент, выходной усилитель, датчики нагрузки электродвигателей горной машины, подключенные к входам амплитудного селектора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, к второму входу которого подключен задатчик нагрузки 3.

Известный регулятор обеспечивает широтно-импульсную модуляцию регулирующего воздействия величиной сигнала рассогласования. При этом длительность регулирующего импульса прямо пропорциональна величине сигнала рассогласования, а длительность пауз при постоянном периоде импульсного элемента обратно пропорциональна величине сигнала рассогласования.

Недостатком известного регулятора является невозможность обеспечения ими качественного и устойчивого регулирования нагрузки горной машины из-за непостоянства паузы импульсного элемента: длинная пауза приводит к снижению точности регулирования, короткая - к снижению устойчивости системы. Это не дает возможности поддерживать максимальную производительность горной машины при допустимых нагрузках на электродвигатели.

Цель изобретения - поддержание максимальной производительности горной машины при допустимых нагрузках на электродвигатели.

Поставленная цель достигается тем, что автоматический регулятор нагрузки горной машины, содержащий импульсный элемент,, выходной усилитель, датчик нагрузки электродвигателей горной машины, подключенные к входим амп.1итудио1Х) селектора, выход которого соединен с перв1,м входом элемента сравнения, к второму входу которого подключен задатчик нагрузки, снабжен интегрирующим элементом, а импульсный элемент выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов, выход которого через развязывающий элемент подключен к релейному элементу, в качестве которого применен полевой транзистор, причем исток полевого транзистора соединен с выходом элемента сравнения, а сток через интегрирующий элемент соединен с входом выходного усилителя, выход которого соединен с электромагнитной муфтой электродвигателя.

На чертеже представлена принципиальная схема автоматического регулятора нагрузки горной машины.

Регулятор нагрузки содержит датчики 1 и 2 нагрузки электродвигателей подачи и датчик 3 нагрузки двигателя резания горной машины, амплитудный селектор 4, задатчик 5 нагрузки двигателей, элемент 6 сравнения заданной и фактической нагрузки двигателей, импульсный элемент 7, интегрирующий элемент 8, выходной усилитель 9.

Выход усилителя 9 соединен с обмоткой возбуждения электромагнитной муфты 10 двигателя 11, обеспечивающего перемещение комбайна (тянущий двигатель). Обмотка возбуждения электромагнитной муфты 12 двигателя 13, обеспечивающего подтяжку холостой ветви цепи (подтягивающий двигатель) , подключена через резистор к плюсу источника питания.

Электродвигатели тянущий 11 и подтягивающий 13 соответственно с электромагнитными муфтами 10 и 12 расположены на противоположных концах лавы и через редукторы (не показаны) подсоединены к механизму 14 подачи, выполненному в виде бесконечной кольцевой .цепи, в разрыв которой вмонтирован комбайн 15. На режущую часть комбайна 15 воздействуют внешние возмущения, вызывающие различную нагрузку в функции от времени на двигатель 16 резания.

Тянущие двигатель 11 подачи и электромагнитная муфта 10 обеспечивают перемещение тянущей цепи механизма 14 подачи и комбайна 15 вдоль забоя, подтягивающие двигатель 13 подачи и электромагнитная муфта 12 обеспечивают перемещение подтягивающей цепи механизма 14 подачи.

Элемент 6 сравнения выполнен на усилителе 17, усиливающем сигналы рассогласования.

Импульсный элемент 7 выполнен в виде генератора 18 прямоуголь 1ых импульсов, выход которого через диод 19 подключен к затвору полевого транзистора 20, истоком соединенного с выходом элемента 6 сравнения, а стоком - с входом интегрирующего элемента.

Автоматический регулятор нагрузки работает следующим образом. Сигналы с датчиков 1 - 3 нагрузки поступают на амплитудный селектор 4, где из них выбирается больший. С амплитудного селектора 4 сигнал поступает на элемент 6 сравнения, где сравнивается с сигналом задатчика 5 нагрузки. При наличии рассогласования сигнал с усилителя 17 элемента 6 сравнения поступает через электроды исток-сток полевого транзистора 20 импульсного элемента 7 на вход интегрирующего элемента 8. В импульсном элементе 7 полевой транзистор 20 управляется разнополярными импульсами генератора 18 прямоугольных импульсов, выход которого через диод 19 соединен с затвором полевого транзистора 20, причем импульсы, положительной полярности закрывают транзистор 20 на время запаздывания объекта регулирования. При эfoм сигнал рассогласования на вход интегрируюш,его элемента 8 не поступает, и последний запоминает свое состояние на время запаздывания системы регулирования, Отрицательный импульс генератора открывает полевой транзистор 20, и сигнал рассогласования через исток-сток полевого транзистора 20 поступает на вход интегрируюш.его элемента 8, где формируется новое управляюш.ее воздействие которое усиливается усилителем 9 и подается на обмотку возбуждения электромагнитной муфты 10 тянущего двигателя II подачи. При этом изменяется скорость перемещения комбайна 15. При отсутствии рассогласования заданной и фактической нагрузки двигателей интегрирующий элемент 8 работает в режиме хранения сигнала управления, следовательно, ток в обмотке возбуждения электромагнитной муфты 10 тянущего двигателя 11 подачи не изменяется и скорость перемещения комбайна 15 постоянна. На обмотку возбуждения подтягивающей электромагнитной муфты 12 подается постоянный сигнал управления от источника питания, в результате чего подтягивающий привод обеспечивает постоянное усилие подтяжки холостой ветви механизма 14 подачи. Применение такого импульсного элемента и включение его между выходом элемента сравнения и входом интегрирующего элемента позволяет иметь в замкнутой системе регулирования нагрузки комбайна (полевой транзистор импульсного элемента 7 открыт) высокий коэффициент усиления регулятора для повышения качества процесса регулирования. В то же время, такой высокий коэффициент усиления регулятора повышает устойчивость системы регулирования объекта с запаздыванием за счет размыкания ее на время паузы импульсного элемента, длительность которой равнд продолжительности переходного процесса в системе (полевой транзистор закрыт). Этим обеспечивается улучшение качества системы регулирования объекта с запаздыванием. Выполнение импульсного элемента в виде генератора прямоугольных импульсов обеспечивает постоянные длительности подачи и прерывания сигнала рассогласования на вход интегратора 8 за счет постоянных длительностей импульсов и пауз генератора. На время паузы генератора полевой транзистор разрывает систему регулирования и дает ей возможность отработать предыдущее регулирующее воздействие - установить новое значение скорости подачи комбайна 15. После окончания паузы генератора с датчиков 1-3 тока должны прийти измеренные значения токов двигателей, соответствующие новому установившемуся значению скорости подачи комбайна 15, а импульсный элемент 7 вновь замыкает систему регулирования, и начинается новый цикл регулирующего воздействия, длительность которого равна длительности импульса генератора. В это время полевой транзистор 20 импульсного элемента 7 открыт, и на вход интегрирующего элемента 8 поступает сигнал рассогласования с элемента б сравнения, в результате чего регулятор нагрузки вырабатывает новое регулирующее воздействие, которое затем отрабатывается объектом регулирования за время следующей паузы импульсного элемента и т.д. Так как во время импульсов генератора полевой транзистор 20 своими переходами исток-сток соединяет выход элемента б сигнала рассогласования с выходом интегратора 8, то такое его включение обеспечивает прямую пропорциональность регулирующего воздействия регулятора величине сигнала рассогласования в системе регулирования. Прерывание сигнала рассогласования приводит к снижению информативности. Однако, использование полной и непрерывной информации о состоянии инерционного объекта с запаздыванием, каким является горная машина, невозможно из-за запаздывания между выработкой управляющего воздействия и его отработкой объектом, поэтому информация, поступающая во время отработки объектом управляющего воздействия. будет ложной. Прерывание сигнала разбаланса Б данном случае на время отработки управляющего воздействия при определенном выборе параметров импульсного и интегрирующего элементов обеспечивает повышение качества регулирования и устойчивости при достаточной информативности сигнала разбаланса. Импульсы положительной полярности генератора прямоугольных импульсов закрывают полевой транзистор на время запаздывания объекта регулирования, при этом сигнал рассогласования на вход интегрирующего элемента 8 не поступярт, и последНИИ запоминает свое состояние иа время запаздывания регулирования, а отрицательный импульс генератора oткpывaet полевой транзистор, и сигнал рассогласования через него поступает на вход интегрирующего элемента 8.

Для пояснения соотношений длительности подачи и прерывания сигиала разбаланса на вход интегратора, а также связей с другими параметрами регулятора и объекта длительность прерывания сигнала разбаланса на вход интегратора 8 (длительность паузы генератора 7 импульсного элемента) выбрана равной tn 0,5 с, что соответствует длительности переходного процесса в системе регулирования, а длительность подачи сигнала разбаланса (длительность регулирующего импульса) выбирается, исходя из двух условий: с одной стороны, длительность импульса должна быть больше длительности паузы, чтобы существенно не снижать информативность сигнала;

с другой стороны, длительность импульса ограничивается тем условием, что период генератора должен быть меньще, чем период возмущающих воздействий в системе регулирования, на которые регулятор нагрузки реагирует (частота возмущающих воздействий ,5 Гц, период возмущающих воздействий 2 с).

Исходя из этих условий, период колебаний генератора Т 1,5 с, длительность импульса 1„ Т- 1„ 1,5 с - 0,5. с 1 с.

Постоянная времени интегратора 8 выбрана равной длительности паузы генератора (0,5 с).

Такая постоянная времени обеспечивает, с одной стороны, достаточное быстродействие регулятора нагрузки при снижении скорости подачи KOMfiaiiiia вследствие перегрузки двигателя (для исключения его опрокидывания) и обеспечивает, с другой стороны, достаточное качество регулирования при увеличении скорости подачи вследствие недогрузки двигателя (для более полного использования его мощности).

В качестве импульсного элемента 7 применен генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) с включенным на его выход полевым транзистором, исходя из условий выполнения им следующих требований:

постоянные деятельности импульсов и пауз с высокой крутизной передачи фронта сигнала от элемента 6 к интегратору 8;

возможность передачи сигнала как положительной, так и отрицательной полярности от элемента 6 к интегратору 8;

высокое сопротивление, достигающее десятки мегаом, в замкнутом состоянии (для исключения саморазряда интегратора 8 во время пауз импульсного элемента 7) и низкое сопротивление в открытом состоянии (для точной передачи сигнала рассогласования от усилителя 6 на вход интегратора 8 во время импульсов элемента 7);

наработка на отказ импульсного элемента 7 должна быть 10 (для обеспечения работы автоматического регулятора нагрузки горной мащины в течение паспортного срока службы 5 лет при принятом периоде включений импульсного элемента.7, равном 1,5с).

Всем этим требованиям удовлетворяет полевой транзистор.

Достоинством применения интегратора 8 в регуляторе нагрузки является не только запоминание им регулирующего воздействия во время паузы импульсного элемента 7, но и обеспечение во время импульса пропорциональности изменения регулирующего воздействия величине сигнала рассогласования блока 6 как при заряде, так н при разряде интегратора.

Это обстоятельство, а также выбранная постоянная времени интегрирующего элемента Т 0,5 с, позволяет ему во время импульса довольно точно отслеживать изменение сигнала с выхода элемента 6, частота изменения которого определяется частотой возмущающего воздействия f 0,5 Гц. За время паузы импульсного элемента 7, равной 0,5 с, интегратор практически не разряжается, так как полевой траизистор 20 импульсного элемента в это время находится в закрытом состоянии и на вход интегратора не поступает отрицательный сигнал от элемента 6, вызывающий разряд интегратора.

Таким образом, автоматический регулятор нагрузки позволяет управлять скоростью перемещения горной машины, автоматически поддерживая при этом нагрузки электродвигателей резания и подачи на заданном уровне. Кроме того, улучшается качество и обеспечивается устойчивость процесса регулирования горной машиной как объекта с запаздыванием.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАГРУЗКИ ГОРНОЙ МАШИНЫ, содержащий импульсный элемент, выходной усилитель, датчик нагрузки электродвигателей горной машины, подключенные к входам амплитудного селектора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, к второму входу которого подключен задатчик нагрузки, отличающийся гем, что, с целью поддержания максимальной производительности горной машины при допустимых нагрузках на электродвигатели, он снабжен интегрирующим элементом, а импульсный элемент выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов, выход которого через развязывающий элемент подключен к релейному элементу, в качестве которого применен полевой транзистор, причем исток полевого транзистора соединен с выходом элемента сравнения, а сток через интегрис S рующий элемент соединен с входом выходного усилителя, выход которого соединен с (Л электромагнитной муфтой электродвигателя. о: ел 00