Устройство для ограничения динамических усилий в механизме экскаватора Советский патент 1989 года по МПК E02F9/20 H02P5/06 

сд

о со

4; СХ) 00

10 в упругом элементе 11 между электродвигателем (ЭД) 9 и исполнительным механизмом 12, нелинейные элементы 13 и 15 с зоной нечувствительности, дифференцирующий усилитель(ДУ) 14, дифференцирующее звено 16, фильтр

17и источник 18 сигнала задания. Преобразователь 6, является регулируемым. Величина его выходного напряже- ния (тока) зависит от уровня выходного сигнала регулятора 5. Датчик 7

тока установлен в цепь якоря ЭД 9 и.образует контур обратной связи, выходной сигнал которого пропорцио- нален рабочему току ЭД 9. Источник

18сигнала задания определяет темп разгона (торможения) ЭД 9, а ДУ 14

формирует сигнал, зависящий от амплитуды и скорости изменения крутя- щего момента. Благодаря этому осуществляется эффективное демпфирование любых колебаний, , превьщ1ающих по величине стопорное значение момента. Помехоустойчивость контура ограничения динамических нагрузок повьщ ается благодаря последовательно соединен- Hbw элементу 15 и звену 16. В момент времени, когда сигнал на выходе ДУ 14 близок к зоне насьщ1ения, открывается элемент 15 и в цепь обратной связи ДУ 14 включается звено 16. Таким образом исключается режим насыщения ДУ 14. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов экскаваторов, буровых установок, прокатных станов и др.машин. Цель - повышение эффективности ограничения динамических усилий путем повышения быстродействия и помехоустойчивости устройства. Устройство содержит сумматоры 1,2,3, регуляторы напряжения 4 и тока 5, вентильный преобразователь 6, датчики тока 7, напряжения 8 и момента 10 в упругом элементе 11 между электродвигателем (ЭД) 9 и исполнительным механизмом 12, нелинейные элементы 13 и 15 с зоной нечувствительности, дифференцирующий усилитель (ДУ) 14, дифференцирующее звено 16, фильтр 17 и источник 18 сигнала задания. Преобразователь 6 является регулируемым. Величина его выходного напряжения (тока) зависит от уровня выходного сигнала регулятора 5. Датчик 7 тока установлен в цепь якоря ЭД 9 и образует контур обратной связи, выходной сигнал которого пропорционален рабочему току ЭД 9. Источник 18 сигнала задания определяет темп разгона (торможения) ЭД 9, а ДУ 14 формирует сигнал, зависящий от амплитуды и скорости изменения крутящего момента. Благодаря этому осуществляется эффективное демпфирование любых колебаний, превышающих по величине стопорное значение момента. Помехоустойчивость контура ограничения динамических нагрузок повышается благодаря последовательно соединенным элементу 15 и звену 16. В момент времени, когда сигнал на выходе ДУ 14 близок к зоне "насыщения", открывается элемент 15, и в цепь обратной связи ДУ 14 включается звено 16. Таким образом исключается режим "насыщения" ДУ 14. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для и пользо- вания в электроприводах механизмов экскаваторов, а также буровых установок, прокатных станов и других машин.

Целью изобретения является повы- шение эффективности ограничения динамических усилий путем повьпиения быстродействия и помехоусто11чивости устройства.

На фиг.1 показана функциональная схема устройстваj на фиг.2 - временная диаграмма сигналов устройства.

Устройство (фиг.1) содержит первый 1, второй 2 и третий 3 сумматоры,регулятор 4 напряжения, регулятор 5 тока, вентильный преобразователь-6, датчик 7 тока, датчик 8 напряжения электродвигатель 9, датчик 10 момента в упругом элементе 11 между двигателем 9 и исполнительным механизмо 12, первый нелинейный элемент 13 с зоной нечувствительности, дифференди рздощий усилитель 14, второй нелинейный элемент 15 с зоной нечувствительности, дифференцирующее звено 16, фильтр 17 и источник 18 сигнала задания .

Сумматоры 1-3 имеют единичный коэффициент передачи во всем диапазоне изменения управляющих воздейст-

ВИЙ.

Регулятор напряжения 4 и тока 5,

например пропорционально интеграль ные, служат для регулирования соответствующих параметров электродвигателя 9.

Вентильный преобразоват ель 6 является регулируемым, величина его выходного напряжения (тока) зависит от уровня выходного сигнала регулятора 5. Датчик 7 тока, установленный в цепь якоря электродвигателя 9, образует контур обратной связи, выходной сигнал которого пропорционален рабочему току электродвигателя 9

Датчик 8 напряжения формирует сигнал, пропорциональный среднему-значению выходного напряжения преобразователя 6.

Датчик 10 момента формирует на выходе сигнал, пропорциональный мо- менту на контролируемом валу в кинематической цепи между электродвигателем 9 и исполнительным механизмом 12.

Звенья 11 и 12 отображают рабочие органы экскаватора. Первое клиновое звено 13 имеет зону нечувствительности ±С (фиг.2) и единичный коэффициент передачи в диапазоне, превыщающем (по модулю) уровень ±С.

Дифференцирующий усилитель 14 имеет передаточную функцию, например,поледовательно включенных двух форсирующих звеньев

w(p) (т,р + -1- 1) (1)

где Т и Т - постоянные времени.

Максимальньй выходной сигнал усилителя 14 соответствует величине А.

Второй нелинейный элемент 15 выполнен с зоной нечувствительности 0 ± (А-Ь), где Л А, и имеет единичный коэффициент передачи в диапазоне, превышающем величину в,

Передаточная функция звена 16 соответствует виду

W(p) ТР+ 1,

где Т - постоянная времени.

Фильтр 17 реализует передаточную функцию, например, апериодического звена.

W(p)

1

ТфР+1

с постоянным времени Тф.

Источник 18 сигнала задания определяет темп разгона (торможения) электродвигателя 9.

25 ля 14 уменьшается на величину Дх,пр порциональную вольт-секундной площа S (фиг.2), что эквивалентно уменьше нию коэффициента усиления усилителя 14 для полезной составляющей входно

Устройство работает следующим образом..

При превьш1ении крутящим моментом М стопорного значения Мр-р на выходе элемента 13 появляется напряжение, кото- 30 го сигнала.

рое подается на дифференцирующийДля исключения указанного недосусилитель 14. Форсирующие звенья дифференцирующего усилителя 14 настрое ны соответственно на компенсацию постоянных времени управляемого пре- 35 образователя 6 и электромеханической

постоянной времени привода. Напряжение дифференцирующего усилителя 14 через фильтр 17 подается на сумматор

.2, формируя изменение задания регуля- 40 движется по траектории а-Ь

тору 5 тока необходимой амплитуды и (Фиг.2), которая лежит ниже уровня фазы, препятствующие колебаниям динамического момента и его превьш ению над стопорным значением. При увелитатка служат элементы 15 и 16. В момент времени t, когда сигнал на выходе усилителя 14 близок к зоне на- сьш1ения, открывается элемент 15 и в цепь обратной связи усилителя 14 вкл чается дифференцирующее звено 16. Вследствие увеличения постоянной вре мени усилителя 14 его выходной сиг+А. В интервале происходит перезаряд форсирующего звена 16. В точ ке С элемент 15 выключается, выходное напряжение усилителя 14 скачком

резаряд форсирующего звена 16. В т ке С элемент 15 выключается, выходное напряжение усилителя 14 скачком

чениях момента сигнал дифференци- 45

рующего усилителя 14 имеет полярность, Достигает траектории движения сиг- противоположную полярности регулятонала х,и (t) + x(t) .

14 п

Таким образом, введение второго нелинейного, элемента 15 и звена 16 исключает режим насыщения усилителя 14, повышая домехоустойчивость конт ра ограничения динамических нагрузо экскаватора.

pa, и напряжения ирц . При Up |у Орц изменяется полярность напряжения на входе регулятора 5 тока, а двигатель переводится в режим рекуперативного торможения. Благодаря тому, что дифференцирующий усилитель формирует сигнал, который зависит как от ам- плитуды, так и от скорости изменения крутящего момента, осуществляется эффективное демпфирование любых ко- лебаний, превышающих по величине стопорное значение момента. .

Помехоустойчивость контура ограничения динамическ1гх нагрузок достигается введением элемента 15 и звена 16, Предположим, что в момент времени Сд (фиг.2) на вход сумматора 3 (фиг.1) воздействует высокочастотная помеха Xp(t), которая суммируется с полезной составляющей сигнала на.выходе элемента 13. Считаем, что информативный сигнал x.(t) на выходе усилителя 14 за время действия помехи является величиной постоянной (фиг.2), При достаточно высоком уровне сигнала помехи в момент времени t результирующий выходной сигнал x(t) и X п(t) усилителя 24 достигает зоны насыщения операционного усилителя и в интервале ограничивается на

уровне + А. (здесь (t) сигнал помехи после его прохож,цения через дифференциальный усилитель 14). В результате полезная составляющая (t) выходного напряжения усилитея 14 уменьшается на величину Дх,пропорциональную вольт-секундной площади S (фиг.2), что эквивалентно уменьшению коэффициента усиления усилителя 14 для полезной составляющей входного сигнала.

Для исключения указанного недостатка служат элементы 15 и 16. В момент времени t, когда сигнал на выходе усилителя 14 близок к зоне на- сьш1ения, открывается элемент 15 и в цепь обратной связи усилителя 14 включается дифференцирующее звено 16. Вследствие увеличения постоянной времени усилителя 14 его выходной сиг(Фиг.2), которая лежит ниже уровня

+А. В интервале происходит перезаряд форсирующего звена 16. В точке С элемент 15 выключается, выходное напряжение усилителя 14 скачком

Достигает траектории движения сиг-

нала х,и (t) + x(t) .

14 п

Таким образом, введение второго нелинейного, элемента 15 и звена 16 исключает режим насыщения усилителя 14, повышая домехоустойчивость контура ограничения динамических нагрузок экскаватора.

Предлагаемое устройство повьшает эффективность ограничения динамических нагрузок за счет реакции не толь- ко на величину, но и на скорость изменения нагрузки механизма. Устройство работает только в нагрузки, исключается релейное отключение ,устройства при нулевых скоростях привода, устраняя крутильные колебания нагрузки при стопорении привода из- :за наличия упругих элементов в кинематической цепи. Подбором постоянной времени усилителя 14 обеспечивается требуемый характер переходного процесса тока при стоиорении без введения дополнительных узлов. Повышается помехоустойчивость устройства ограничения .

Формулаизобретения 5

Устройство для ограничения динамических усилий в механизме экскаватора, включающее последовательно включенные источник сигнала задания, первый сумматор, регулятор напряже- н ия, второй сумматор, регулятор тока, вентильный преобразователь, выход которого подключен в цепь якоря электродвигателя, на валу которого установлен датчик момента, а выход последнего подключен к входу первого нелинейного элемента, датчик тока.

включенный в цепь якоря электродви- гателя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, датчик напряжения, вход которого подключен к выходу вентильного преобразователя, а выход датчика напряжения подключен к второму входу первого сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности ограничения динамических усилий путем повытаения быстродействия и помехоустойчивости, оно снабжено третьим сумматором, дифференцирующим усилителем, фильтром, .вторым нелинейным звеном и дифференцирующим звеном, при этом выход третьего сумматора подключен через последовательно соединенные дифференцирующий усилитель и фильтр к третьему входу второго сумматора, выход дифференцирующего усилителя также через последовательно соединенные второе не- линейное звено и дифференцирующее звено подключен к второму .входу третьего сумматора, к первому входу кото- роге подключен выход первого нелинейного элемента.

Фиг. 2