Система управления электромагнитным подвесом Советский патент 1991 года по МПК G05B11/01 F16C32/04 

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

Цель изобретения - упрощение системы и повышение ее надежности.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на фиг. 2- конструктивная схема электромагнитного подвеса,

Система (фиг. 1) содержит датчик 1 положения, регулирующий блок 2, первый и второй сумматоры 3 и 4, источник 5 опорного сигнала, первый и второй умножители 6 и 7, первый и второй усилители 8 и 9 мощности, первый и второй исполнительные механизмы 10 и 1.1, объект 12 управления, задатчик 13, первый и второй блоки М и 15 извлечения корня.

На фиг. 2 обозначено: об.мотки 16, 17 исполнительных механизмов; И, lz токи первого и второго исполнительных механизмов 10 и 11; FL Fa - силы взаимодействия исполнительных механизмов 10 и 11 и объекта 12 управления; - зазоры между исполнительными механизмами 10 и

О W

ел Ј

11 и объектом 12 управления; Д F - результирующая сила; е - смещение объекта 12 управления относительно положения равновесия.

Объектом 12 управления является подвешиваемое тело, а исполнительными механизмами 10 и 11 - электромагниты. В качестве усилителей мощности применяются широтно-импульсные усилители - модуляторы.

Специфика рассматриваемого управления электромагнитным подвесом тела (фиг. 2) состоит в том, что объект 12 управления - подвешиваемое тело - располагается между верхним и нижним (правым и левым) исполнительными механизмами 10 и 11 - электромагнитами, и результирующая сила Л F, определяющая движение (положение) тела, формируется в каждый момент времени как разность A F FT - F2 сил двух электромагнитов, расположенных на одной оси. Каждая из этих сил воздействует на подвешиваемое тело по известному закону:

F KF42/ 52;(1)

(.

где д - зазор между электромагнитом и телом;

е - смещение тела относительно положения равновесия;

д0 - исходный зазор.

Как видно из(1), статическая характеристика связи F f((5) существенно нелинейна, и для улучшения динамических качеств системы подвеса в нее необходимо ввести нелинейную коррекцию.

Из указанной специфики управления подвесом с помощью двух электромагнитов по одной оси вытекает необходимость линеаризации характеристики (1) для каждого электромагнита, поэтому введены отдельные нелинейные корректирующие устройства и исполнительные механизмы. Как видно из изложенного, рассматриваемая система поддерживает подвешиваемое тело в положении е 0 (фиг. 1), т.е. является следящей с нулевым сигналом задания, формируемым на выходе задатчика 13.

Регулирующий блок 2 является звеном последовательной коррекции динамической характеристики системы, в котором реализован, например, ПИД-закон регулирования.

Первый сумматор 3, первый умножитель 6 и первый блок 14 извлечения корня, а также второй сумматор 4, второй умножитель 7 и второй блок 15 извлечения корня совместно с источником 5 опорного сигнала являются звеньями последовательной нелинейной коррекции статической характеристики объекта 12 управления. Корректируемой нелинейной характеристикой объекта 12 управления является указанная зависимость (1) электромагнитной силы AF от зазора между электромагнитом и подвешиваемым телом, характерная для каждой силы FI и F2 (фиг. 2). Выходы исполнительных механизмов 10 и 11 являются этими силами. Сила A F формируется в объекте 12 управления.

Система работает следующим образом.

Задатчик 13 формирует сигнал задания

по положению, например в частном случае.

нулевой. Датчик 1 положения формирует

сигнал, пропорциональный смещению объекта 12 управления от положения равновесия. Выходные сигналы задатчика 13 и датчика 1 положения поступают на входы регулирующего блока 2, в котором они сравниваются, а результат сравнения преобразуется в соответствии с законом регулирования, реализованным в нем.

Выходной сигнал регулирующего блока 2 суммируется в первом сумматоре 3 и вычитается во втором сумматоре 4 со своим знаком из выходного сигнала источника 5 опорного сигнала.

Выходной сигнал источника опорного сигнала устанавливается пропорциональным исходному зазору 60 между исполнительным механизмом 10 (или 11) и положением равновесия (фиг. 2).

На выходах первого и второго сумматоров 3 и 4 формируются сигналы, пропорциопальные истинным зазорам 6i, 62 :

U, Ki д, ,(2)

где 5i (62) - истинные зазоры между объектом 12 управления и исполнительными механизмами 10 (или 11);

Ki - коэффициент, учитывающий статический коэффициент усиления датчика 1 по- ложения, регулирующего блока 2 и сумматора 3 (или сумматора 4).

Далее эти сигналы поступают на входы

умножителей 6 и 7 и с их выходов на входы блоков 14 и 15 извлечения корня, на выходах которых имеем

U2 К2 (53/2.(3)

где К2 Кк53/2.

Следовательно, сигнал тока в обмотках 16 и 17 исполнительных механизмов 10 и 11 имеет вид

| кз -а3/2,(4)

где Кз К2 Ку;

Ку - коэффициент усиления усилителей 8 и 9 мощности.

Подставив значение тока из (4) в известное выражение для вычисления силы взаимодействия электромагнита и ферромагнитного тела,получим

F KF .(5)

где Кр - коэффициент, определяемый конструктивными параметрами электромагнита исполнительного механизма 10 (или 11).

После подстановки получим

F K4 -д.(6)

где К - KF Кз2.

Анализируя выражение (6), можно отметить, что в данной системе, как и в прототипе, регулирующее воздействие линейно зависит от сигнала рассогласования.

Данное техническое решение позволяет упростить систему, сократить количество связей путем исключения блоков умножения и вычислителя зазоров, сохранить высокие динамические качества, повысить надежность системы в целом.

Формула изобретения

Система управления электромагнитным подвесом, содержащая последователь0

5

0

но соединенные первый умножитель, первый усилитель мощности и первый исполнительный механизм и последовательно соединенные второй умножитель, второй усилитель.мощности и второй исполнительный механизм, а также объект управления, соединенный первым и вторым входами с выходами первого и второго исполнительных механизмов, а выходом - с входом датчика положения, подключенного выходом к первому входу регулирующего блока, соединенного вторым входом с выходом за датчика, а выходом - с первыми входами первого и второго сумматоров, подключенных вторыми входами к выходам источника опорного сигнала, а выходами - к входам первого и второго блоков извлечения корня, выходы которых подключены к первым входам умножителей, отличающаяся тем, что, с целью упрощения системы и повышения надежности, вторые входы умножителей соединены с выходами соответствующих сумматоров.

Изобретение относится к приборостроению и станкостроению и может найти применение при управлении положением ротора в активных электромагнитных опорах. Цель изобретения - упрощение системы при сохранении ее высоких динамических качеств и повышение ее надежности. Система содержит датчик и за- датчик положения, регулирующий блок с ПИД-законом регулирования и два канала линеаризации, каждый из которых содержит сумматор, первые входы сумматоров соединены с выходом регулирующего блока, а вторые - с выходами источника опорного сигнала. При этом сумматор в каждом канале последовательно соединен с блоком воз- ведения в третью степень, блоком извлечения корня, широтно-импульсным усилителем мощности и исполнительным механизмом (электромагнитом), который воздействует на объект управления. Положение объекта определяется датчиком. Датчик вырабатывает сигнал, пропорциональный смещению объекта от положения равновесия, который через регулирующий блок, каналы линеаризации воздействует на объект и возвращает его в исходное состояние, Источник опорного сигнала задает значение исходного зазора между объектом и исполнительными механизмами. 2 ил.

77

1

Фиг. 1

J4

ось ра нобесного

Фаг. 2