Электромеханическая следящая система Советский патент 1992 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в электромеханических системах управления,

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик электро- механической следящей системы путем снижения потерь в якорной обмотке двигателя.

На чертеже приведена схема электромеханической следящей системы.

Система содержит задатчик скорости 1, регулятор положения 2, регулятор скорости 3, Корректирующее устройство 4, регулятор мощности потерь 5, модулятор 6, релейный элемент 7, регулятор тока 8, датчик напря- жения 9, усилитель мощности 10, квадратор 11, электрический двигатель постоянного тока 12, датчик тока 13, датчик скорости 14, механическую передачу 15, датчик положения 16, объект регулирования 17.

В электромеханической следящей системе ротор электрического двигателя посто- янного тока 12 через механическую передачу 16 соединен с объектом регулирования 17, Датчик 16 и датчик 1 положения подключены соответственно к вычитающему и суммирующему входам регулятора положения 2, выход которого подключен к суммирующему входу регулятора скорости 3. Вычитающий вход последнего через кор- ректирующее устройство 4 соединен с выходом датчика скорости 14, а выход соединен с суммирующим входом регулятора мощности потерь 5, вычитающий вход которого подключен к выходу модулятора 6, а выход соединен с суммирующим входом регулятора тока 8. Вычитающий вход регулятора тока 8 объединен с входами квадратора 11 и подключен к выходу датчика тока 13, включенного в якорную цепь электрического двигателя постоянного тока 12, а выход через усилитель мощности 10 подключен к якорной обмотке двигателя 12, параллельно с которой включен датчик напряжения 9. Выход последнего через релейный элемент 7 подключен к управляющему входу модулятора 6, информационный вход которого подключен к выходу квадратора 11.

Электромеханическая следящая система работает следующим образом, Положе- ние (р объекта 17 регулируется путем перемещения его рабочего органа с помощью электрического двигателя постоянного тока 12 через механическую передачу 16. Измерение положения объекта регу- лирования производится с помощью датчика положения 16; Скорость Q двигателя 12 измеряется с помощью датчика 14 скорости, а ток i - с помощью датчика 13 тока. Напряжение на якорной обмотке измеряется с помощью датчика напряжения 9. выходной сигнал ug датчика 9 напряжения поступает на вход релейного элемента 7, который формирует сигнал

Ue при

U7

-Ue при u9 0

где Ue - const - напряжение, соответствующее уровню логической единицы.

Выходной сигнал и релейного элемента 7 поступает на управляющий вход модулятора 6, коэффициент передачи которого определяется соотношением

{+1 при U7 Ue; -1 при U7 -Ue.

На информационный вход модулятора 6 поступает сигнал ип с выхода квадратора 11, на выходе которого действует сигнал U13, пропорциональный току якорной обмотки двигателя 12:

im ki3i,

где - коэффициент передачи датчика тока 13.

Таким образом, на выходе модулятора 6 действует сигнал

kiiki32i2 при ug О U6 кечи k6knki32i2 j

-knki3i при ug О,

где kn - коэффициент передачи квардрато- ра 11.

Сигнал U6 на выходе модулятора пропорционален квадратору тока якоря и, следовательно, пропорционален мощности потерь в якорной обмотке:

Ря 2гя,(1)

где гя - сопротивление якорной цепи.

Таким образом, на выходе модулятора 6 формируется сигнал, абсолютное значение которого пропорционально мощности потерь в обмотке якоря. Изменение знака этого сигнала при изменении полярности напряжения на якорной обмотке двигателя 12 необходимо для сохранения знака обратной (отрицательной) связи по мощности потерь при изменении направления вращения двигателя.

На суммирующий вход регулятора 2 положения с выхода задатчика 1 положения подается сигнал щ, пропорциональный требуемому значению регулируемой координаты системы. На второй вычитающий вход регулятора 2 положения поступает сигнал U16 с выхода датчика положения, пропорциональный измеренному значению р регулируемой координаты. В регуляторе 2

положения производится вычисление ошибки регулирования Е- ui-uie и преобразование ее в соответствии с выбранным законом регулирования, например П-, ПД-, или ПИ-. Выходной сигнал иа регулятора 2 положения поступает на суммирующий вход регулятора 3 скорости, на вычитающий вход которого поступает сигнал щ с выхода корректирующего устройства 4. На выходе корректирующего устройства 4 действует выходной сигнал иц датчика 14 скорости. Назначение корректирующего устройства 4 - формирование заданных динамических свойств контура регулирования скорости. При этом корректирующее устройство 4 может быть выполнено, например, в виде пропорционального, реального дифференцирующего, интегродифференцирующего или другого звена.

Выходной сигнал из регулятора 3 скоро- сти поступает на суммирующий вход регулятора 5 мощности потерь, на вычитающем входе которого действует сигнал ие с выхода модулятора 6, пропорциональный мощности потерь в якорной обмотке двигателя.

Сигнал us с выхода регулятора 5 мощности потерь поступает на суммирующий вход регулятора 8 тока, второй вычитающий вход которого подключен к выходу датчика 13 тока. Выходной сигнал регулятора 6 тока поступает на вход усилителя мощности 10, к выходу которого подключена якорная обмотка двигателя 12.

Таким образом, электромеханическая следящая система содержит четыре контура регулирования: главный, образованный регулятором 2 положения и датчиком 16 положения, и три подчиненных. Первый подчиненный контур тока включает регулятор 8 тока и датчик 13 тока. Второй подчи- ненный контур мощности потерь содержит регулятор 5 мощности потерь и измерительный преобразователь мощности потерь, состоящий из датчика 13 тока, датчика напряжения 9, релейного элемента 7, квад- ратора 11 и модулятора 6. Третий подчинен- ный контур регулирования скорости содержит регулятор скорости 3, датчик скорости 14 и корректирующее устройство 4.

Действие подчиненного контура регу- лирования мощности потерь происходит следующим образом. В любом режиме работы электромеханической следящей системы сигнал ue, пропорциональный мощности потерь в якорной обмотке поступает на вы- читающий вход регулятора 5 мощности потерь. В результате этого в динамических режимах работы всегда минимизируется мощность потерь в якорной обмотке даигателя, которая, как известно, составляет основную часть потерь в двигателе.

Скорость Q и положение р в электромеханической следящей системе связаны с током соотношениями

Q Ј / idt;(2)

I

м }/idt, о о

(3)

р Км / Qdt СК

о

где I - момент инерции механических масс, приведенный к валу двигателя;

с - конструктивная постоянная двигателя;

Км - коэффициент передачи механического передаточного устройства.

Мощность потерь в якорной обмотке пропорциональна квадрату тока и определяется формулой (1). Энергия, теряющаяся в виде тепла в якорной обмотке,

Е / Ря d t / гя i2 d t. (4) оо

Из уравнений (1), (2), (3) и (4) следует, что потери пропорциональны квадрату тока и, следовательно, находятся в сильной зависимости от его мгновенных значений. Скорость двигателя пропорциональна интегралу от тока и, следовательно, зависит не от мгновенных значений, а определяется площадью фигуры, образуемой током в переходном процессе. Положение р пропорционально двойному интегралу от тока.

Следовательно, практически одинаковым переходным процессам для положения могут соответствовать различные диаграммы тока. Наилучшим процессом является такой, при котором энергия потерь за время переходного процесса минимальна.

Отрицательная обратная связь по мощности потерь действует в электромеханической следящей системе таким образом, что при больших токах напряжение на якорной обмотке и, следовательно, ток двигателя уменьшаются, т.е. происходит ограничение тока, обеспечивающее минимизацию потерь в якорной обмотке двигателя,

Таким образом, в предлагаемой электромеханической следящей системе по сравнению с известным техническим решением обеспечивается уменьшение потерь энергии в динамических режимах и, следовательно, повышение энергетических характеристик. При этом положительный эффект достигается простым способом и не требует для технической реализации существенных изменений типовых структур и

элементной базы электромеханических систем управления.

Следовательно, использование в известной электромеханической следящей системе регулятора мощности потерь позволяет улучшить его энергетические характеристики путем снижения потерь в якорной обмотке.

Формула изобретения Электромеханическая следящая система, содержащая задатчик положения, выход которого соединен с суммирующим входом регулятора положения, вычитающий вход которого соединен с выходом датчика положения, механически соединенного с ротором электродвигателя постоянного тока, а выход - с суммирующим входом регулятора скорости, и последовательно соединенные регулятора тока, усилитель мощности и электродвигатель постоянного тока, с ротором которого соединен вход датчика скорости, а в якорную цепь включен датчик тока,

выход которого соединен с вычитающим входом регулятора тока, а также релейный элемент, отличающаяся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик путем снижения потерь в якорной обмотке в динамических режимах работы системы, в нее введены корректирующее звено, датчик напряжения, квадратор, модулятор и регулятор мощности потерь, суммирующий вход которого подключен к выходу регулятора скорости, выход соединен с суммирующим входом регулятора тока, а вычитающий вход подключен к выходу модулятора, информационный вход которого через квадратор подключен к выходу датчика тока, управляющий через релейный элемент соединен с выходом датчика напряжения, включенного параллельно якорной обмотке электродвигателя постоянного тока, а выход датчика скорости через корректирующее звено соединен с вычитающим входом регулятора скорости.

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в электромеханических системах управления. Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик электромеханической следящей системы путем снижения потерь в якорной обмотке двигателя в динамических режимах работы. Электромеханическая следящая система содержит за- датчик 1 скорости, регуляторы положения 2, скорости 3, мощности потерь 5, тока 8, корректирующее устройство 4, модулятор 6, релейный элемент 7, датчик 9 напряжения, усилитель 10 мощности, квадратор 11, электрический двигатель 12 постоянного тока, механическую передачу 15, объект 17 регулирования, датчик 16 положения, датчики тока 13,скорости 14.1-2-3-5-8-10-12-15- 17,10-13-8,10-9-7-6-5,13-11-6,15-14-4- 3, 15-16-2.1 ил. (Л С vj ON N О CJ ю