Устройство для управления приводом механизма горизонтального перемещения груза на гибком подвесе Советский патент 1993 года по МПК B66C13/22 

; Изобретение относится к подъемно- т эанспортному оборудованию, а именно к устройствам управления приводами горизонтального перемещения груза, закреп- л энного на гибком подвесе, например, п эиводами перемещения моста и тележки мостового крана, перемещения и поворота пЬртового или башенного крана и т.п.

Целью предлагаемого решения являет- OJ повышение надежности управления за c«jeT эффективного гашения колебаний перемещаемого груза и перехода к управлению скоростью самого груза.

Нафиг.1 представлена функциональная оема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональная схема регулятора угла от- кг онения гибкого подвеса; на фиг.З - структурная схема контура регулирования угла отклонения гибкого подвеса; на фиг.4 - при- мфр возможной реализации узла установления нулевых начальных условий.

На фиг.1 показан механизм 1 горизонтального перемещения груза 2 на гибком подвесе 3, устройство управления которым содержит датчик 4 угла наклона подвеса 3 и датчик 5 скорости механизма 1 и регулятор 6 скорости механизма, один вход которого соединен с датчиком 5, а выход подключен к управляющему входу привода механизма 1, а также задатчик 7 скорости перемещения груза 3, интегратор 8, вход которого соединен с датчиком 4, регулятор 9 скорости груза, входы которого подключены к задатчику 7 и к выходу интегратора 8, регулятор 10 угла отклонения подвеса 3, входы которого подсоединены к датчику 4 и к выходу регулятора 9, а выход подключён к другому входу регулятора 6. При этом для ограничения угла а отклонения подвеса 3 на максимально допустимом уровне ama регулятор 9 имеет ограничение выходного сигнала

а на уровне «max Узел 11 установления нулевых начальных условий задает нулевые

ел

С

со

о со

СА) VJ О

начальные условия интеграторам 8 и входящим в регуляторы 9, 10 при отключенном приводе механизма 1.

Устройство работает следующим образом.4

Задатчик 7 задает скорость V 2 горизонтального перемещения груза 2, Однако пока не включен привод механизма 1, узел 11 своими выходами шунтирует обратные связи интеграторов 8 и в регуляторах 9, 10, что сохраняет нулевые начальные условия до момента включения привода.

При включении привода механизма 1 срабатываетузел 11, который пускает интеграторы в работу. На входе регулятора 9 сигнал задания скорости перемещения груза 2 сравнивается с сигналом V12 оценки действительной скорости горизонтального перемещения груза 2; по результатам этого сравнения ив соответствии с законом регулирования на выходе регулятора 9 формируется сигнал « задания угла отклонения ее,

гибкого подвеса 3. Сигнал а не может превысить заданный максимально разрешенный уровень . На входе регулятора 10

сигнал о, сравнивается с сигналом а, снимаемым с датчика 4, и по результатам этого , сравнения и в соответствии с законом регулирования на выходе регулятора 10 формируется выходной сигнал V 1, задающий скорость Vi механизма 1 и отрабатываемый контуром регулирования скорости механизма 1, регулятор 6 которого в соответствии с установленным законом регулирования приводит значение скорости Vi, снимаемое с датчика 5, в соответствие с заданной величиной V 1. С появлением сигнала V 1 механизм 1 начинает двигаться со скоростью Vi. При этом груз 2, в силу своей инерционности/отстает от движения механизма 1 до появления угла отклонения подвеса 3 от вертикали а 0. При этом гтод действием силы тяжести

P m2 -д,(2) где та - масса груза 2,

g - ускорение свободного падения, создается сила горизонтального перемещения

F Р tg а Р а - m2 g а, (3) так как угол «относительно мал. Тогда ускорение горизонтального движения груза 2

а ---дай V2

g/adt, (4)

так что сигнал V12 обратной связи по скорости V2 может быть получен интегрировани

ем выходного сигнала а датчика 4, что и осуществляется интегратором 8. Как видно из фиг.1,

(Vi -V2)dt(5) или, при малых углах а,

a«j(Vi-V2)dt, (6)

где I.-длина гибкого подвеса 3.

Контур регулирования скорости меха- низма 1 с регулятором 6 и обратной связью отдатчика 5 может быть приближенно описан передаточной функцией

Wn(P) Кп

Тп Р + 1

(7)

где Кп - коэффициент усиления замкнутого контура регулирования скорости механизма 1,

Тп -эквивалентная постоянная времени этого контура,

Р - оператор Лаплас.а. Тогда, учитывая выражения (6) и (4). структурная схема контура регулирования угла а будет иметь вид, показанный на фиг.З,

где Ro(P) - передаточная функция регулятора угла а . Из этой структурной схемы следует, что. передаточная функция объекта регулирования в контуре

0

W0 (Р)

Кп ТП1

рз+1 р2+ар +

Тп

I

а

ТП1

. (8)

Принимаем передаточную функцию регулятора

КТп

КТП1

R(PHipip+ a +

КпКп

KTnl

КпР

Ь,(9)

где параметры К, a, b определяют на- стройку динамики контура регулирования угла а. Но при замкнутом контуре для компенсации действия форсировки в регуляторе RO(P) на внешний контур регулирования скорости V2 необходимо включить на входе контура динамическое звено с передаточной функцией

Wi(P)

1

К (Р г + а Р + Ь)

(Ю)

Тогда регулятор 10 может быть реализо- так, как показано на схеме фиг.2, где 12

- первый сумматор (узел сравнения), 13 - второй сумматор, 14 - третий сумматор, 15

- первый интегратор, 16 - второй интегратор, 17 - интегрально-пропорционально- дифференциальное звено (ИПД-звено).

Параметры настройки регулятора находят из соотношений

() )

Р Тп

(11)

rie А и В - желаемые коэффициенты оптимизации характеристического полинома,

0(Р)Р3 + А/эР2 +В/зг.Р.+/ог (12)

: .

Так, например, при оптимизации по критерию А.А.Фельдбаума

А В 1 ,4.

(13)

Задатчик 7 и датчик 4 могут быть выпол- н|вны на базе потенциометров, а интегратор 8; узлы регуляторов 6, 9, 10 и привод механизма 1 могут быть реализованы так, как это орисано в упомянутой книге В.К,Гарнова и др. i Такая реализация усилителей, узлов сравнения (сумматоров), интеграторов, ПИД - звена и др. в настоящее время является типовой.

Типовую реализацию может иметь и улел 11. схема которого и принцип действия из фиг.4: при отключенном приводе контакторы В и Н разомкнуты, контакторы р гле Р в цепях обратных связей шунтируют обратные связи интеграторов, удерживая и|с выходной сигнал на уровне, близком к нулевому; при включении привода вперед (н|азад) закрывается контакт В(Н), и напряжение U поступает на реле Р, которое срабатывает, размыкает свои контакты в цепях обратных связей интеграторов, запуская интеграторы на интегрирование.

Как видно из описания и прилагаемых , заявляемое устройство свободно от недостатков известных решений в рассматриваемой области, эффективно гасит колебания подвешенного на гибком подвесе груза (за счет введения контура регулирования угла отключения подвеса от вертикали), повышает надежность выведения груза в заданную точку (за счет введения контура регулирования скорости перемещения груза, т.е. за счет перехода к управлению движением непосредственно груза, а не транспортирующего механизма), увеличивает безопасность эксплуатации подъемно- транспортного механизма (за счет устранения раскачивания груза и увеличения точности управления его движением), увеличивает производительность подъемно-транспортного механизма (за счет увеличения точности управления его движением, что позволяет вести перемещение груза с максимальными прусловию ограничения угла отключения подвеса ускорения и максимально допустимыми скоростями работы механизма).

Формула изобретения

1. Устройство для управления приводом механизма горизонтального перемещения груза на гибком подвесе, содержащее датчики угла наклона гибкого подвеса и скорости механизма перемещения и регулятор

скорости механизма перемещения, один вход которого соединен с датчиком скорости механизма перемещения, а выход подключен к управляющему входу привода механизма перемещения, отличающеес я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено задатчиком скорости перемещения груза и интегратором, вход которого соединен с датчиком угла наклона гибкого подвеса, регулятором скорости груза, входы которого подключены к задатчику скорости перемещения груза и к выходу интегратора, регулятором угла отклонения гибкого подвеса, входы которого подсоединены к датчику угла наклона гибкого подвеса и к выходу регулятора скорости груза, а

выход подключен к другому входу регулятора скорости механизма перемещения.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что регулятор угла отклонения гиб- кого подвеса включает в себя сумматоры, одними входами первых двух из которых образованы входы регулятора, интеграторы, вход одного из которых соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к одному входу третьего сумматора, выход которого подключен к входу другого интегратора, и интегрально-про- порционально-дифференциальным блоком, вход которого соединен с выходом второго

сумматора, а его выходом образован выход третьего сумматоров подключены к выходу регулятора, причем другие входы первого и второго интегратора.

Фиг.1

Фи г. I

фие.З