Электропривод возвратно-поступательного движения

Электропривод возвратно-поступательного движения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ВОЗВРАТНОПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащий электромагнитный двигатель с двумя обмотками управления и ферромагнитным якорем, датчик положения якоря , последовательно ctэeдинeнныe программный блок, блок формирования требуемой производной сигнала, блок сравнения, к выходу которого подключены два реле, причем первое реле, соединенное выходом с одной обмоткой, подключено через инвертор, а второе, соединенное выходом с второй обмоткой , - непосредственно, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения диапазона рабочих частот, в него введен дифференцирующий фильтр с изменяемой инерционностью , имеюи Т1й выходы сигнала и его производных, причем выход второй производной подключен к второму выходу блока сравнения, другие выходы фильтра подключены к входам блока формирования требуемой производной, а вход дифференцирующего фильтра подключен к датчику положения якоря. 2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что дифференцирующий фильтр с изменяемой инерционностью состоит из задатчика частоты, квадратора, первого блока (П перемножения и последовательно соединенных вычитающего блока, второго С блока перемножения, сумматора, двух интеграторов, причем выход первого интегратора подключен также к входу вычитающего блока, к другому входу которого подключен датчик положения якоря, а задатчик частоты подключен к входу первого блока перемножения и соединен с входом второго блока перемножения через квадратор.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И«

РЕСПУБЛИН

09) (и) 4 (51) Н 02 Р 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬП ИЙ (21) 3607751/24-07 (22) 23.06.83 (46) 23.01.85. Бюл. Ф 3 (72) В.С. Крапивин (53) 621. 313.04 (088. 8) (56) 1. Испытательная техника.

Справочник под ред. Ключева В.В.

М., "Машиностроение", 1982, с.184—

, 195.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 3426659/24-07, кл. Н 02 Р 7/62, 1982. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ВОЗВРАiHOПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащий электромагнитный двигатель с двумя обмотками управления и ферромагнитным якорем, датчик положения якоря, последовательно соединенные программный блок, блок формирования требуемой производной сигнала, блок сравнения, к выходу которого подключены два реле, причем. первое реле, соединенное выходом с одной обмоткой, подключено через инвертор, а второе, соединенное выходом с второй обмоткой, — непосредственно, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения диапазона рабочих частот, в него введен дифференцирующий фильтр с изменяемой инерционностью, имеющий выходы сигнала и его производных, причем выход второй производной подключен к второму выходу блока сравнения, другие выходы фильтра подключены к входам блока формирования требуемой производной, а вход дифференцирующего фильтра подключен к датчику положения якоря.

2. Электропривод по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что дифференцирующии фильтр с изменяемой инерционностью состоит из задатчика частоты, квадратора, первого блока перемножения и последовательно соединенных вычитающегo блока, второго блока перемножения, сумматора, двух интеграторов, причем выход первого интегратора подключен также к входу вычитающего блока, к другому входу которого подключен датчик положения якоря, а задатчик частоты подключен к входу первого блока перемножения и соединен с входом второго блока перемножения через квадратор.

95 му входу блока сравнения, а другие выходы подсоединены к входам блока формирования требуемой производной (2) .

В известном устройстве обеспечивается повышение точности воспроизведения заданных движений якоря и расширение области устойчивости все го электропривода в целом за счет.того, что в нем обеспечивается орга-. низация быстродействующего разветвленного контура поддержания требуемой производной выходной величины (переиещения якоря), работающего в скользящем режиме (режиме высокочастотных автоколебаний). В этом контуре осуществляется локализация и быстрое парирование силовых возмущений и свойств двигателя, как нелинейного и структурно неустойчивого объекта управления, что и приводит к расширению области устойчивости известного электропривода и повьппению точности воспроизведения заданных перемещений якоря.

Однако известный электропривод обладает недостаточно широким рабочим частотным диапазоном. Максимальная рабочая частота колебаний якоря в нем примерно в,10 раз меньше частоты автоколебаний в контуре поддержания требуемой производной и не превышает 20-30 Гц. Это ограничивает область применения известного устройства.

Целью изобретения является расширение области применения за счет увеличения диапазона рабочих частот.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод возвратнопоступательного движения, содержащий электромагнитный двигатель с двумя обмотками управления и ферромагнитным якорем, датчик положения якоря, последовательно соединенные програимный блок, блок формирования требуемой производной сигнала, блок сравнения, к выходу которого подключены два реле, причем первое реле, соединенное выходом с одной обмоткой, подключено через инвертор, а второе, соединенное выходом с второй обмоткой, — непосредственно, введен дифференцирукщий фильтр с. изменяемой инерционностью, имеющий выходы сигнала и его производных, причем выход второй производной подключен к второ40

Наиболее близок к изобретению по назначению и технической сущности электропривод возвратно-поступательного движения, содержащий электромагнитный двигатель с двумя обмотками управления.и ферромагнитным якорем, датчик положения якоря, последовательно соединенные программный блок, блок формирования требуемой производной сигнала, блок сравнения, к выходу которого подключены два реле, причем первое реле, связанное выходом с первой обмоткой, подключено через инвертор, а второе, соединенное выходом с второй обмоткой, подключено непосредственно, к датчику положения. подключен вход блока дифференцирования, выход второй производной которого подключен к второ45

55

1 11362

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем электропривода возвратно-поступательного движения виброустановок и машин виброударного действия.

Известен электропривод возвратнопоступательного движения, содержащий электромагнитный двигатель с обмотками подмагничивания и управле- 10 ния, магнитопроводом и ферромагнитным якорем, последовательно соединенные датчик скорости перемещения якоря и усилительное устройство, подключенное к обмоткам управления, а также источник постоянного тока, подсоединенный к обмоткам подмагничивания. Усилительное устройство содержит предварительный и оконечный усилители. Предварительный усилитель снабжен блоком стабилизации амплитуды колебаний ферромагнитного якоря 1) .

Недостатком указанного устройства является неустойчивость среднего положения якоря, где результирующая электромагнитная сила равна нулю. Для обеспечения работоспособности такой электропривод должен быть снабжен упругой системой подвески якоря, а это ухудшает его статические и динамические характеристики. Указанное устройство также не обеспечивает достаточно высокой точности воспроизведения заданных

35 перемещений якоря при действии на него силовых возмущений, особенно при работе электропривода в апериодическом режиме.

Электропривод содержит также задатчик 22 частоты колебаний якоря 6, через квадратор 23 подсоединенный к другому входу блока 17 перемножения.

3 1 му входу блока сравнения, другие входы фильтра подключены к входам блока формировайия требуемой производной, а вход диффаренцирующего

Фильтра подключен, к датчику положе ния якоря»

При этом. дифференцирующий фильтр с изменяемой инерционностью состоит иэ эадатчика частоты, квадратора, первого блока перемножения и последовательно, соединенных вычитающего блока, второго блока перемножения, сумматора, двух интеграторов, причем выход первого интегратора подключен также к входу вычитающего блока, к другому входу которого подключен датчик положения якоря, а эадатчик частоты подключен к входу первого блока перемножения и соединен с входом второго блока перемно жения через квадратор.

На фиг. 1 изображена Функциональная схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 и 3 - осциллограммы . электрических сигналов на выходах датчика положения, задатчика частоты колебаний якоря и программного блока при неизменном и меняющемся задании положения якоря.

Электропривод содержит электромагнитный двигатель с обмотками управления 1 и 2 и подмагничивания 3 и

4, размещенными на магнитопроводе 5, и ферромагнитным якорем 6, последовательно соединенные программный блок 7, блок 8 формирования требуемой производной, блок 9 сравнения, инвертирующий усилитель 10, первое двухпозиционное реле 11 и первый усилитель 12 мощности, подключенный к первой обмотке 1 управления. Выход блока .9 сравнения через второе двухпозиционное реле 13 и второй усилитель 14 мощности подключен к второй обмотке 2 управления. Между выходом датчика 15 положения и вторым входом блока 8 формирования включены последовательно соединенные вычитающнй блок 16, первый блок 17 перемножения, сумматор 18, первый 19 н второй 20 интегрирующие усилители. Между другим входом сумматора 18 и входом ннтегрируккцего усилителя 19 включен второй блок 21 перемножения.

136295 4

При этом выход первого интегратора

19 подключен также к третьему входу блока 8 Формирования, выход вто"рого интегратора 20 подсоединен к у другому входу вычитающего "блока 16 ° выход сумматора 18 подключен к другому входу блока 9 сравна ô а выход эадатчика 22 - к другому входу второго блока 21 перемножения, Блоки

1я 16-23 образуют диффаренцирующнй фильтр с изменяемой инерционностью.

Блоки 7 и 22 могут быть выполнены в виде источников регулируемас напряжений, а блок 8 - в виде усилителя, постоянного тока с суммируккцими входами. Блоки 9-11, 13, 16-21 и 23 выполняются известным образом на ,интегральных микросхемах. Усилители

12 и 14 мощности работают в ключе- эр вом режиме и могут быть выполнены на силовых транзисторах или тиристорах. Датчик 15 положения может быть индуктивным, потенциометрическим, фотоэлектрическим, лазерным и т.д.

2S . Использование обмоток 3 и 4 подмагничивания не обязательно, но при прочих равных условиях позволяет в

5-10 раз повысить быстродействие электропривода, а следовательно, и расширить его рабочий диапазон.

Электропривод работает следукицим образом.

Обмотки подмагничивания питаются неизменным по величине постоянным током. На выходе блока 8 также, кяк и s известном электроприводе t2) формируется требуемая производная выходной величины x s соответствии с заданным дифференциальным уравнением движеня: х= Р(х, у, у), (1)

I х ) (фР р + P S, ð + 1)

45 0,1,2, где à — непрерывная однозначная функция, ха -:программа изменения выходной величины на выходе блока 7, ° ° ° у,у,у - измеренные значения выходной величины х и ее произ° ° Ф водных х, х на выходах блоков 20, 19 и 18 соответственно, И W>(P )- передаточная функция дифференцнруккцего фипьтра— совокупности блоков 16-23 по выходам у, у, у, 1136295 тока I< в обмотке 1 ток в обмотке 2 не протекает. Воздействие тягового

I усилия F>< на якорь 6 приводит к его перемещению и, следовательно, изме5 нению выходного. сигнала х датчика

15. В результате изменяются сигналы и на вьмодах блоков 16-23. При фиксированном значении сигнала

P " на выходе блока 22 сигнал U»8 -=

= у на выходе сумматора 18 изменяется в соответствии с уравнением где Т d — желаемые параметры пе<»< М< 15 реходного процесса отработки (постоянная времени и коэффициент демпфирования соответственно).

В предлагаемом электроприводе можно структурным преобразованием .выделить контур "быстрых" движений — контур управления, в котором локализуется проявление возмущений.

При этом высокочастотные автоколе.бания, возникающие в контуре "быстрьм" движений, являются рабочими колебаниями якоря 6 с регулируемой частотой и амплитудой. Регулирование частоты этих колебаний в требуе- З0 мом диапазоне обеспечивается использованием дифференцирующего фильтра. с изменяемой инерционностью, содержащего блоки 16-23.

Пусть в начальный момент якорь 6 35 находится в крайнем правом положении и х(о) = О. При этом усилители

12 и 14 отключены от обмоток 1 и 2.

Сигнал х на вьжоде датчика 15 положения равен нулю. Нулю равны и сиг- <0 ???????? ???? ?????????????? ???????????????????????? 19, 20 ?? ?????????????????? 18. ???? ???????????? ?????????? 22 ???????????? ?????????? ?? . ?????? ?????????????????? ?????????????? 7 ?????????????????? ?????????????? ?? 8 ?????????????????????? ????- 5 ?????????????? (?? ) ???????? ???????????????? ?????????? ?????????? 9-11 13 ???????????????? ?? ?????????????????? ???????? 11 ?? ???????????????? ?????????????????? ?????????????????? (????????????????, 0??> О, Ц»1 + О). После подключения усилителей 12 и 14 к обмоткам 1 и 2 управления по обмотке 1 протекает ток I» и возникает тяговое усилие », воздействующее на ферро- магнитный якорь 6 влево к положению магнитного равновесия в поле включенной обмотки 1. Так, как и в известном электроприводе, при протекании — малый параметр, определяю1 щий инерционность дифференцирующего фильтра, »»= 1,2-1,4.

Функция F (х0, у, у) отражает заданные динамические свойства электропривода. Она может быть принята линейной в виде

1 к=О(х,у,ц =Т„(x-ф-2д т <,х* 0п, (г> ъ 2

4*ч* щ"гФм 4о и1с<80я;Ц-0,о.О»а или учить»вая, что» вЂ” коэффициент передачи блока 18 по первому входу;

k — коэффициент передачи блока 18 г по второму входу

"гЗ Р 45 " "»»=Ч >"22 p ) "го=9 < получаем у P- (x — w) (u ъ

Это уравнение дифференцирующего фильтра с передаточной функцией вида

ЧЧ (P ) = (РгР + P b p+ 1)»

1 т.е. сигналы О»< = у и U»« = " на выходах блоков 1.9 и 18 являются оцен ками производных х и х.

В следующий момент резкое. возрас° I тание ускорения х и его измеренно< ° го значения у на выходе блока 18 приводит к изменению знака рассогласования на выходе блока 9 сравнения.

В результате реле 11 и 13 переключаются в новые устойчивые состояния, реакциями на которые являются спад тока 1< в обмотке 1 и нарастание тока, в обмотке 2. Электропривод входит в скользящий режим и в контуре управления устанавливаются высокочастотные автоколебания с частотой (д = »»» . Амплитуда колебаний якоря может регулироваться соответствука им изменением уровней ограничений + <»< на выходные напряжения усилителей 12 и 14.

Таким образом, частота автоколебаний »д в контуре управления и на

1136295 выходе электропривода определяется значением малого параметра p — инерционностью реального дифференцирования. Введение дщЯеренцирукщего фильтра с изменяемой инерционностью в электропривод обеспечивает воэможность реализации скользящего режима (режима высокочастотных автоколебаний) с регулируемыми частотой и амплитудой колебаний. Поскольку величина должна быть не менее чем в

10 раз меньше заданной инерционности электропривода Тж, то н минимальная частота автоколебаний также в

10 раз должна превышать максимально возможную частоту известного устройства. Это и приводит к увеличению диапазона рабочих частот предлагаемого электропривода, а следовательно, и к расширению его области применения, например, в технике вибрационвых испытаний. Предлагаемый электропривод может работать как вибропривод (фиг. 2) или как следящий электропривод с наложением вибрационной составляющей (фиг. 3) . Во втором случае его.применения одновременно с воспроизведением высокочастотных автоколебаний с заданными параметрами ц и А» обеспечивается отслеживание с заданной динамикой

10 требуемого закона изменения медленной составляющей х(1).

Использование изобретения позволяет увеличить частоту колебаний якоря до 500 Гц, а с использованием

15 обмоток подмагничивания до 3-5кГц. дополиительный эффект от использования изобретения состоит в упрощении электромеханической системы

20 увеличения ее срока службы ввиду исключения упругих механических элементов — пружин.

l l36295

I I 36295

2Ах

Р /м

Составитель В.Алфимов

Редактор И.Николайчук Техред А.Бабинец Корректор А.Обручар

Заказ 10299/43 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 >илиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4