Устройство для управления магнитным подвесом транспортного средства

Устройство для управления магнитным подвесом транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в скоростных транспортных системах для регулирования тока в подъемных магнитах магнитного подвеса. Сущность изобретения: устройство содержит блок сравнения по числу каналов п датчиков зазора, трех сумматоров, п блоков сравнения, усилителей, п - исполнительный блок, включающий в себя п широтно-импульсных модуляторов и п вентильных преобразователей ,п подъемных электромагнитов, m датчиков веса, m анало- ro-цифровых преобразователей, m регистров , п регистров, блок определения суммарной массы грузов и координат их общего центра тяжести, блок определения распределения суммарной массы грузов между подъемными электромагнитами, п цифроаналоговых преобразователей, функциональный преобразователь, включающий в себя п блоков выработки компенсирующих сигналов, генератор, инвертор, транспортерное средство. 11 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 60 1 13/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4673836/11 (22) 10.03.89 (46) 30.04.93, Бюл. М 16 (71) Особое конструкторское бюро линейных электродвигателей с опытным производством (72) Г,Ф»Зайцев, В.Г,Шульга, В.Ф;Шинкаренко, В.С,Попков и С.А.Погорелов (56) Разработка и исследование системы управления электромагнитным подвесом и стабилизацией экипажа ВСНТ. Отчет о н аучно-исследовател ьс кой работе, инв.

М 0284.0081159, гр. 81056052, Новочеркасск, ВЭлНИИ, 1984, с. 36, рис,23. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА (57) Использование; в скоростных транспортных системах для регулирования тока в

Изобретение относится к автоматическому управлению, в частности к управлению магнитным подвесом транспортного средства (вагон, платформа и др.).

Цель изобретения — повышение точности стабилизации воздушного зазора, увеличение быстродействия устройства управления.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа наличием датчиков масс транспортируемых грузов, блока определения суммарной массы грузов и их общего центра тяжести, блока определения распределения суммарной массы грузов между подъемными электромагнитными, блоками выработки компенсирующих сигналов. Указанные элеÄÄ5UÄÄ 1812143 А1 подъемных магнитах магнитного подвеса.

Сущность изобретения: устройство содержит блок сравнения по числу каналов п датчиков зазора, трех сумматоров, и блоков сравнения, усилителей, п — исполнительный блок, включающий в себя и широтно-импульсных модуляторов и и вентильных преобразователей, и подъемных электромагнитов, m датчиков веса, m аналого-цифровых преобразователей, m регистров, и регистров, блок определения суммарной массы грузов и координат их общего центра тяжести, блок определения распределения суммарной массы грузов между подъемными электромагнитами, и цифроаналоговых преобразователей, функциональный преобразователь, включающий в себя п блоков выработки компенсирующих сигналов, генератор, инвертор, транспортерное средство. 11 ил. менты образуют многомерный разомкнутый компенсационный канал.

Разомкнутый компенсационный канал не влияет на устойчивость замкнутых каналов управления; поэтому его параметры (в частности, блока выработки компенсирующего сигнала) можно выбирать в соответствии с условием полного или необходимого частичного устранения (компенсации) динамических отклонений зазора, вызываемых изменением массы транспортируемых грузов и/или координат их центра тяжести. В связи с тем, что основные составляющие отклонения зазора в заявляемом устройстве устраняются с помощью разомкнутого компенсационного канала, менее жесткие требования предъявляются к замкнутым

1812143 конт рам управления, что позволяет умень- нитами, и выходных регистров 17ь генератошить их массо-габаритные показатели. Ра опроса 18, инвертора 19, и цифроаналоНа фиг.1 изображена функциональная говых преобразователей 20ъ схема системы управления магнитным под- функционального преобразователя компенвесом транспортного средства; на фиг.2 — 5 сационного канала 21, содержащего и блосхема расположения датчиков масс грузов ков выработки компенсирующих каналов на полу транспортного средства; на фиг.3 — сигналов 22ь схема алгоритма работы цифрового вычис- Генератор опроса 18, m входных 13ь и лительного устройства; на фиг.4 и 5 — мето- выходных 17 регистров цифрового вычислидика определения координат центра "0 тельногоустройства14,инвертор19образутяжести грузов; на фиг.б — развернутая фун- ют узел опроса, кциональная схема блока определения сум- Выходы датчиков масс грузов 11 (! = марной массы P . грузов и координат Хц, т ц =1.„m) через аналого-цифровые преобразоих центра тяжести; на фиг,7 — блок опреде- ватели 121 и входные регистры 13i узла оА ления координаты Хц, на фиг,8 — блок апре- 15 роса соединены со входами блока 15 деления координаты Y„; на фиг.g — к опРеделениЯ сУммаРного веса гРУзов и копримеру определения распределения сум- ординат их центра тяжести. На блок 15 одмарного веса грузов с учетом координат их новременно постУпают в цифровом коде центра тяжести между подъемными элект- координаты грузов С выхода блока 15 инромагнитами для транспортного средства с 20 формациЯ о сУммаРной массе Р Z гРУзов и четырьмя электромагнитами; на фиг.10 — координатах Хц, Yö их центра тяжести постуфункциональная схема блока определения пает на входы блока 16 определения расраспределения суммарного веса грузов пределения веса груза между подъемными между четырьмя подъемными электромаг- электромагнитами, и выходов которого ченитами; на фиг.11 — форма напряжения на рез выходные регистры 17 (1 = 1, ..., n) узла

25 выходе генератора опроса. опроса и цифроаналоговые преобраэоватеУстройство для управления электромаг- ли 20 соединены со входами блоков выранитным подвесом транспортного средства ботки компенсирующих каналов сигналов содержит и (по числу управляемых подъем- 22 функционального преобразователя 21, а ных электромагнитов) автономных замкну- выходы блоков 22 соединены со входами

30 тых каналов, каждый из которых состоит из суммирующих устройств Зь вторые входы последовательно соединенных элемента которых соединены с выходами усилителейсравнения 1t(i=1, ..., n), усилителя преобра- преобразователей 2 замкнутых контуров зователя напряжения ошибки 2i сумматора системы управления, а выходы сумматоров

Зь исполнительного блока, включающего включены ко входам исполнительных бло35 последовательно соединенные функцио- ков (функциональных преобразователей 4 ) нальный преобразователь (например, ши- контуров. ротно-импульсный модулятор) 4ь Устройство работает следующим обравентильный преобразователь 5i, подъемный зом. электромагнит 7ь общего транспортного При изменении массы транспортируе40 средства 8, вычитающего устройства gi ко- мых грузов и/или координат их центра тяординаты электромагнита Z>t из координаты жести нарушается баланс силы подъема Ft, путевой структуры (феррорельса) Z>i. датчи- создаваемого электромагнитом 7i и силы нака воздушного зазора 10ь охваченных отри- грузки (массы) Рлэь приложенной к трансцательной обратнои связью, и введенный портному средству в точке расположения

45 многомерный компенсационный канал вли- электромагнита. В системе без компенсацияния на величину зазора изменения массы онной связи это приводит к перемещению транспортируемых грузов и/или их центра транспортного средства 8 в вертикальном

50 направлении, возникновению отклонени я

Компенсационный канал состоит из напряжения )ф на выходе датчика зазора датчиков масс грузов 11 (l = 1, „., m) m 10 от заданного значения Одежд, T,е. к возниканалого-цифровых преобразователей 121 новению отклонения воздушного зазора 4 (при цифровых датчиках исключаются), m отзаданногозначе . H входных регистров 13, ци ового вычислиот заданного значения, а выходе элемента

А Р TP в I, цифрового В « « сравнения l появляется напряжение ошиб- ки hUi, которое элементами прямого канала

15 опРеделениЯ сУммаРной массы " ; гРУ- 2i 4 5 усилива усиливается и преобразуется в:упзов и координат Хц, У центра их тяжести и равляющее напряжение Ug,которое посту- блока 16 определения распределения мас- пая на обмотку подъем о тку подъемного электромагнита сы грузов между подъемными электромаг- 7ь вызывает такое изменение тока обмотки

1812143 и подъемной силы F!, под влиянием которого отклонение зазора уменьшается. Однако, поскольку управляющее напряжение Us! формируется из напряжения ошибки, в такой системе возникает отклонение зазора при изменении веса и/или координат центра тяжести грузов. Например, если возросла масса грузов, приходящаяся на подъемный электромагнит 7!, то соответствующее увеличение напряжения Ов! на входе обмотки электромагнита 7! и соответствующее возрастание силы подьема Fi создаваемой электромагнитом, возможно только при появлении напряжения ошибкиЛ U!, т.е. при возникновении отклонения Лд! воздушного зазора о! от заданного значения. Повышение коэффициента усиления системы или другие меры уменьшения отклонения зазора ограничены, так как они ведут к уменьшению запасов устойчивости системы, ухудшению переходных процессов.

В предлагаемом устройстве с разомкнутым компенсационным каналом с помощью датчиков 11! (I = 1, ..., m) измеряются массы отдельных элементов грузов (например, пассажира, группы пассажиров и др.), находящихся в транспортном средстве. На фиг.2 изображен вариант расположения m датчиков масс грузов О! (! = 1, „., m). Поверхность пола подвижного объекта разбита на m квадратов, под каждым квадратным участком пола установлен датчик массы. В качестве датчиков, массы могут быть использованы тензометрические датчики или датчики, основанные на других физических принципах измерения массы. Данные о массах грузов через аналого-цифровые преобразователи 12! и входные регистры 13! узла опроса одновременно с координатами хь у!(! = 1, ..., m) измеренных масс поступают на блок 15, где определяется суммарная масса P g грузов и координаты Хц, Уц их центра тяжести. Информация о F g и Хц, Уц поступает в блок 16, где на основании этих данных с учетом координат Хпэь Упэ! (i = 1, ..., и) расположения подъемных электромагнитов на транспортном средстве определяется, как распределена масса грузов между точками транспортного средства, находящимися над подъемными электромагнитами 7ь Данные о массах грузов

Рм, приложенных к объекту в точках расположения подъемных электромагнитов 7!, с выходов блока 16 через выходные регистры

17! (i = 1, ..., n) и цифроаналоговые преобразователи 20! поступают на блоки выработки компенсирующих сигналов 22ь с помощью которых значения массы грузов преобразуются в компенсирующие напряжения Оц в соответствии с передаточной функцией (оператором) этих блоков, реализующей то или иное условие повышения точности (инвариантности) (3, 4). Компенсирующие напряжения Оц подаются на входы сумматоров 3.

Управляющее напряжение Оц на входе обмотки подьемного электромагнита 7! в данном устройстве формируется из выходного напряжения U Дсумматора 3, равного

10 сумме усиленного напряжения ошибки Uozi (на выходе усилителя-преобразователя 2!) з амкнутого контура и выходного напряжения Оц разомкнутого компенсационного канала, Поэтому для создания силы подьема Fi, необходимой для компенсации массы грузов

Рл>i, приходящейся на подъемный электромагнит 7, требуется меньшее значение напряжения ошибки ЛОь Увеличивая напряжение Оц (за счет увеличения коэффициента усиления блока 22!), можно создать необходимую силу подъема Fi электромагнита 7; полностью за счет компенсационного напряжения Оц и тем самым повысить точность стабилизации воздушного зазора, устранив основную составляющую его отклонения, вызываемую изменением массы грузов Р !, происходящим в результате изменения суммарной массы Р;» грузов и/или координат их центра тяжести.

Укрупненная блок-схема алгоритма работы цифрового вычислительного устройства 14 изображена на фиг,З. Для определения суммарной массы грузов и ко-. ординат их центра тяжести используются известные зависимости для определения равнодействующих сил. Для определения центра тяжести грузов сначала находится центр тяжести и равнодействующая сила для каких-либо двух грузов, а затем находиттем, соединив найденную точку А> с точкой приложения массы Рз аналогично находится точка Az — центра тяжести трех грузов и сила Р!з, равная сумме всех трех

55 масс Р!з = Ри+ Рз

Рассмотрим пример определения равнодействующей силы Рикоординат Хц,,Уц ее центра тяжести {точки приложения силы ся центр тяжести для найденной равнодействующей силы и нового груза и т,д. Для

45 определения центра тяжести, например, трех грузов с массами Р, Р и Рз (фиг.4) вначале находится центр тяжести, например, грузов Р1 и Рг, как точка А1 приложения равнодействующей силы Р12 = Р1+ Pz. On50 ределив отрезки Iz = I/((Рг/Р!) + 1). I> = — !г и, зная координаты грузов по данным датчиков, определяются координаты точки Аъ За1812143

Р g ) для двух сил Pl и Р +1 с координатами соответственно Хь YI и Х +1, Ун-1(фиг.5).

В соответствии с правилами определения равнодействующих сил запишем следующие соотношения:

Р; ; = Р + Рн-1, (1)

Хц = Х1+ А; . (2)

Уц = % + В; (3)

АР(= (Хн-1 — Х вЂ” А) Pi+1 (4)

В Р = (Ун-1 — Yi — В) Рн.1. (5)

Определив из (4) и (5) значения А и В и подставив их значения в (2) и (3), получим искомые координаты центра тяжести грузов:

Pi (Х +1 — Х)

Р +, Pi+1(У 1 %)

Уц = У +

В соответствии с вышеизложенным на фиг.6 представлена развернутая функциональная схема блока 15 определения суммарной массы грузов и координат их центра тяжести, где 152 (i =1...„m — 1) — блок определения в соответствии с формулой (6) координаты (фиг,7), 1531 (i = 1, ... m — 1) — блок определения в соответствии с формулой (7) координаты Уц (фиг.8). Процесс определения Р, Хц и Уц осуществляется путем последовательных процедур вычисления равнодействующей силы P1) = ХР и координат точки ее приложения Х1ь Y1i. Координаты грузов, соответствующие координатам датчиков масс; заранее известны и вводятся в блок 15 в виде постоянныХ величин.

Информация о Р g, Хц, Уц совместно с координатами Хпэ, Упэ подъемных электромагнитов 7 поступает в блок 16 определения распределения массы грузов между отдельными электромагнитами, .

Характер распределения суммарной массы грузов с учетом координат их центра тяжести между подьемными электромагнитами как опорными точками, зависит от количества и местоположения на транспортном средстве этих электромагнитов. Для случая четырех электромагнитов, когда они расположены в четырех угловых точках транспортного средства (фиг.9) можно записать:

P, = Рпэ12 + Рпэ34 . (8)

Рпэ12 = Рпэ1+ Рпэ2 (9)

Рпэ34 = РпэЗ+ Рпэ4 (10)

ХцРпэ1 = (Х4 — Хц)Рпэ2 (11)

ХцРпэ3 = (Х4 Хц) Рпэ4 (12)

УцРпэ12 = {У4 — Уц)Рпэ34 (13) где р»12 и p„, — составляющие разложения суммарной массы P g грузов, приложенные к левому (к подъемным электромагнитам ПЭ1 и ПЭ2) и правому (к ПЭЗ и ПЭ4) борту соответственно.

Выполнив соответствующие преобразования выражений (8).„(13), получим

5 ХцРХ Уц

Рпэ2 = Х (1 — Y4) (14)

Рпэ1 = Р;Я(1 — — ) (1 — ); (15)

У4 Х4

10 Рпэ| = -у-у —, (16) ц ц

У4 4

ХУц Хц

Рпэз= — — (1 — — 4) . (17)

У4 Х4

Функциональная схема блока 16 onpq15 деления распределения суммарной массы грузов с учетом координат их центра тяжести между четырьмя подъемными электромагнитами в соответствии с формулами (14)...(17) приведена на фиг.10.

20 Время одного цикла опроса датчиков весов грузов задается генератором опроса

18 и равно периоду Тг следования импульсов напряжения генератора U (ôèã.11). При этом должно выполняться условие

25 Тг — ти = -1в

Гдв ти — дЛИтЕЛЬНОСтЬ ИМПуЛЬСа НаПряжЕНИя генератора; тв — ДЛИтЕЛЬНОСтЬ ОДНОГО ЦИКЛа ВЫЧИСЛЕния цифрового вычислительного устройства

30 14.

Узел опроса работает следующим образом.

По заднему фронту импульса напряжения генератора опроса 18 данные о весах

35 грузов с аналого-цифровых преобразователей 12 записывается во входные регистры

13 и поступают в цифровое вычислительное устройство 14. По окончанию процесса onРЕДЕЛЕНИЯ Рпэ1, ..., Рпэп ГЕНЕРатОР ОПРОСа 18

40 формирует передний фронт импульса наПРЯжЕНИЯ Ur, ПО КОТОРОМУ ЗНаЧЕНИЯ Рпэ1, .", Рпэп записываются в выходные регистры 17ъ

На этом цикл опроса заканчивается. Далее генератор формирует задний фронт импуль45 са напряжения и начинается очередной цикл опроса.

Формула изобретения

Устройство для управления магнитным

50 подвесом транспортного средства, содержащее каналы управления, каждый из которых имеет датчик и задатчик зазора, подключенные к. соответствующим входам блока сравнения, и исполнительный блок, 55 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено датчиками массы транспортируемых грузов, свя-, . занным с ними входами блоком определения суммарной массы грузов и координат их общего центра тяжести и соеди10

1812143

Каординаты подьене «аа

/ fog донаты

«та пР

4 ЬГ. 1

Д1 (Х д„(х„,у„) ненным с выходами последнего блоком определения распределения суммарной массы грузов между подъемн ыми электромагнитами и для каждого канала управления блоком выработки компенсирующих сигналов, входы которого связан с выходом блока определения распределения суммарной массы грузов между подьемными электромагнитами, и сумматором, один вход которого связан с выходом блока сравнения, а другой вход подключен к выходу

5 блока выработки компенсирующих сигналов, а выход сумматора подключен к исполнительному блоку.

1812143

Р12 биг.

1812143 т-2

1812143

LLt1„,ШЧ - бходные и,ины данных

Ш5- бь ходные шины данных

Фааl ш1 .шц- охоонь е шины данных и 5- Выходные шины данных

Шиа, В

2) 1812143

% хчуц хц9 ш1 „ш 5- 8хадные шины данных

Ш6-Ьыходные шины данных бог.10

Составитель Г. Зайцев

Техред М.Моргентал

Редактор С. Кулакова

Корректор Н. Король

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101Заказ 1555 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5