Датчик момента для платформы динамического стенда

 

3 P( фф бя ." 1- "."СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ: (д) G Ol L 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ (21 ) 3383995/18-10 (22) 20.01;82 (46) 07..05.83. Бюл.. 17 (72) .С.П. Дмитриев (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

11 559139,: кл. G Ol L 3/14, 20 10 ° 75 °

2. Авторское свидетельство СССР

N 838449 кл. G 01 Ь 3/10, 27.11.78 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК МОМЕНТА ДЛЯ ПЛАТФОРМЫ ДИНАМИЧЕСКОГО СТЕНДА, содержащий основание, последовательно, соедйненные задатчик момента и усилитель, основной дугостаторный асинхронный двигатель, ротор которого связан с платформой динамического стенда, а на статоре размещены обмотки возбуждения и управления, и электромагнитный компенсатор момента, состоящий из подвижной системы, выполненной в виде двух коромысел, установленных на основании посредством опор и шарнирно связанных между собой с помощью двух звеньев, последовательно соединенных датчика положения подвижной системы, усилительно-преобразователь . ного каскада и усилителя мощности и идентичного основному компенсирующего двигателя, ротор которого связан с основанием, а статор размещен на одном из звеньев подвижной системы, причем на другом звене подвижной системы установлен статор основного двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности задания управляющего момента за счет улучшения динамических характеристик компенсатора и уменьшения влияния внешних возмущений, в него введена компенсирующая цепь, выполненная в виде последовательно соединенных трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно соединена с обмоткой возбуждения основного двигателя, фазовращателя и дискриминатора, выход которого связан с входом. усилительно-преобразовательного каскада, причем обмотка управления основного двигателя соединена с выходом усилителя мощности, а обмотка управления компенсирующего двигате- . ля - с выходом усилителя, который вы. полнен идентичным усилителю мощности, при этом выход задатчика момента дополнительно связан с входом усилителя мощности.

1016706 Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано на трехстепенном динамическом стенде для подачи на его платформу управляющего момента.

Известен датчик момента, содержащий коромысло, установленное в корпусе с помощью подвеса, индикатор углового положения коромысла и элементы силовой компенсации, -1).

Однако данный датчик не обеспечивает требуемой точности измерения.

Наиболее близким к редлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является датчик момента для платформы динамического стенда, содержащий основание, последовательно соединенные задатчик момента и усилитель, основной дугостаторный асинхронный двигатель„ ротор которого связан с платформой динамического стенда, а на статоре размещены обмотки возбуждения и управления, и электромагнитный компенсатор момента, сос" тоящий иэ подвижной системы, выполненной в виде двух коромысел, установленных на основании посредством опор и шарнирно связанных между собой с йомощью двух звеньев, последовательно соединенных датчика положения подвижной системы, усилительно-преобразовательного каскада и усилителя мощности и идентичного основному компесирующего двигателя, ротор которого связан с основанием, а статор размещен на одном иэ звеньев подвижной системы, причем на другом звене подвижной системы установлен статор основного двигателя 2).

Недостатком известного датчика является низкая точность задания управляющего момента, обусловленная низкими динамическими характеристиками компенсатора и влиянием внешних возмущений.

Цель изобретения - повышение точности задания управляющего момента за счет улучшения динамических характеристик компенсатора и уменьшения влияния внешних возмущений.

Указанная цель достигается тем, что в датчике момента для платформы динамического стенда, содержащий основание, последовательно соединенные задатчик момента и усилитель, основной дугостаторный асинхронный . двигатель, ротор которого связан с платформой динамического стенда, а на статоре размещены обмотКи возбуждения и управления, и электромагнитный компенсатор момента, состоящий из подвижной системы, выполненной в

5 виде двух коромысел, установленных на основании посредством опор и шарнирно связанных между собой с помощью двух звеньев, последовательно соединенных датчика положения подвиж1О ной системы, усилительно-преобразовательного каскада и усилителя мощнос" ти и идентичного основному компенсирующего двигателя, ротор которого связан с основанием, а статор разме-.

15 щен на одном из звеньев подвижной системы, причем на другом звене подвижной системы установлен статор основного двигателя, введена компенсирующая цепь, выполненная .в виде

2о последовательно соединенных трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно соединена с обмоткой возбуждения основного двигателя, фазовращателя и дискриминато25 ра, выход которого связан с входом

1 усилительно-преобразовательного кас-: када, причем обмотка управления основного двигателя соединена с выходом усилителя мощности, а обмотка

Зр управления компенсирующе;-о двигателя - с выходом усилителя, который вы.полнен идентичным усилителю мощности, при этом выход задатчика момента дополнительно связан с входом усилителя мощности.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого датчика.

Датчик момента для платформы динамического стенда содерж«т основной

40 дугостаторный асинхронйый двигатель

1, задающий момент на платформу динамического стенда и имеющий сферический ферромагнитный ротор 2, установленный на платформе динамического

45 стенда (не показан), и статор 3, В статоре уложены и закреплены обмотка

4 управления и обмотка 5 возбуждения.

Исполнительный орган автоматичес.кого электромагнитного компенсатора момента, служащего для измерения тягового усилия, развиваемого двигателем 1, выполнен в виде компенсирующего управляемого дугостаторного двигателя 6, идентичного основному и

55 состоящего из заторможенного сферического ротора 7, связанного с основанием, и статора 8, в котором уложены обмотки g управления и обмотка 10 возбуждения.

Для исключения влияния на величину момента, развиваемого двигателем

1, внешних факторов (изменение величины -неманитного зазора между ротором и статором при угловом движечии платформы стенда и т.д.) компенсационный измеритель момента включен по обращенной схеме измерения, т.е, исполнительный орган компенсатора использован в качестве задатчика уси лия (момента) и включен на вход следяющей системы, а противодействующее усилие (момент) создается самой измеряемой величиной - реактивным усилием (моментом), действующим на ста.тор 3 основного двигателя 1. Таким образом, обмотка 4 управления основного двигателя 1 включена на выход

:усилителя 19 мощности, а обмотка.9 управления исполнительного органа подключена на выход усилителя 24, идентичного усилителю 19 мощности, 40

Подвижная система электроманитного компенсатора производит сравнение тяговых усилий, развиваемых основным

1 и компенсирующим 6 двигателями, и выполнена в виде двух одинаковых основного ll и дополнительного l2 коромысел, расположенных друг над другом в вертикальной плоскости. Коромысла установлены в корпусе устройства с помощью ножевых опор 13 и 14, размещенным на прямой, паралелльной на-. правлению действия задаваемого и компенсирующего усилий. Коромысла ll u

12 шарнирно связаны друг с другом звеньями 15 и 16, на которых симметрично закреплены статоры 3 и Ы основного двигателя 1 и двигателя 6 силовой компенсации измеряемого момента.

Угловое положение подвижной системы автоматически регулируется с помощью, следящей системы, состоящей из дифференциального датчика 17 углового положения подвижной системы, усилительно-преобразовательного каскада 18, усилителя 19 мощности и основного двигателя 1, а также компенсирующей цепи 20, выполненной в виде последовательно соединенных трансформатора 21 тока, фазовращателя 22 и дискриминатора 23. Первичная обмотка Зо трансформатора 21 тока (вход компенсирующей цепи) включена последовательно с обмоткой 5 возбуждения основного двигателя l, а выход дискриминатора подключен на вход усилительно-преобразовательного каскада 18.

06 4 а входы обоих усилителей подключены к задатчику 25 моментов.

Устройство работает следующим образом.

8 исходном состоянии питание о6моток 5 и 10 возбуждения основного и компенсирующего 6 двигателей выключено, зазор между ротором 2 и статором 3 основного двигателя l выставлен равным немагнитному зазору компенсирующего двигателя и сигнал на выходе эадатчика 25 момента отсутствует. Обмотки 4 и 9 управления основ. ного 1 и компенсирующего 6 двигате-, лей обесточены, -ак как подв, жная система компенсационного измерителя момента уравновешена и дифференциальный датчик углового положения сбалансирован. При подаче напряжения на обмотки 5 и 9 возбуждения основного 1 и дополнительного 6 двигателей последние не равивают тягового усилия, так как отсутствует ток в обмотках 4 и 9 управления двигателей. При этом на выходе трансформатора 21 тока появляется напряжение и поступает на фазовращатель 22, сдвигающий фазу напряжения до 90 эл. град. относительно опорного напряжения дискриминатора 23, Поэтому на вы.ходе дискриминатора 23 напряжение отсутствует и сигнал на входе усилительно-преобразовательного каскада

18 по-прежнему равен нулю.

При подаче управляющего сигнала на задатчик 25 момента на выходе усилителя 24 и усилителя l9 мощности появляется одинаковое напряжение и по обмоткам 4 и 9 управления основноro l и компенсирующего Ь двигателей протекает одинаковый ток. При одинаковых немагнитных зазорах в двигателях последние должны развивать одинаковые усилия и сигнал рассогласования на подвижной системе допжен отсутствовать. Однако в реаль. ных условиях весьма трудйо обеспе.чить идентичность характеристик как усилителей 19 и 24, так и двигателей

1 и 6. Поэтому тяговые усилия, развиваемые двигателями, будут раэличатьсв друг от друга на незначительную величину (усилие недокомпенса" ции) .

8 зависимости от направления дей- ствия усилия недокомпенсации подвижная система поворачивается относи" тельно опор вращения влево или впра.

Я 1016706 4 во, что приводит к смещению подвиж" ной части датчика угла относительно среднего положения. На выходе усилительно-преобразовательного каскада 18 появляется сигнал, фаза которого определяется направлением вращения подвижной системы компенсационного измерителя момента. Усиленный и сформированный по определенному алгоритму каскадом 18 сигнал поступает на вход усилителя 19 мощности и ал"гебраически складывается с сигналом, идущим от задатчика 25 момента. Вы- ходной сигнал усилителя 19 мощности поступает в обмотку 4 управления основного двигателя 1, который обеспечивает компенсацию, вертикальной составляющей реактивного усилия, развиваемого компенсирующим двигателем 6, и задает на платформу дийамического стенда управляющий момент. Таким образом, замкнутый контур следящей системы, осуществляя по-прежнему регулирование по отклонению, уменьшает влияние возмущений на точность воспроизведения задаваемого усилия. Для снижения коэффициента передачи разомкнутого контура, а следовательно, и упрощения технической реализации в компенсационный измеритель момента введена компенсирующая связь по ос" новному возмущению — изменению немаг» нитного зазора в основном двигателе, которая компенсирует его влияние на усилие, развиваемое основным двигате-З лем. При изменении немагнитного зазора в основном двигателе изменяется индуктивное сопротивление его обмотки возбуждения, что приводит к изменению фазы. напряжения на вторичной обмотке. трансформатора 21 тока. Это напряжение, проходя фазовращатель 22, приобретает дополнительный сдвиг по фазе и поступает на дискриминатор 23.

На выходе дискриминатора появляется сигнал, величина которого пропорциональна фазе входного сигнала, а его знак определяется направлением изме нения фазы напряжения на вторичной обмотке трансформатора 2 1 тока. Этот сигнал, усиленный по напряжению усилительно-преобразовательным каскадом I8 и по мощности усилителем 19, изменяет тяговое усилие основного.двигателя. При этом увеличение немагнитного зазора приводит к увеличению тока в обмотке 4 управления, компенсируя влияние изменения зазора на тяговое усилие основного двигателя.

Ю

Применение исполнительного органа в качестве задатчика усилия компенсатора дает возможность получить от основного двигателя требуемое усилие, величина которого не зависит от изменения немагнитного зазора между его ротором и статором при угловом движении платформы стенда, Это обеспечивает постоянство градуировочной, характеристики устройства и позволяет исключить образование паразитных перекрестных связей между осями платформы стенда при задании управляющих: моментов относительно каждой оси с помощью нескольких датчиков момента, так как на исполнительные органы можно подать один и тот же входной сигнал.

Соединение выхода эадатчика моментов с входом усилителя мощности об" разует дополнительную форсирующую связь, которая уменьшает время переходных процессов в компенсаторе и существенно уменьшает зависимость ошибки слежения от входного сигнала, так как она создает дополнительный канал воздействия входного сигнала на подвижную систему компенсатора, который образован усилителем мощнос" ти и основным двигателем, при этом динамические свойства форсирующей цепи идентичны динамическим свойствам основного канала эа счет применения одинаковых усилителей и двигателей. Форсирующая цепь выполняет основную задачу компенсатора - воспроизведение входного сигнала, а замкнутый контур следящей системы уменьшает влияние возмущений на точность воспроизведения задаваемого усилия. Учитывая, что в компенсатор введена. компенсирующая цепь по основному возмущению, требования к замкнутому контуру следящей системы в предлагаемом устройстве могут быть существенно снижены.

Таким образом, включение компенсатора момента по обращенной схеме иэненения, а также введение форсирующей связи по задающему воздействию и компенсирующей связи по основному возмущению позволяет повысить точность задания управляющего момента как в статическом, так и динамическом режиме работы. О167аб

Составитель Г, Целибеев

Редактор Ю. Ковач Техред И.Тепер Корректор Г. Решетник

Заказ 337о/44 Тираж о73 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква Ж-35 Раушская наб. g. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,