Устройство для задания скорости электропривода

 

„„SU„„1026266

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН д (sl) Н 02 Р 5(00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA. (21) 3409282/18-24 (22) 12. 03. 82

:(46) 30. 06.83. Бюл. М 24 (72) В. И. Чермалых, 10. В. Гудзь, В;С.. Лисовский и Н.А . Полянский (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 738076, кл. н 02 P. 5/00, 1980.

2. Дулькин Б.А.-, Базилевский В.Г.

Унификация структур систем автоматического регулирования тиристорных электроприводов шахтных подьемных установок.-Электротехническая промышленность, сер. "Злектропривод". 1979, вып. 6. (77), с.- 24-27 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО для ЗАдАНия

СКОРОСТИ ЗЛЕКТРОПРИВОДА, содержащее последовательно соединенные зэдатчик уровня скорости и первый задатчик интенсивности, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона работы, в него введены второй задатчик интенсивности, два сумматора и интегратор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого сумматора и. первым входом задатчика уровня скорости, второй выход которого соединен с входом второго задатчика интенсивности, первые выходы задатчиков интенсивносI ти подключены к входам первого сумматора, а вторые - к входам второго сумматора, выходы сумматоров являются выходами устройства, а входом устройства - второй вход задатчика уровня скорости.

1026266

2. Устройство no n. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что задатчик уровня скорости содержит три масштабных блока, два сумматора и три блока сравнения, первые входы которых объединены и являются первым входом задатчика, второй вход которого соединен с вторыми входами блоков сравнения, причем с первым блоком сравнения - непосредственно, с вторым и третьим - через соответствующие масштабные блоки, а через третий масштабный блок - с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, входы второго сумматора соединены с выходами второго и третьего блоков сравнения, выходы сумматоров являются выходами задатчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 40 указанная цель достигается тем, устройство для задания скорости элек- что в устройство для задания скорос1

Изобретение относится к устройствай, управления электрическими двигате" лями и может быть использовано для формирования задающих воздеиствии в системах управления механизмами циклического действия с многопериодными диаграммами скорости, преимущественно скиповыми шахтными подъемными установками.

Известно устройство задания ско- Ч рости электропривода, содержащее последовательно соединенные операционный усилитель с устройством ограничения напряжения, основные и дополнительные цепи задания скорости 1 изменения выходного напряжения и интегрирующий усилитель, охваченные через инвертирующий усилитель цепью отрицательной обратной связи.

Цепи задания переключаются ключевыми 20 элементами, входные цепи которых подключены к выходам двух последних усилителей устройства $1)

Устройств0 обеспечивает формирование многопериодных диаграмм скорос- 25 ти, но не формирует диаграммы с промежуточными установившимися пониженными значениями скорости, что необходимо для некоторых механизмов, например для скиповых шахтных подъем- ЗО ных установок на участках движения скипа в разгрузочных кривых. Устройство не обеспечивает ограничения величины рывка на участках основного разгона и замедления, что может привести к повышенным динамическим нагрузкам в элементах и узлах испол.нительного механизма.

2 тропривода, содержащее последовательно соединенные блок задания уровня скорости и задатчик интенсивности, состоящий из охваченных общей цепью отрицательной обратной связи пяти последовательно соединенных операционных усилителей: первого и второго с ограничителями выходного напряжения, третьего и пятого — интегри". рующих, четвертого - инвертора напряжения, при этом выходы третьего и четвертого усилителей соединены цепями отрицательной. обратной связи соответственно с входами первого и второго $2)

Ввиду нелинейности характеристик реальных элементов задатчика интенсивности невозможно получить с высокой точностью заложенный в нем закон изменения выходного напряжения при существенно отличающихся значениях входного напряжения. В области малых напряжений начинают сказываться внутренние нелинейности элементов устройства и диаграмма выходного напряжения задается с искажением формы. Данное устройство не обеспечивает задание различных ускорений при разгоне до промежуточного значения скорости и на основном участке до максимальной скорости, а также различных замедлений на аналогичных участках движения при торможении.

Цель изобретения - расширение диапазона работы путем формирования с

/ высокой точностью многопериодных диаграмм скорости с участками различных ускорений, 66 4 первым входом задатчика 1 уровня скорости. Выход первого Сумматора 4 является выходом задания скорости устройства, а выход второго суммьто ра 5 - выходом задания ускорения.

Сумматоры 4 и 5 выполнены на операционных усилителях.

Задатчик 1 уровня скорости содержит (фиг. 2) первый сумматор 7, входы которого соединены с выходами первого масштабного блока 8 и первого блока Я сравнения, второй сумматор

10, входы которого соединены с выходами второго 11 и третьего 12 бло-. ков сравнения. Первый (инвертирующий j вход второго блока 11 сравнения соединен с выходом второго масштабного блока 13, а первый (неинвертирующий) вход третьего блока 12 сравнения — с выходом третьего масштабного блока 14, Вторые входы блоков 11 и 12 сравнения(соответственно неинвертирующий и инвертирующийj соединены с вторым (инвертирующим входом первого блока 9 сравнения, который является первым входом задатчика 1 уровня скорости. Входы масштабных блоков 8, 13 и 14 соединены с первым (неинвертирующим ) входом первого блока 9 сравнения, который является вторым входом задатчика 1 уровня скорости (входной зажим -15). Выходы сумматоров 10 и 7 являются соответственно первым и вторым выходами задатчика 1 уровня скорости.

Все масштабные блоки и сумматоры выполнены на операционных усилителях, работающих в линейном режиме, Первый блок 9 сравнения имеет однополярную линейную характеристику с ограничением и выполнен на операционном усилителе, в цепь отрицательной обратной связи которого включены резистор и.ограничитель выходного напряжения, один уровень ограничения которого равен нулю, а второй — постоянной отрицательной величине, Блок

9 сравнения имеет статическую характеристику

Кроме того, эадатчик уровня скорости содержит три масштабных блока, два сумматора и три блока сравнения, первые входы которых сое динены и являются первым входом задатчика, второй вход которого соединен с вторыми входами блоков сравнения, причем с первым блоком сравнения — непосредственно, а с вторым и третьим — через соответствующие масштабные блоки, а через третий масштабный блок - с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу nepsoro блока сравнения, входы второго сумматора соединены с выходами второго и третьего блоков сравнения, выходы сумматоров являются выходами задатчика.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — функциональная схема задатчика уровня скорости, на фиг. 3 — 4О фуйкциональная схема задатчика интенсивности, на фиг. 4 - временные диаграммы выходных сигналов устройства. устройство для задания скорости 45 электропривода (.фиг. 1) содержит задатчик 1 уровня скорости, первый выход которого соединен с входом пе 1вого задатчика 2 интенсивности, а второй выход - с входом второго эадатчика 3 интенсивности., Входы первого сумматора 4 подключены к выходам задания скорости задатчиков 2 и 3 интенсивности, а входы второго .сумматора 5 - к их выходам задания 55 ускорения. К выходу первого сумматора 4 подключен вход блока 6 интегрирования, выход которого соединен с

25

3 10262 ти электропривода, содержащее последовательно соединенные задатчик уров.ня скорости и первый задатчик интенсивности, введены второй задатчик интенсивности, два сумматора и интегратор, вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого сумматора и первым входом задатчика уровня скорости, второй выход которого соединен с входом второго 1о задатчика интенсивности, первые выходы задатчиков интенсивности подключены к входам первого сумматора, а вторые - к входам второго сумматора, выходы сумматоров являются выходами 15 устройства, а входом устройства — второй вход задатчика уровня скорости.

O,11ри U8„>О

auÂ,при Uö,„„Î è /Êu8„(/u i

u,,ttèö,„oèjêu,„! (и„(, где Ugb<< U Sg - соответственно напряжения на выходе элемента и раз1026266

10 ответственно максимальному значению .пониженной скорости на начальном участке движения, пути перемещения

О, при Ц

Ug flPw Pox <О

"алых

3S ность напряжений на его неинвертирующем и инвертирующем входах, К - коэффициент передачи в линейном режиме, Ц - уровень ограничения.

Второй и третий блоки 11 и 12 сравнения имеют однополярные характеристики типа "ограничение" и выполнены

1 на операционных усилителях с ограничителями выходного напряжения, один уровень ограничения которых равен нулю, а второй - постоянной величине.

Второй блок 11 сравнения имеет статическую характеристику

Uq при ll>x О

6blX—

5х а третий блок 12 сравнения— где 02 u Ug — соответственно уровни ограничения ограничителей блоков

11 и 12 сравнения.

Каждый из задатчиков 2 и 3 интенсивности содержит (фиг. 3) охваченные общей цепью отрицательной обратной связи последовательно соединенные операционные усилители 16-20. В цепи обратной связи усилителей 16 и 17 включены соответственно ограничители 21 и 22 выходного напряжения, поэтому они имеют релейную характеристику и являются ограничителями ускорения и рывка. Операционные усилители

18 и 20 — интегрирующие и являются соответственно интеграторами ускорения и скорости, а усилитель 19 - инвертор напряжения. Выходы операционных усилителей 18 и 19 соединены цепями отрицательной обратной связи соответственно с входами операционных усилителей 16 и 17. Вход операционного усилителя 16 (входной зажим 23) является входом задатчика интенсивности, а выходы операционных усилителей 20 и 18 - соответственно его выходами задания скорости и ускорения

Устройство работает следующим образом.

На второй вход (входной зажим

15) задатчика 1 уровня скорости подается напряжение 11, величина кото40

55 рого пропорциональна пути перемещения исполнительного механизма от точки начала движения до точки начала стопорения. Величина этого напряжения пропорциональна площади кривой ОаЪсде1С диаграммы напряжения Ll (фиг. 4) на выходе задания скорости устройства.

На выходах масштабных блоков 8, 13 и 14 устанавливаются напряжения, величины которых пропорциональны соисполнительного механизма с пониженной скоростью на начальном участке движения (площадь кривой Oabt ), пути до начала основного замедления механизма, Напряжение Оу подается также на первый вход блока 9 сравнения. С выхода первого масштабного блока 8 напряжение подается на вход первого сумматора 7, а с выходов второго 13 и третьего 14 - на первые входы блоков 11 и 12 сравнения. В точке начала перемещения исполнительного механизма напряжение на выходе интегратора 6 и соответственно на первом входе задатчика 1 уровня скорости (вторые входы блоков сравнения

9, 11 и 12) равно нулю. Поэтому на выходах блоков сравнения 9, 11 и

12 уровни напряжения равны нулю и на выходе сумматора 7 напряжение равно

Ц1,„, а на выходе сумматора 10 — нулю.

С выхода сумматора 7 (второй выход задатчика 1 уровня скорости) напряжение 0р, пропорциональное максимальному значению пониженной скорости на начальном участке движения, подается на вход второго задатчика 3 интенсивности входной зажим 23 ), При этом на выходах операционных усилителей 16 и 17 появляются напряжения, величины которых определяются опорными напряжениями ограничителей

21 и 22 и пропорциональны задаваемым ускорению и рывку. На выходе интегрирующего усилителя 18 выход задания ускорения напряжение начинает возростать по линейному закону, а на выходе интегрирующего усилителя

20 (выход задания скорости) — по параболе. С выходов операционных усилителей 20 и 18 указанные напряжения подаются соответственно на вторые входы первого 4 и второго 5 сумматоров. Так как на аналогичных выходах первого задатчика 2 интенсивности на026266

7 1 пряжения равны нулю, то на выходах ,сумматоров 4 и 5 (соответственно, выходы задания скорости и ускорения устройства) диаграммы напряжений аналогичны соответствующим диаграммам на их вторых входах.

Операционные усилители 17- 19 охвачены отрицательной обратной связью, поэтому рост напряжения на выходе интегратора 18 прекратится, когда напряжение на выходе инвертирующего усилителя 19 станет- равным йапряжению на выходе операционного усилителя 16. При этом напряжение на выходе усилителя 17 равно нулю, а на выходе интегратора 20 возрастает по линейному закону, так как на его вход подается постоянное напряжение с выхода операционного усилителя 19. Если сумма напряжений, поступающих по цепям отрицательной обратной связи на вход операционного усилителя 16 с выходов усилителей 18 и 20, станет равной по абсолютной величине напряжению U на входном зажиме 23, поступающему с выхода сумматора 7, та на выходах операционных усилителей 16 и 17 полярности напряжений изизменяется на противоположные. Напряжение на выходах усилйтелей 18 и 19 начнет уменьшаться до нуля по линейному закону, а на выходе усилителя 20 — приближаться по параболе к напряжению 0 . Когда напря жение на выходах усилителей 18 и 19

Станет равным нулю,то на выходе усилителя 20 напряжение будет равно Ц

Таким образам задаются диаграммы напряжений, пропорциональные требуемому ускорению и скорости (кривая Oab) движения исполнительного механизма на участке перемещения с пониженной скоростью при ограничениях величины ускорения и рывка. Требуемые величины напряжения на выходах устройства получаются выбором коэффициентов передачи сумматоров 4 и 5 по их вторым входам.

С выхода сумматора 4 напряжение, пропорциональное задаваемой скорости, подается также на вход интегратора

6. Напряжение на его выходе, пропорциональное пути перемещения, непрерывно возрастает. Это напряжение подается на вторые входы блоков 9, 11 и 12 сравнения. Когда напряжение на втором входе блока 11 сравнения станет равным и в дальнейшем будет превышать напряжение на первом вхо" де, которое пропорционально пути движения с пониженной скоростью, то на выходе блока установится напряже" ние Ц . Это напряжение через сумматор 10 подается йа вход первого задатчика 2 интенсивности, который функционирует аналогично описанному и программирует диаграмму скорости

10 U < (фиг. 4) и ускорения на основном участке разгона.

Результирующие диаграммы напряжений на выходах сумматоров 4 (участок bc) и 5 приведены на фиг, 4. Не15 зависимо от требуемых .значений пониженной и максимальной скорости величины напряжений на входах задатчиков 2 и 3 интенсивности могут быть одинаковыми. Требуемые соотношения

20 указанных скоростей устанавливаются путем выбора коэффициентов передачи . сумматора 4 по первому и второму входам. Необходимые значения максимальных ускорений на различных участ2 ках.разгона задаются как внутренней настройкой каждого из задатчиков

2 и 3 интенсивности, так и выбором коэффициентов передачи сумматора по его первому и второму входам. При этом независимо от параметров задаваемого кинематическогр режима диаграммы выходных напряжений операционных усилителей и величины опорных напряжений ограничителей каждого из задатчиков 2 и 3 интенсивности ме35 няются в небольших пределах. Поэтому влияние нелинейности характеристик реальных элементов задатчиков незначительно и результирующие диаграммы

40. скорости и ускорения задаются с высокой точностью.

Когда напряжение на втором входе третьего блока 12 сравнения станет равным напряжению на первом входе

Э пропорциональному пути перемещения до точки начала замедления 1, то на его выходе установится напряжение . U> полярность которого противоположна полярности напряжения U2 на

50 выходе второго блока 11 сравнения.

Соотношение величин напряжений U и

U определяется требуемой величиной установившейся пониженной скорости на заключительном участке движения.

Если величина этой скорости должна быть меньше, чем на начальном участке, то величина напряжения цЭ должна быть больше, чем ц . При этом на

9 10262 выходе сумматора 10 результирующее напряжение будет отрицательной полярности, а его величина рЭвна U - Uz

Первый эадатчик 2 интенсивности приходит к новому установившемуся состоянию, при котором на его выходе задания скорости поддерживается напряжение, равное по величине напряжению на входном зажиме 23. Результирующие диаграммы напряжений на выходах сумматоров 4 и 5 программируют диаграммы скорости U< (участок де) и ускорения (замедления) U на участке основного торможения до нового установившегося значения пониженной скорости, пропорциональной напряже" ни ю Uckm, Когда величина напряжения на втором входе первого блока 9 сравнения ,начнет превышать величину напряжения на его первом входе, которая пропорциональна пути перемещения до точки начала стопорения механизма, то на выходе блока появится напряжение, отрицательной полярности. Величина этого напряжения пропорциональна разности напряжений на втором и первом входах. На выходе сумматора 7 величина напряжения начнет уменьшаться и, следовательно, уменьшается напряжение на выходе задания скорости (выход операционного усилителя 20) второго задатчика 3 интенсивности. На выходе сумматора 4 напряжение уменьшается до нуля, программируя диаграмму скорости 1 на заключительном

35 участке движения. Устройство задания скорости злектропривода приходит к установившемуся состоянию, при котором на его выходе задания скорости

4О .(выход сумматора 4) и, следователь-:

66 10 йо, на входе интегратора 6 напряжение равно нулю. Перед новым рабочим циклом интегратор 6 приводится в исходное состояние, при котором напряжение íà его выходе равно нулю (так как цепи начальной установки являются вспомогательными и присущи устройствам управления механизмами циклического действия, то в предлагаемом устройстве они не описаны);

При необходимости получения различных значений ускорения при пуске и торможении в эадатчиках 2 и 3 интенсивности необходимо предусмотреть автоматическое увеличение темпа спадания напряжения .по сравнению с нарастанием, что может быть выполнено аналогично предложенному в указанных литературных источниках. Приведенные на фиг. 4 диаграммы напряжений соотвествуют диаграммам скорости и ускорения рабочего цикла скиповой шахтной подъемной установки. Площади, ограниченные участками O а Ь и e f g диаграммы0с, должны быть равны и пропорциональны пути перемещения скипа в разгрузочных кривых.. Напряжение U<1 на, участке g Б диаграммы Ut задает .максимально допустимую скорость выхода скипа иэ кривых, а напряжение U < на участке ef .- входа в кривые.

Обеспечение меньших значений ускорения на начальном этапе движения позволит плавно выбрать провисание подъемного каната в скиповой шахтной подъемной установке, что ограничивает динамические нагрузки в элементах установки.и, следовательно, увеличивает срок,их службы, повышает надежность и безопасность эксплуатации.

1026266

Фиг.2

1026266

Фиь. 3

1026266

Фиг. 3

1026266 иг.

Составитель R. Грибова.

Редактор В. Петраш Техред М.Коштура Корректор О. Тигор

Заказ .4573/47 Тираж 687 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент !, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 .