Система регулирования скорости

 

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ , содержащая первый масштабирующий блок, последовательно соединенные задатчик регулируемой величины, блок сравнения, первый сумматор, усилитель, электродвигатель и датчик регулируемой величины, соединенный выходом со вторым входом блока сравнения и первым входом первого компаратора, и последовательно соединенные второй масштабирующий блок и второй компаратор, соединенный выходом с управляющим входом ключа, сигнальный вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения , а выход через интегратор соединен со вторым входом первого сумматора , отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы , в ней дополнительно установлены блок обнуления интегратора и второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика регулируемой величины, второй вход - с выхо,дом первого масштабирующего блока, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - со вторым СО входом второго компаратора, вход блока обнуления интегратора соединен с выходом первого компаратора, а выход - со вторым входом интегратора, S вход второго масштабирующего блока соединен с выходом задатчика регулируемой величины, а выход - с вторым входом первого компаратора.

„„SU„„092465

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

О И

РЕСПУБЛИК зов G 05 В 11/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЮ ф(p(ррах q cОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13 „",",, 3

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3538734/18-24 (22) 11.0!.83 (46) 15.05.84. Вюл. -18 (72) Е.А.Смирнов, Г.Н.Тверской, М.В.Уланов, М.И.Лыткин и А.Н.Тулупов (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 250257, кл. С 05 В 11/01, 1968 °

2. Авторское свидетельство СССР

В 708300, кл. G 05 В 11/01, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

9 557349, кл. С 05. В 11/01, 1975 (прототип). (54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ, содержащая первый масштабирующий блок, последовательно соединенные задатчик регулируемой величины, блок сравнения, первый сумматор, усилитель, электродвигатель и датчик регулируемой величины, соединенный выходом со вторым входом блока сравнения и первым входом первого компаратора, и последовательно соединенные второй масштабирующий блок и второй компаратор, соединенный выходом с управляющим входом ключа, сигнальный вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, а выход через интегратор соединен со вторым входом первого сумма. тора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в ней дополнительно установлены блок обнуления интегратора и второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика регулируемой величины, второй вход — с выхо " дом первого масштабирующего блока, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — со вторым входом второго компаратора, вход блока обнуления интегратора соединен с выходом первого компаратора, а выход — co вторым входом интегратора, вход второго масштабирующего блока ф соединен с выходом задатчнка регулируемой величины, а выход — с вторьак входом первого компаратора.

1 109246

---- -Изборетение относится к системам стабилизации и регулирования скорости вращения электрических двигателей и может быть использовано, например, в качестве электромеханического при" вода медицинского прибора для исследования агрегации и вязкости крови.

При работе прибора исследуемая кровь пропускается через мелкоячеистый фильтр и при этом с помощью тен-; зодатчика измеряется величина сопротивления, оказываемого фильтром току

;крови. Причем для измерения одних характеристик крови необходимо поддерживать скорость фильтрации строго постоянной, при этом величина сопротивления фильтра току крови служит характеристикой агрегатного состояния крови, а для исследования других ее параметров, в частности вязкости, необходимо скорость фильтрации менять в широких пределах. В зависимости от состояния исследуемой крови величина сопротивления фильтра кровотоку, а следовательно, и механическая нагрузка на привод прибора меняется в процессе фильтрации одной пробы и от одной пробы к другой в широких пределах {в iQO и более раз). Но при этом точность поддержания установлен- ЗО ной скорости фильтрации для получения достоверных результатов должна оставаться высокой. Известно, что для того, чтобы получить высокую точность стабилизации, привод охватывают отри-35 цательной обратной связью по скорости.

Известна система регулирования скорости, содержащая последовательно соединенные эадатчик регулируемого параметра, первый блок сравнения, усилитель, реле, интегратор, фильтр низких частот, источник постоянного напряжения, второй блок сравнения., сервомеханизм, объект регулирования и датчик регулируемой координаты, соединенный выходом со вторым входом первого блока сравнения, вьгход усилителя соединен со вторым входом 50 второго блока сравнения, третий вход которого через датчик промежуточного параметра подключен к выходу сервопривода (1 1.

В известной системе уменьшено .

35 влияние фазовых погрешностей элементов структурной схемы системы и дрейфа усилителя на точность ее работы, однако увеличение мехачической

2 нагрузки на валу сервомеханизма влечет за собой увеличение ошибки стабилизации и регулирования скорости системы. Таким образом, недостатком системы является ее низкая точность °

Известна также система регулирования скорости, содержащая последовательно соединенные задатчик, сумматор, сервомеханизм, объект регулирования и датчик регулируемой величины, подключенный выходом ко второму входу сумматора,к входам трех масштабирующнх блоков и к первому входу сигнум-реле, выходы первого и третьего масштабирующих блоков подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены ко второму входу сигнум-реле и к выходу второго масштабирующего блока„ выходы первогс и второго компараторов соединены с соответствующими управляющими входами ключа и усилителя с переменныи коэффициентом усиления, сигнальный вход которого через ключ и сигнумреле подключен к выходу источника постоянного напряжения, а выходы через интегратор — к третьему входу сумматора 12 Х

Недостаток указанной системы заключается также в низкой точности при изменении механической нагрузки на валу сервомеханизма.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система регулирования скорости, содержащая последовательно соединенные задатчик регулируемой величины, блок управления, усилитель, электролвигат ль и датчик регулируемой величины, подключенный выходом ко второму входу блока сравнения и входам трех масштабирующих блоков, причем выходы первого и третьего масштабирующих блоков соединены с первыми входами соответственно первого н второго компараторов, вторые входы которых подключены к выходу второго масштабирующего блока, а выходы которых подключены к первому и второму управляющим входам ключа, сигнальные входы которого соединены с выходами источника постоянного напряжения, а выход через интегратор соединен с третьим входом блока сравнения f3 ).

Однако и данная система характеризуется низкой точностью. з 1092465

Цель изобретения — повышение тач- у ности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе регулирования скорости, содержащей первый мастабирующий блок, последовательно соединенные задатчик регулируемой величины, блок сравнения первый сумматор, усилитель, электродвигатель и датчик регулируемой вели- 10 чины, соединенный выходом со вторым входом блока сравнения и первым входом первого компаратора, и последовательно соединенные второй масштабирующий блок и второй компаратор, соеди- 5 ненный выходом с управляющим входом ключа, сигнальный вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, а выход через интегратор соединен со вторым входом первого сумматора, дополнительно установлены блок обнуления.. интегратора и второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика регулируемой величины, второй вход " с выходом 25 первого масштабирующего блока, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — со вторым входом второго компаратора, вход блока обнуления интегратора соединен с выходом щб первого компаратора, а выход — со вторым входом интегратора, вход второго масштабирующего блока соединен с выходом задатчика регулируемой величины, а выход — с вторым входом первого компаратора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемой системы.

Схема включает задатчик 1 регули40 руемой величины, блок 2 сравнения, первый сумматор 3, усилитель 4, электродвигатель 5, датчик 6 регулируемой величины, второй масштабирующий блок

7, второй и первый компараторы 8 и 9, второй сумматор 10, источник 11 по 45 стоянного напряжения,.ключ 12, интегратор 13, первый масшгабирующий блок 14, блок 15 обнуления интегратора.

Задатчик I регулируемой величиныскорости представляет собой управляемый делитель напряжения, например, .прецизионный потенциометр, блок 2 сравнения выполнен, например, на 55

)суммирующем операционном усилителе, первый сумматор 3 — например, на суммирующем операционном усилителе, 4 силитель 4 — например, в виде усилителя постоянного тока, электродвигатель 5 -например, в виде электродвигателя постоянного тока, датчик 6 регулируемой величины — скорости выполнен, например, в виде тахогенератора постоянного тока, масштабирующий блок 7 — например, на реэисторном делителе напряжения, сумматор 10 аналогично сумматору. 3, ключ 12 например, на транзйсторе, блок 15 обнуления интегратора — например, электромагнитном или электронном реле.

Система работает следующим образом.

Сигнал постоянного тока, пропорци. ональиый величине. заданной скорости, с задатчика 1 через блок 2 сраннения, сумматор 3 и усилитель 4 поступает на обмотку якоря электродвигателя 5 и приводит его во вращение.

Величина скорости вращения вала электродвигателя 5 преобразуется датчиком 6 в пропорциональный скорости вращения электродвигателя 5 электрический сигнал и поступает на второй вход блока 2 сравнения. На вьгходе последнего образуется напряжение ошибки, равное разности между задающим сигналом и сигналом с выхода датчика 6. Это напояжение через сумматор 3 прикладывается ко входу усилителя 4, а выходное напряжение усилителя 4, воздействуя на обмотку якоря электродвигателя 5, поддермп ает требуемую скорость вращения выходного вала при условии, что момент нагрузки на валу электродвигателя 5 равен или меньший номинального значения.

Входной сигнал с выхода задатчика

1 поступает также и на вход масттабирующего блока 7, коэффициент передачи которого выбран такой величины, чтобы при номинальной нагрузке на валу электродвигателя 5 напряжение на выходе масштабирующего блока 7 био несколько меньше напряжения с выхода датчика 6. Поэтому на первом входе первого комларатора 9 напряжение больше, чем на втором его входе.

Следовательно, на его выходе присутствует высокий уровень напряжения, которое запускает блок 15 обнуления интегратора. Таким образом, интегратор 13 находится в обнуленном состоянии и на его выходе напряжение

5 1G924 равно нулю, Следовательно, равно нулю и напряжение на втором входе второго сумматора 10, а напряжение на его выходе равно напряжению ыа выходе датчика 6. Таким образом, 5 напряжение на первом входе компаратора 8 оказывается меньше напряжения на его втором входе, поэтому на его выходе имеется низкий уровень напряжения, который не может открыть 10 ключ 12, вследствие чего ключ 12 не пропускает напряжение от источника

11 постоянного напряжения на вход интегратора 13. Поэтому при моменте нагрузки на валу электродвигателя 5,. 15 не превышающей номинального значения, на втором входе сумматора 3 сигнал равен нулю и стабилизация скорости вращения выходного вала привода осуществляется только за счет канала 20 регулирования по отклонению.

При возрастании момента нагрузки на валу электродвигателя 5 уменьшает ся скорость электродвигателя 5, что

25 приводит к уменьшению сигнала на выходе датчика 6. Поэтому напряжение сигнала на первом входе компаратора

8 превышает величину сигнала на его втором входе и на выходе появляется высокий потенциал, который замыкает ключ 12, и с выхода источника 11 сигнал поступает на вход интегратора

13. Кроме того, на первом входе компаратора 9 напряжение стает ниже,чем на его втором входе, и на выходе 35 стает низкий потенциал, Бследствие этого блок 15 обнуления интегратора выключается ч интегратор 13, будучи разблокированным, начинает интегрировать поступающее на его вход напряже-"0 ние, причем нарастающее на его выходе напряжение прикладывается ко второму входу сумматора 3, где складывается с сигналом ошибки по скорости, тем самым увеличивая величину управляюще го воздействия и, следовательно, величину скорости вращения выходного вала электродвигателя 5. При этом пропорционально возрастает напряжение на выходе датчика 6. С выхода интегратора 13 напряжение через масштабирующий блок 14 поступает также на второй вход сумматора 10. Таким путем до< тигается компенсация влияния инерционности электродвигателя 5 на работу всей системы. Действительно, вследствие инерционности электродвигателя 5 скорость вращения его выходного вала достигает заданной величины лишь спустя некоторое определенное время после того, как уста-. новится необходимая для этого величина нагряжения íà. его обмотке якоря.

Иными словами, выходное напряжение интегратора 13 уже достигло достаточ" ной величины, чтобы обеспечить поддержание заданной скорости вращения выходного вала, но, поскольку электро двигатель 5 сможет развить эту скорость лишь спустя некоторое время, то компаратор 8 продолжает держать ключ 12 в замкнутом состоянии и выходное напряжение интегратора 13 продолжает возрастать. Это может привести к возникновению колебаний;

Введение связи выхода интегратора

13 через масштабирующий блок 14 и сумматор 10 со вторым входом компара. тора 8 обеспечивает форсирование момента отключения компаратора 8 и при соответствующем выборе коэффициента передачи блока 14 размыкание ключа 12 и отключение входной цепи интегратора 13 от источника постоянного напряжения 11 и момент достижения выходным напряжением интегратора 13 достаточно для поддержания величины заданной скорости вращения

Действительно, ключ 12 размыкается тогда, когда на выходе компаратора

8 потенпиал стает низким, что про исходит в момент, когда напряжение на втором входе компаратора 8 превышает напряжение на его первом входе. За счет того, что величина напряжения, поступающего на второй вход компаратора 8, складывается из сигнала датчика 6 и выходного напряжения интегратора 13, проходящего через масштабирующий блок 14, вь.бор необходимого коэффициента передачи блока 14 позволяет обеспечить отключение ключа 12 в момент достижения напряжением на выходе интегратора 13 нужного значения не дожидаясь, когда скорость вращения вала электродвигателя 5 также достигнет заданного значения.

Если при дальнейшей работе системы после увеличения нагрузки происходит ее уменьшение, то скорость вращения вала электродвигателя 5 возрастает, возрастает также сигнал с выхода датчика 6. Б результате напряжение на первом входе компаратора 9 стает выше напряжения на втором его входе .

7 !0924 и на его выходе появляется высокий уровень напряжения, который вклю ает блок обнуления интегратора 15. Этот блок 15, воздействуя на второй вход интеграторе 13, обеспечивает обнуление его ныходного напряжения, Следователь но, сигнал со второго входа сумматора

3 снимается, и точность стабилизации скорости привода обеспечивается только каналом регулирования по откло- 10 нению.

Таким образом, в системе достигается инвариантность выходной величины от воэмушаемого воздействия-.(из!

5 менения момента нагрузки на валу) за счет введения астатизма в канал регулирования по возмущению. При этом исключается нозможность потери устойчивости в работе привода, возникающая при наличии положительной обратной связи по моменту нагрузки элект-, родвигателя 5, а влияние инерционности интегратора 13 на устойчивость системы исключается с помощью введенного формирования момента размыкания ключа 12, а также обнуления интегратора 13 при уменьшении величины нагрузки на валу электродвигателя 5.

Кроме того, предлагаемая система по

30 . сравнению с базовым объектом по"-.poëÿет обеспечить высокую точность стабилизации скорости вращения электродвигателя 5 при изменяющейся в широ-q ких пределах нагрузке без уменьшения 35

% запаса устойчивости работы системы, так как н этой системе наряду с сигналом (напряжением) управления, формируемым каналом регулирования со статизмом, формируют сигнал упранле-. 4О ния в канале регулирования с астатизмом первого порядка, которым воздействуют на исполнительный электродвигатель системы только при превышении сигналом ошибки системы некото- 45 рой заданной величины (обусловленной в основном, возрастанием момента нагрузки электропривода), что снижает значение величины ошибки. При исчез.новении возмущающего ноздействия ошибка системы снижается и сигнал управления, формируемый каналом регулирования с астатизмом первого . порядка, не воздействует на элекТродвигатель системы, тем самым исключается отрицательное влияние интегрирующего звена на устойчивость работы системы.

Это достигается за счет дополнительного введения н известную систему второго сумматора и блока обнуления йнтегратора с соответствующими новыми,связями, Испытания показали, что при изме-. ненни момента нагрузки на валу н !

О раз,ошибка системы возросла на б . При отключении канала управляющего сигнала с астатизмом первого порядка ошибка системы возрастает на 40 ., т.е. точность системы повьшиется примерно н семь раз по сравнению с прототипом.

Предлагаемая система технологически проще и конструктивнее базового объекта, так как не нуждается в применении специальных датчиков тока или момента, которые должны быть связаны с силовыми цепями либо электрически, либо кинематически, что н любых случаях вызывает определенные затруднения при конструировании и изготовлении.

Указанные преимущества предлагаемой системы позволяют существенно повысить технические характеристики аппаратуры, использующей предлагаемую систему, что предопределяет широ" кие возможности,ее использования н любой области техники.

Экономические преимущества не ожидаются, так как достижение укаэанного технического эффекта приведЕт к относительному увеличению затрат на реализацию предлагаемого технического решения.

1092465

Составитель 10. Гладков

Редактор М.Келемеш Техред В.Далекорей Корректор А.Зимокосов

Заказ 3254/31 Тираж 842 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