Устройство для управления двухобмоточным двигателем возвратно-поступательного движения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХОБМОТОЧНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВОЗВРАТНОПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖ1::НИЯ, содержащее датчик положения якоря, блок дифференцирования , подключенный к датчику положения, блок усилителя мощности и программный блок, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем повышения точности воспроизведения заданных движений и расширения области устойчивости, оно снабжено дополнительным программньм блоком , блоком сравнения, инвертирующим усилителем, двумя ключами, дополнительным блоком усилителя мощности и двумя диодами, причем выход программного блока подсоединен к первому входу дополнительного программного блока, выход которого подсоединен к первому входу блока сравнения , блок дифференцирования своим первым выходом подсоединен ко второму входу дополнительного программного блока, вторым входом подсоединен к третьему входу дополнительного программного блока, а третьим выходом подсоединен ко второму входу блока сравнения, выход которого через по (Л следовательно включенные инвертируюс щий усилитель, ключ, блок усилителя и диод подсоединен к одной из обмоток двигателя, и через последовательно включенные другой ключ, дополнительный блок усилителя мощности и другой диод подсоединен к другой обмотке о эо двигателя. D1 :о эо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) э (я) Н 0 2 P 7 / 6 2

l3 „„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БАБАМ „ Щ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3426659/24-07 (22) 20.04.82 (46) 15;08.84. Бюл. Н" 30 (72) В.С.Крапивин, П.П.Патрин, А.К,Потехин, F..Б ° Гаврилов и А.С.Востриков (53) 621.512-55(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 827842, кл. Г 04 В 49/06,1979

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Н 3346728/24-07, кл. Н 02 P 7/62, 1982 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ДВУХОБМОТОЧНЬМ ДВИГАТЕЛЕМ ВОЗВРАТНОПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащее датчик положения якоря, блок дифференцирования, подключенный к датчику положения, блок усилителя мощности и программный блок, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем повышения точности воспроизведения заданных движений и расширения области устойчивости, оно снабжено дополнительным программным блоком, блоком сравнения, инвертирующим усилителем, двумя ключами, дополнительным блоком усилителя мощности и двумя диодами, причем выход программного блока подсоединен к первому входу дополнительного программного блока, выход которого подсоединен к первому входу блока сравнения, блок дифференцирования своим первым выходом подсоединен ко второму входу дополнительного программного блока, вторым входом подсоединен к третьему входу дополнительного программного блока, а третьим выходоМ подсоединен ко второму входу блока Я сравнения, выход которого через последовательно включенные инвертирующий усилитель, ключ, блок усилителя и диод подсоединен к одной из обмоток двигателя, и через последовательно Я включенные другой ключ, дополнительный блок усилителя мощности и другой диод подсоединен к другой обмотке двигателя.

1108598

Изобретение относится к устройствам для управления двухобмоточными двигателями возвратно-поступательного движения с заданным законом движения исполнительного механизма и 5 может быть использовано в машиностроении, металлургии и электротермии для управления силовыми идрораспределителями и другими дозирующими и регулирующими механизмами. 10

Известен электропривод возвратнопоступательного движения, содержащий двухобмоточный двигатель возвратнопоступательного движения и систему управления с датчиком положения яко15 ря 51k.

Недостатками данного электропривода являются низкая точность воспроизведения заданных движений и зависи20 мость. динамических свойств от нагрузки и диапазона перемещений якоря двигателя.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности явля25 ется устройство для управления двухобмоточным двигателем возвратно-поступательного движения, содержащее датчик положения якоря, блок дифференцирования, подключенный к датчику положения, блок усилителя мощности

30 и программный блок 2 .

Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности и воспроизводит о высокой точностью и достаточно устойчиво только синусо-35 идальное движение.

Цепь изобретения — расширение функциональных возможностей путем повышения точности воспроизведения заданных движений и расширения области устойчивости при любом законе движения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для управления двухобмоточным двигателем возвратно-поступг-45 тельного движения, содержащее датчик положения якоря, блок дифференцирования, подключенный к датчику положения, блок усилителя мощности и программный блок, снабжено дополнительным прог- 50 раммным блоком, блоком сравнения, инвертирующим усилителем, двумя ключамп, дополнительным блоком усилителя мощнпстп и двумя диодами, причем выход программного блока подсоединен к 55 первому входу дополнительного программно гс б.пока, выход которого подобен дпнсп к пс рвому входу блока сравнения, блок дифференцирования своим первым выходом подсоединен ко второму входу дополнительного программного блока, вторым выходом подсоединен к третьему входу дополнительного программного блока, а третьим выходом подсоединен ко второму входу блока сравнения, выход которого через последовательно включенные инвертирующий усилитель, ключ, блок усилителя мощности и диод подсоединен к одной из обмоток двигателя, и через последовательно включенные другой ключ, дополнительный блок усилителя мощности и другой диод подсоединен к другой обмотке двигателя.

На чертеже представлена схема управления устройства для управления двухобмоточным двигателем г эзвратно-поступательного движения.

Устройство содержит электромагнитный двигатель 1, одна обмотка 2 коWporo подключена к выходу блока сравнения 3 через последовательно соединенные диод 4, блок усилителя мощности 5, ключ 6 и инвертирующий усилитель 7, а другая обмотка 8 подключена к выходу блока сравнения

3 через последовательно соединенные диод 9, дополнительный блок усилителя мощности 10 и ключ 11. Устройство содержит также последовательно соединенные датчик 12 положения якоря 13, блок дифференцирования 14 и дополнительный программный блок 15, подключенный также к входам блока сравнения 3 и программного блока 16.

Блок дифференцирования 14 подсоединен также к другому входу блока сравнения 3.

Устройство работает следующим обр азом.

Пусть в начальный момент времени якорь 13 двигателя 1 находится в крайнем правом положении и сигнал х на выходе датчика 12 положения равей нулю. При появлении задающего сигнала х = Ц на выходе блока 16, на выходе блока сравнения 3 появляется сигнал начального рассогласования — Этот сигнал усиливается блоками 5, 6,7 и через диод 4 поступает на обмотку 2 в виде напряжения управления U В результате по обмотке 2 протекает ток 1,, возникает тяговое усилие Гз„ и якорь 13 перемещается против сил нагрузки Г,„ в направлении уменьшения рабочего воздушного зазо1108598

3 ра к обмотке 8. При этом на выходах дифференцирования 14 появляются сигналы, пропорциональные выходной величине (координате перемещения х и ее производным g„ Ч 9 =94 со 5 ответственно, причем использование блоков с с оот ветс твующими свя зями приводит к формированию алгоритма управления О„= U (х,,, ц, ), обеспечивающего достаточно точное 10 воспроизведение заданного закона х (4) во всем рабочем диапазоне перемещений якоря 13 и при действии силовых и параметрических возмущений.

Это объясняется тем, что в данном !5 устройстве обеспечивается огранизация контура "быстрых" движений (контура поддержания желаемого значения производной выходной величины в соответствии с функцией Ф), в котором 20 осуществляется локализация и быстрое парирование возмущений и свойств двигателя как нелинейного и структурно неустойчивого объекта управления, что приводит к расширению области ус-25 тойчивости устройства.

Пусть на выходе блока 5 формируется требуемая, например вторая, производная выходной величины х„. в со! ответствии с заданным дифференциальным уравнением движения

Х1.».= х,= Г(х „,Y) . Y = (у, у I (1), у () = x (p p +p b„p+1 ) ,1=1,2,3

35 где F — непрерывная однозначная функция; х„ — предписанное значение выходной величины (сигнал на выходе блока 16);

4?p — передаточная функция блока 14;

1 — малый параметр, определяющий инерционность блока 14;

Ь,= 1,2 — 1,4;

У„ у,у -оценки выходной величины х, и ее производных х„= х, Х„= х> на выходе блока 14.

Функция Г (х„,у) описывает, например, квазиоптимальные по быстродействию процессы позиционирования. Удобно конструировать эту функцию линейной, например, в виде

Р(х „,Y) = х. = Т (х -у, ) — 2dT у (2)

-2 где Т,d — параметры переходно ."о про- 55

l(pccil (постоянная времени и коэффициент дифференцирования соответственно).

В этом случае (если F линейная функция) блок 13 реализуется в виде усилителя постоянного тока с тремя суммирующими входами.

Для подчинения движения якоря !3 уравнению (2) используют принцип локализации возмущений, реализуемый организацией быстродействующего контура поддержания желаемого значения производной х », работающего в скопьзящем режиме. В соответствии с этим алгоритм управления электромагнитным двигателем 1 имеет следующий вид:

U„= U sicna, U = Б1, (3) где + U — уровни ограничений на выходное напряжения блоков

5 и 10 усилителей мощности, Следовательно, устройство обеспечивает стабилизацию его динамических свойств (в соответствии с заданной функцией, формируемой на выходе блока 15) в широком диапазоне изменения силовых и параметрических возмущений и фазовых координат х„, х, х . При этом устройство может работать в двух режимах: следящем (отслеживание задающего воздействия на выходе блока 16), и режиме воспроизведения заданных переходных процессов, например в соответствии с уравнением (2). В первом случае при выборе параметров блоков устройства необходимо выполнить следующие условия:

10ц Т 10у(Тфи 10T <Т где Т вЂ” постоянная времени переходных процессов на выходе блока 16;

Тзм — минимальное значение квазипостоянной времени (быстро- ° действие) электромагнитного двигателя 1 с нагрузкой Г (х) .

Во втором случае неравенство lOT c.Т исключается и предельно достижимое быстродействие устройства примерно в 10 раз меньше.

Таким образом, введение дополни— тельных блоков и особенно дополнительного программного блока, формирующего требуемое значение производной, позволяет повысить точность воспроизведения заданных движений и расширить область устойчивости устройства при любых заданных законах движения по сравнению с H3Bpстным устройством, т.е. расширяет era функциональные воэможности, 1108598

Составитель В.Лавров

Редактор Ю.Петрушко Техред Т.Маточка Корректор О.Тигор

Заказ 5882/42 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, чл. Проектная, 4