Устройство для точного останова электропривода

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к автоматическому управлению электроприводами. Повышение надежности и безопасности управления обеспечивается за счет введения последовательно соединенных компаратора 12 и коммутатора 13, первый выход 14 и второй выход 15 которого соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока замедления 7, первый вход 16 которого соединен с входами коммутатора I3 и компаратора 12, второй вход 17 которого соединен с источником постоянного-входного сигнала.В устрС1Йстве достигается ограничение рывка и стабилизация режимов замедления при выс S соком качестве переходных процессов. I з.п. ф-лы, 4 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„1 27ЯЯ (50 4 Н 02 Р 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1182618 (21) 3853651/24-07 (22) 11.02.85 (46) 23.11.86.Бюл. Ф 43 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической рев олюции (72) Ю.В.Гудзь В.Г.Дубовик и А.В.,Чермалых (53). 621 314 5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1182618, кл. Н 02 Р 5/06, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОЧНОГО ОСТАНО ВА ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическому

Я управлению электроприводами. Повышение надежности и безопасности управления обеспечивается за счет введения последовательно соединенных компаратора 12 и коммутатора 13, первый выход 14 и второй выход 15 которого соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока замедления 7Ä 16 которого соединен с входами коммутатора 13 и компаратора 12, второй вход !7 которого соединен с источником постоянного. входного сигнала.В устройстве достигается ограничение рывка и ста- билизация режимов замедления при высоком качестве переходных процессов.

1 з.п. ф-лы 4 ил.

72447 2

Блок 7 замедления (фиг.2) содержит инвертирующий усилитель 18, первый ключевой элемент 19, интегратор

20, RS-триггер 21, первый 22, второй

23 и третий 24 усилители, квадратор .25, блок 26 извлечения квадратного корня, последовательно соединенные блок 27 умножения, сумматор 28, второй ключевой элемент 29, выходом соединенный с первым выходом 8 блока 7 замедления, подключенного вторым выходом 9 к второму входу второго ключевого элемента 29, .а также через

RS-триггер 21 — к выходу сумматора

28, третьим входом ll — .к второму входу сумматора 28, первым входом

45Ы р > О,то на выходе звена 31 имеет50

55! 12

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическому управлению электроприводами, может найти применение при управлении промьппленности установками, требующими точного останова, и является усовершенствованием устройства по авт. св. У 1182618..

Целью изобретения является повышение надежности и безопасности эксплуатации электропривода.

На фиг.l представлена структурная схема устройства для точного останова электропривода; на фиг,2 структурная схема блока замедления; на фиг.3 — структурная схема эадатчика интенсивности; на фиг.4 — диаграммы скорости, ускорения и рывка.

Устройство для точного останова электропривода (фиг.l ) содержит последовательно соединенные командный блок 1, задатчик 2 интенсивности, сумматор 3, блок 4 регулирования скорости электропривода, датчик 5 скорости, ключ 6, блок 7 замедления, первый выход 8 которого соединен с сумматором 3, а второй выход 9 — с входом командного блока 1, второй выход которого соединен с вторым входом ключа 6 и вторым входом 10 блока 7 замедлений,.третий вход ll которого связан с источником постоянного входного сигнала, компаратор

12, подключенный к коммутатору 13, первый 14 и второй 15 ;.ыходы которого соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока 7 замедления, первый вход 16 которого сое-динен с входами коммутатора 13 и компаратора 12, второй вход 17 которого соединен с источником постоянного входного сигнала.

5 !

О

t5

16 — к первому входу интегратора 20, выход которого соединен с третьим входом сумматора 28 и через первый ключевой элемент 19 — с вторым входом инте!.ратора 20,вторым входом 10 через инвертирующий усилитель 18 к второму входу первого ключевого элемента 19, четвертый вход сумматора 28 через последовательно соединенные первый усилитель 22 и квадратор

25 подключен к пятому входу 15 блока 7 замедления, соединенного также через второй усилитель 23 с пятым входом сумматора 28, четвертый вход

14 блока 7 замедления соединен с блоком 27 умножения, а также через последовательно соединенные третий усилитель 24 и блок 26 извлечения квадратного корня — с вторьпк входом блока 27 умножения.

Командный блок I предназначен для пуска, защиты, блокировки и отключения привода и связан с датчиком импульса замедления (не показан)..

Задатчик 2 интенсивности предназначен для формирования диаграммы скорости электропривода во времени и содержит (фиг.3) сумматор 30, нелинейные звенья 31 и 32, интеграторы

33 и 34, узел 35 обратной связи, который состоит из блока 36 умножения и усилителя 37. Вход (клемма) 38 задатчика 2 интенсивности соединен с командным блоком 1, а выход (клемма)

39 — с сумматором 3.

Задатчик 2 интенсивности работает следующим образом.

При ступенчатом входном воздей1 ствии U,, равном по величине максимальному значению выходного сигнала командного блока 1, на вход нели-нейного звена 31 типа "ограничение" подается разность Ь11 =Ь, — U — К U

Так как в начальный момент времени ся постоянный сигнал U и, следовательно, увеличиваются сигналы U по линейному закону, à НЭ4 по параболе до тех пор, пока сигнал U э не станет равным U> .После этого Б остается постоянным, а U увеличивается по линейному закону. В момент времени, когда разность hUэ, изменит знак, меняются 3НВКН сигналов на выходах звеньев 3! и 32.В результате сигнал

U» начинает уменьшаться по линейному закону, а 11 приближается по параболе к заданному максимальному значению сигнала U

1272447

Коммутатор 13 предназначен для подачи входного сигнала на один из выходов и может быть выполнен на электронных ключах или электромеханическом реле. 35

Устройство работает следующим об-. разом.

Для обеспечения оптимальности по быстродействию и исключения динамических перегрузок электропривода ве-..40 личина пути замедления Н должна определяться значениями максимальной с скорости V „,максимального ограничиваемого ускорения д и максимального ограничиваемого Рывка рп, (пер- 45 вой производной по времени от ускорения). При этом для формирования управляющего воздействия Ч - U необходим задатчик интенсивности второго порядка (фиг.3), который форми- 50 рует диаграммы налряжений (фиг.4), пропорциональных cKopocTH V = Пз4 ускорению а =-П „рывку p-: UI2. В период замедления (разгона 1 задающие воздействия V, à, р последовательно принимают максимальные значения, причем в любой момент времени хотя бы одно из,воздействий достигает максимального значения. ОптиДля того, чтобы выходной сигнал

U стал, равным нулю в тот момент, 1 когда U 4 станет равным U значение коэффициента К выбирается из условия 13» — Из4- Кз Цзз О

Блок 4 регулирования скорости электропривода предназначен для преобразования входного сигнала II величину, необходимую для управления непосредственно электродвигателем.

Сумматоры 3 и 28 предназначены . для суммирования входных сигналов и могут быть выполнены на операционных усилителях.

Датчик 5 скорости предназначен для преобразования угловой скорости электропривода в пропорциональное ей напряжение и представляет собой, например, тахогенератор.

Ключ 6 и ключевые элементы 19 и 29 предназначены для замыкания входной цепи с выходной по управляющему сигналу и могут быть выполнены на электронном ключе или электромеханическом реле.

Компаратор 12 предназначен для сравнения входных сигналов и может быть выполнен на операционном усилителе.

f0

a U, Р Р Кзз 32

U — значения напряжений на выходе звеньев 31 и 32, пропорциональные соот" ветственно ограничиваемому ускорению g и рывку f)

Р Р

Vm- 2 h Ч Ue — 2d U g

Я к

Р3 Кз4 ". о — — изменение скорости

20 на участке движения с постоянным где Пз,, t а

Р где ЬЧ1 рывком и пропорционально

К.и Ялам з4 2 К» Пз2 где К,К>4 — коэффициенты передачи интеграторов 33 и 34.

Ч., — а 1 К м(Ц„)

gm C1m = К U 2

1 х

КиПй

Следовательно, V а,„ U m Пэ зв -- + --- ------ +

pm К„U„K „Пз2 где П вЂ” значение напряжения на выхо" де блока 2 при максимальной скорости Ч,„.

Величина напряжения Uö,пропорцио" нального пути замедления, определяет.мальное управляющее воздействие достигается, если напряжение Пз, равняется нулю в тот момент времени, когда напряжение UI4 станет равно входному сигналу U = U, задатчика 2 интенсивности. Это достигается за счет обратной связи — узел 35 по ускорению д, подаваемой через сумматор 30 на вход нелинейного звена 31 — ограни,чителя ускорения. Параметры цепи обратной связи выбраны из условия

""зо = "1- 4- Кзз "зз.

Согласно диаграмме скорости (фиг.4) в координатах V (скорость электропривода) и t (время) величина пути замедления Н равна площади, ограниченной кривой ocdef. Время замедлений

t„= 2 + t„, У1 где — время замедления с постоянным значением рывка; — время замедления с постоянЦ ным значением ускорения.

I 2724 (7 ся максимальными значениями скорости V, ускорения(1„„, рынка п

* с (1г г," щ

v(1 н- Jv гс= — с н (2 ч(т11 (с

1 Vm а

V (— -+ — -)

2 m m Ри а напряжение, пропорциональное пути Н, 1 Uzm Ц3 (— — + — — )

К 34 ц33 K 33 U32

Н=U ((Напряжение U« на третьем входе блока 7 замедления пропорционально величине пути замедления Н: U« = Н.

Так как путь замедления для выбранных параметров постоянный, то с учетом его значения устанавливается датчик импульса замедления на пути движения рабочего органа.

При скорости злектропривода V2 (фиг,4) путь замедления равен площади, ограниченной кривой obghkl:

H=S+S=h+h

ОЬрп mghkl (2 где h — путь замедления с ускорением, равным нулю;

h — путь замедления с ускоре2 нием, меньше нуля;

Н, = J V dt;

V,=U„„,;

У Vz с

h=- — (--+ — -) 2 2 С(в Pm

1 Uvz Ц3(ж — U (— — + — -- ).

2 "2 К34 U3(К33 U32 (Цчг ) UV ц ц г + г °

К34 Ц3(2 К 33 Ц г

Н вЂ” h (- -h 2= О, а в напряжениях

U - U » — U» = О. Напряжение U», формируется на выходе интегратора 20.

Напряжение U» подается на четвертый и и пятый входы сумматора 28.

Прн этом условии выдается сигнал на непосредственное замедление во втором режиме блоком 7 замедления.

При скорости электропривода V это точка g (фиг ° 4) .

В зависимости от значения сигнала скорости электропривода-может быть три режима задания скорости, Лервый режим характеризуется максимальным значением скорости V = U

2щ г и изменением скорости при замедлении по кривой cdef (фиг.4) .

Прн скорости электропривода ниже максимальной может быть второй или третий режим.

Во втором режиме скорость не, достигает максимального значения

У, а ускорение достигает максимального ограничиваемого значения а ,5 т.е. диаграмма ускорений имеет вид трапеции.

В третьем режиме ускорение не достигает значения а„ и изменяется по треугольной диаграмме с двумя участ— ками ограничения рывка 3

Определим граничное значение сигнала U „ на входе задатчика 2 интен—

С.(.р. сивности, при котором напряжение Uö изменяется по треугольной диаграм1 (!

15 ме p r s . Время замедления на участке pr ограничением рывка о

Ц3(.

P3 Pm mК„Ц3

33 17п 33 32

Зто напряжение ц устанавливается на втором входе компаратора 12 (U Ä = U,z ) и для выбранного пути замедления является величиной постоянной.

Время замедления t - на участке

"3

pr (фиг.4) до точки r. изменения знака ускорения и рывка определяется из выражения

t — "- =КК U td t

33 34

35 (7 Z

К КU --e3

33 34 рm 2 или

40 тогда

1 У3(t 3(45 Путь замедления Н в тРетьем Режиме равен

Н = Ь,+ Ь где h3 — путь замедления при скорости, равной или ниже граничной V« с,гр, h J V d t = 2 t V = V )--iv3

Э 3 Р33 3 Р (3

55 ц .=у — Т„, U

K 43 1 (с((7 ц»

3! 272447

2 О при t 0

jF. при t O

О при П2)0 (Е при U = О

Я где Е, 50

Напряжение П, формируется на выходе блока 27 умножения.

П - IJ — U О н

При выполнении этого условия в третьем режиме выдается сигнал на непосредственное замедление (точка Р, фиг.4) блоком 7 замедления.

Рассмотрим работу устройства в первом режиме при Ч = Ч, т.е. такой 10 скорости, для которой рассчитан путь

Н. При подаче сигнала "Пуск" от командного блока 1 на выходе задатчика 2 интенсивности формируется напряжение задания скорости, которое подается через сумматор 3 с характеристикой П П + Па на блок 4 регулирования скорости электропривода, разгоняя его до скорости, определяемой амплитудой сигнала на выходе команд- 20 ного блока 1. При подходе рабочего органа электропривода к датчику импульса замедления последний срабатывает и командный блок I в точке t=O (фиг.4) с второго выхода выдает сигнал U,: — напряжение, принятое за зназначение максимального сигнала задания скорости и определяемое источником питания.

Сигнал U подается на ключ 6, который замыкается и подключает сигнал датчика 5 скорости, на вход компаратора 12, на второй вход коммутатора 13, на вход 16 блока 7 замедления, а также подается на вход 10 блока 7 замедления и далее через инвертирующий усилитель 18 на ключевой элемент 19, который размыкается и подготавливает интегратор 20 к работе.

Компаратор 12 срабатывает с характеристикой

О при П П<

Пи

Б при Ue o Uä — напряжение, определяемое источником питания компаратора 12,13 и его выходное 55 напряжение подается на первый вход коммутатора, который переключается, так как имеет характеристику

U npu U 0 (О U ) 2 Р 12 (Ue — и

U, Ue npu Uiz — Š(Ue U )

У и сигнал П от датчика 5 скорости подается на вход 15 блока 7 замедления, а далее через квадратор 25 с характеристикой П25 U 5 усилитem

22 с характеристикой U = U К на четвертый вход сумматора 28 с характеристикой U>> П«П Пгг U< U

87 з2 на пятый вход сумматора 28.

Кроме того, напряжение от датчика 5 скорости подается на интегратор

20, выходное напряжение которого определяется по выражению

Пф > К д П 1 = К П э о где К вЂ” коэффициент передачи интегратора 20.

Напряжение с выхода сумматора 28 подается на RS-триггер 21 с характеристикой где Е, — напряжение, определяемое источником питания.

При работе интегратора 20 напря— жение на выходе сумматора 28 уменьшается. Уменьшается при этом также напряжение на выходе сумматора 19.

В первом режиме в период t О (фиг.4 выполняется условие Пд — U«П,) Uz< U<> = О, т еее .напря жение на.выходе сумматора 28 равно О, так как напряжение Пд + П . Пн и RS-триггер 21 срабатывает и на его выходе устанавливается напряжение, которое подается на командньп1 блок -1 и на ключевой элемент 29. Командный блок 1 снимает сигнал задания скорости с задатчика 2 интенсивности (точка с, фиг.4), и начинается торможение электропривода по кривой

edef, а ключевой элемент 29 замыкается н подключает сигнал с выхода сумматора 28 на первый вход сумматора 3.

Момент начала торможения в точке

С определяется автоматически блоком 7 замедления с учетом расстояния до конечной точки останова и скорос- . 1272447 ти электропривода. При выбранной величине ускорения в режиме замедления на участках cd u ef линия ускорения ос1 имеет, постоянный наклон, а на

Участке.de ускорение постоянное. 5

При повторении электроприводом кривой cdef (фиг.4) сигнал на выходе сумматора 28 равен О. В случае возмущения по темпу уменьшения ско- 1р рости при замедлении равенство

Uzg U«Uzo Uzz — Uz = 0 нарушается, т.е. Uzg 4 0 °

Напряжение с выхода сумматора 28 в виде сигнала коррекции подается на 15 сумматор 3 и вызывает изменение скорости электропривода до момента, пока U 8 не станет равным нулю.

Таким образом, стабилизируется также ускорение при торможении. 20

Предлагаемое устройство предназначено для управления механизмами циклического действия.

Перед началом каждого цикла рабо" ты производится установка всех необ- 25 ходимых блоков, элементов в исходное состояние, например разряд конденсаторов регулятора скорости блока 4 регулирования скорости электропривода, снятие напряжения .с второ- 30 го .выхода командного блока 1, установка RS-триггера 21 в нулевое состояние и др.

При работе устройства во втором

Режиме скоростъ электропривода Рав на Ч (фиг.4) и ниже максимальной

V, êð вкще граничной Ч,„., т.е. с.ту, М 2 СУр

Пуск и работа электропривода производится по сигналу командного 40 блока 1 аналогично рассмотренному выше. При срабатывании датчика импульса замедления командный блок 1 выдает сигнал на переключение ключа

6 и ключевого элемента 19. 45

После замыкания ключа 6 сигнал датчика 5 скорости, пропорциональ" ный скорости V, подается через ком" .мутатор 13, квадратор 25, усилитель

22 на четвертый вход сумматора 28 а также через усилитель 23 на пятыи вход сумматора 28. При работе интегратора 20 по сигналу U z = U напряжение на его выходе увеличивается, а на выходе сумматора 28 уменьша- 55 ется, Прн Uzg Пн — П - Б Паз = 0

RS-триггер 21 переключается и на его, выходе .Устанавливается напряже(.. ние Е, которое подается на команд21 ный блок 1 и на ключевой элемент 29.

Командный блок 1 снимает сигнал задания скорости с датчика 2 интенсивности (момент t = t„, фиг.4), и начинается торможение электрбпривода по кривой ghkl, а ключевой элемент

29 замыкается и обеспечивает прохождение сигнала коррекции от выхода сумматора 28 до сумматора 3 аналогично рассмотренному в первом режиме.

В этом режиме момент начала замедления также осуществляется автоматически блоком 7 замедления, обеспечивается также стабилизация ускорения при замедлении.

При работе устройства в третьем режиме скорость электропривода равна V (фиг.4), ниже или равна граничной Ч Ч

Пуск и работа электропривода в этом режиме производится также по сигналу командного блока 1 аналогично рассмотренному в первом и во втором режимах. На выходе компаратора

12 после замыкания ключа 6 сигнал равен нулю, поэтому сигнал датчика скорости V< подается на вход 14 блока 7 замедления, а далее через усилитель 24 с характеристикой

U2 — U K K — 1 через

24 (4 41 2 К К ц блок 26 извлечения квадратного корня с характеРистикой П =-Д, К на второй вход блока 27 умножения с характеристикой U = U 6 U 4. Сигнал U с выхода блока 27 умножения подается на первый .вход сумматора 28 °

При увеличении выходного напряжения на интеграторе 20, работающем по сигналу от датчика 5 скорости, напряжение на выходе сумматора 28 уменьшается и при выполнении условия П = UA— U р — Uz = 0 срабатывает RS-триггер

21, замыкается ключевой элемент 29 и далее снимается сигнал задания скорости на выходе командного блока 1 при t = ty . Торможение производится

„з по кривой prs. Дальнейшая работа электропривода аналогична описанному.

Такйм образом, устройство обеспечивает ограничение рывка, стабилизацию режимов замедления при высоком качестве переходных процессов, т.е. точную остановку без перерегулирования, ограничение динамических нагрузок электропривода. В устройстве можно регулировать темп изменения

I 272 ускорения, т.е. диаграмма ускорений имеет вид трапеции. Это позволяет исключить механические колебания системы злектропривода и избежать неперегулирование после остановки электропривода, т.е. обеспечить остановку в заданной точке без колебаний, а в итоге сократить время, необходимое для операций одного цикла.

Отмеченные факторы позволяют по- 10 высить надежность и безопасность эксплуатации электропривода.

Ф о Р м у л а и з о б Р е т е н и я

1.. Устройство для точного останова электропривода по авт.св.В 1182618, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и безопасности эксплуатации электропривода, в него дополнительно введены последовательно соединенные компаратор и коммутатор, выходы которого соедине= ны с четвертым и пятым входами блока замедления, первый вход которого соединен с вторым входом коммутатора и первым входом компаратора.

2. Устройство по п.I о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок замед- 30 ления содержит инвертирующий усилитель, первый ключевой элемент, ин447 12 тегратор, RS-триггер, первый усилитель, второй усилитель, третий усилитель, квадратор, блок извлечения квадратного корня и последовательно соединенные блок умножения, сумматор, второй ключевой элемент, выходом соединенный с первым выходом блока замедления, подключенного вто" рым выходом к второму входу второго ключевого элемента, а также через

RS-триггер — к выходу сумматора, третьим входом — к второму входу сумматора, первым входом — к первому входу интегратора, выход которого соединен с третьим входом сумматора и через первый ключевой элемент с вторым входом интегратора, вторым входом через инвертирующий усилитель — к второму входу первого ключевого элемента, четвертый вход сумматора через последовательно сое" диненные первый усилитель и квадратор подключен к пятому входу блока замедления, соединенного также через второй усилитель с пятым входом сумматора, четвертый вход блока замедления. соединен с первым входом блока умножения, а также через последовательно соединенные третий усилитель и блок извлечения квадратного корня — с вторым входом блока умножения.

1272447

Ч агт

Составитель 10. Воробьев

Редактор И.Николайчук Техред Н.Глущенко Корректор С.Черни

Заказ 7574 Тираж 631

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4