Устройство для демпфирования колебаний в электроприводе с упругой связью между двигателем и механизмом

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в механизмах с упругой связью. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения его работы при переменной жесткости упругой связи. При возникновении колебаний в упругой связи 2 изменяется по гармоническому закону момент электродвигателя 1 на выходе блока умножения 8. С выхода блока измерения жесткости 14 появляется сигнал, пропорциональный величине жесткости упругой связи. По величине сигнала с помощью блоков 15 и 19 перемножения корректируются амплитуда момента упругости и собственная частота колебаний динамического звена 11, с выхода которого демпфирующий сигнал, согласованный по амплитуде и фазе с величиной жесткости упругой связи 2, подается на регулируемый преобразователь 5. 1 ил. i (П С со tsd 00 o

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (qg 4 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х ABTOPCXOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2rr г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 736317 (21) 4023797/24-07 (22) 19.02.86 (46) 23.06,87. Бюл. М- 23 (71) Новомосковский филиал Московского химико-технологического института им. Д.И.Менделеева (72) Г.И.Бабокин (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 736317, кл, Н 02 P 5/06, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ

КОЛЕБАНИЙ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С УПРУГОЙ

СВЯЗЬЮ МЕЖДУ ДВИГАТЕЛЕМ И МЕХАНИЗМОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в механизмах с упругой связью. Целью изобретения является расширение

„„SU„„1319218 A 2 функциональных возможностей за счет обеспечения его работы при переменной жесткости упругой связи. При возникновении колебаний в упругой связи 2 изменяется по гармоническому закону момент электродвигателя

1 на выходе блока умножения 8, С выхода блока измерения жесткости 14 появляется сигнал, пропорциональный величине жесткости упругой связи. По величине сигнала с помощью блоков

15 и 19 перемножения корректируются амплитуда момента упругости и собственная частота колебаний динамического звена 11, с выхода которого демпфирующий сигнал, согласованный по амплитуде и фазе с величиной жест- @ кости упругой связи 2, подается на регулируемый преобразователь 5. 1 ил.

С:.

131921

Изобретение относится к электро1 технике, может быть использовано в электроприводах с упругой связью между двигателем и механизмом и является усовершенствованием изобретения по авт.св, Ф 736317.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей электропривода за счет обеспечения его работы при переменной жесткости упругой 10 связи.

На чертеже представлена функциональная схема устройства демпфирования колебаний.

Электродвигатель 1 электропривода t5 через упругую связь 2 соединен с механизмом 3. Жесткость упругой связи зависит от положения механизма 3 относительно электродвигателя 1. В цепь электродвигателя включен первый 20 регулируемый преобразователь 4 с .системой управления, а в цепь возбуждения электродвигателя включен второй регулируемый преобразователь

5 с системой управления. Выходы дат- 25 чиков тока якоря 6 и магнитного потока 7 двигателя подключены к двум входам первого блока 8 перемножения, выход которого через блок 9 суммирования, динамическое звено 10, нели- 30 нейный элемент 11, операционный усилитель 12 соединен с входом регулируемого преобразователя 5 в цепи возбуждения электродвигателя. К входу блока 9 суммирования подключен также источник 13 сигнала, пропорциональный моменту сопротивления M механизма 3.

Динамическое звено 10 имеет передаточную функцию

P („т(р)

pa+ 2 где р — собственная частота недемпфированных механических колебаний.

Устройство также содержит блок 14 измерения жесткости упругой связи, вход которого подключен к выходу блока 8 перемножения, динамическое зве- 50 но 10 снабжено двумя корректирующими входами, которые подключены к выходу блока 14 измерения жесткости упругой связи и содержит входной блок 15 перемножения, входы которого являются собственно основным и первым корректирукйцим входами динамического звена 10 последовательно соединенные первый интегрирующий усилитель

8 2

16, второй интегрирующий усилитель

17 и дифференцирующий усилитель 18, выход которого является выходом динамического звена, блок 19 перемножения цепи обратной связи динамического звена, первый вход которого является вторым корректирующим входом динамического звена 10, второй вход соединен с выходом второго интегрирующего усилителя 17, а выход подключен к второму входу первого интегрирующего усилителя 16.

Измерение жесткости упругой связи осуществляется блоком 14 измерения жесткости, включающим последовательно соединенные блок 20 измерения частоты колебаний момента двигателя, блок 21 возведения в квадрат, масштабный усилитель 22. Блок измерения частоты колебаний момента двигателя

20 включает анализатор частоты колебаний момента 23, сумматор 24, источник 25 опорного сигнала, пропорционального основной частоте колебаний двухмассовой системы, причем выход анализатора 23 частоты колебаний и выход источника 25 опорного сигнала, пропорционального частоте основных колебаний двухмассовой системы, присоединены соответственно к первому и второму входам сумматора 24.

Устройство работает следующим образом.

Передаточная функция динамического звена 10 равна

Т Т г 1с 18

1i 11 Р + Oc

Р Т18 р2+ 2 Т Т 9 где T11,,T„,,T, — постоянные времени соответственно интеграторов 16 и 17 и дифференциатора

18, Т1 = R ñ и в

Т1т — К,1 С1т, Т

= С, — коэффициент отрицательной обратной связи, равный передаточному коэффициенту блока 19;

P — оператор Лапласа.

Для консервативного колебательного звена, выполненного на операционных усилителях 16 и 17 с блоком 19

131 перемножения в цепи жесткой отрицательной обратной связи собственная частота колебаний определяется выражением

kîñ

/3 =

1Ь 17 (2) (3) С другой стороны собственная частота недемпфированных механических колебаний равна

9218 4 гой вход этого блока перемножения подается сигнал с выхода блока 14 измерения жесткости упругой связи пропорциональный величине жесткости С, получаем на выходе динамического звена 10 сигнал, пропорциональный скорости измерения момента М> в упругой связи

10 1 1 твР

PM = (— С,„ФТ + —.М ) .С. -- — — —,— — =

К

1 (4) и по входу, к которому подключен ис50 точник сигнала, пропорционального моменту сопротивления М, равным

К

2 и учитывая то, что выход блока 9 суммирования присоединен к одному выходу блока 15 перемножения, а на дру1 1 где у = — + — — коэффициент, за- l5

I I висящий от моментов инерции двигателя I и момента инерции механизма I

Из уравнений (2) и (3) следует, что при изменении жесткости упругой связи 2 собственная частота механи20 ческих колебаний меняется и, чтобы в динамическом звене 10 учитывалось изменение жесткости упругого звена, необходимо изменять коэффициент об25 ратной связи К, пропорционально фактической жесткости упругого звена С.

Для этого в цепь обратной связи введен блок 19 перемножения, на один вход которого подается сигнал с выхода консервативного звена, т.е, с выхода второго интегрирующего операционного усилителя 17, а на другой вход сигнал с выхода блока 14 измерения жесткости упругого звена, пропорциональный величине жесткости С.

При изменении жесткости упругой связи С коэффициент передачи блока перемножения К, пропорционален жесткости

С и частота колебаний динамического звена р меняется и соответствует

40 фактической частоте собственных колебаний механической системы.

Выбрав коэффициенты усиления блока 9 суммирования по входу, подклю45 ченному к выходу блока перемножения 8, равным

1 1 71ь/7„7«P

= (— с Фт + — . м,) с — -- - - — —, (6) где С„ — коэффициент пропорциональности

I Ф вЂ” ток якоря и магнитный поток двигателя.

Принимая в уравнении (6) т„

6 R16 С 13 1 (7)

R ii, C16 Ril 01ò

=3

711 71ь (8) (— c фт + — M ). c° . - — — (9)

1 1 м т с

1 2

Измерение жесткости упругой связи в блоке 14 выполняют косвенным методом, используя зависимость между собственной частотой колебаний двухмассовой системы и жесткостью упругой связи С в соответствии с (3).

Блок измерения частоты колебаний 20 измеряет частоту колебаний момента двигателя ы1, равную д, и подают сигнал на вход блока 21 возведения в квадрат, сигнал на выходе которого пропорционален ы = = ст. Сигнал на выходе масштабного усилителя 22 также пропорционален жесткости С =

Mt

= — —.Коэффициент передачи масштабнот го усилителя 22 равен 1/р Анализатор частоты колебаний обеспечивает измерение отклонения лш1 фактической частоты колебаний момента двигателя от основной частоты ы,,взя1ЮСн той при базовой жесткости упругой и учитывая то, что К спропорционален жесткости упругой связи С, имеем уравнение (6) в следующем виде

19218

f0

f5

Например, с увеличением жесткости упругой связи 2 по сравнению с базо- войМ . увеличивается частота колебаний уйругого момента у и частота колебаний момента двигателя ш, при в этом сигнал на выходе масштабного усилителя 22 возрастает, Так как этот сигнал подается на входы блоков 15 и

19 перемножения, то увеличиваются частота и амплитуда демпфируемого

5 13 связи С н . Отклонение частоты

= w, — w„ îáóñëîâëåí0 изменением осн жесткости упругой связи С. Сигнал на выходе источника 25 опорного сигнала, пропорционален основной частоте колебаний .момента двигателя м„ при базовой жесткости упругой связи

Сщ „ . Поэтому на выходе второго сумматора 24 имеем сигнал, пропорциональный фактической частоте момента двигателя о3„ = ю„ + и и „. осн

При возникновении колебаний момента N> в упругой связи электропривода на выходе динамического звена 10 появляется сигнал, пропорциональный скорости изменения момента в упругой связи. Этот сигнал через операционный усилитель 12 с нелинейным элементом 11 на его входе поступает на регулируемый преобразователь 5 в цепи возбуждения двигателя, обеспечивая демпфирование колебаний.

При изменении жесткости упругой связи между двигателем 1 и механизмом

3 изменяется частота колебаний момента в упругой связи и момента двигателя, поэтому изменяется сигнал на выходе блока 20 измерения частоты колебаний момента двигателя и сигнал на выходе масштабного усилителя 22, который пропорционален жесткости упругой связи. Так как сигнал с выхода масштабного усилителя 22 падается на входы блоков 15 и 19 перемножения, то в соответствии с уравнением (9) изменяются амплитуда и частота .демпфирующего сигнала на выходе динамического звена 1О в зависимости от переменной жесткости упругой связи.

При этом обеспечивается эффективное демпфирование колебаний при любой жесткости упругой связи, так как частота и амплитуда демпфируемого сигнала соответствуют фактической жесткости упругой связи и значит собственной частоте упругих колебаний двухмассовой электромеханической системы.

55 сигнала, получаемого на выходе динамического звена, который. поступая на вход преобразователя 5, имеет амплитуду, частоту и фазу, обеспечивающие эффективное демпфирование колебаний при конкретной жесткости упругой связи. Аналогично изменяются амплитуда и частота демпфнрующего сигнала при уменьшении жесткости упругой связи 2. Если жесткость упругой связи неизменна, то на выходе блока 20 измерения частоты колебаний момента сигнал неизменен и на выходах блоков

15 и 19 умножения действует постоянный сигнал, соответствующий базовой жесткости.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает эффективное демпфирование упругих колебаний в электроприводе с переменной величиной жесткости упругой связи между двигателем и механизмом и расширение функциональных возможностей электропривода за счет применения его в электроприводах с переменной жесткостью упругой связи.

Формула изобретения

Устройство для демпфирования колебаний в злектроприводе с упругой связью между двигателем и механизмом по авт.св. N - 736317, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей электропривода за счет обеспечения его работы при переменной жесткости упругой связи,в него введен блок измерения жесткости упругой связи, включающий последовательно .соединенные анализатор частоты колебаний, сумматор, блок возведения в квадрат и масштабный усилитель, источник опор— ного сигнала, выход которого подключен к второму входу сумматора блока измерения жесткости упругой связи, вход блока измерения жесткости подключен к выходу блока перемножения, динамическое звено снабжено двумя корректирующими входами, которые подключены к выходу блока измерения жесткости упругой связи, и содержит входной блок перемножения, входы которого являются соответственно основным и первым корректирующим входами динамического звена, последовательно соединенные первый интегрирующий усилитель, второй интегрирующий усилитель и дифференцирующий

1319218

Составитель В. Трофименко

Редактор А. Сабо Техред В.Кадар Корректор Л Пилипенко

Заказ 2526/53 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4 усилитель, выход которого является выходом динамического звена, блок перемножения цепи обратной связи динамического звена, первый вход которого является вторым корректирующим входом динамического звена, второй вход соединен с выходом второго интегрирующего усилителя, а выход подключен к второму входу первого интегрирующего усилителя.