Устройство для регулирования скорости намотки нитей

 

Изобретение относится к текстильной промышленности, конкретнее k сновальным машинам. Целью изобретения является повышение точности регулирования путем обеспечения инвариантности к изменениям момента инерции на валу электродвигателя паковки. Характерной особенностью устройства является наличие в нем корректирующего блока 9 связанного с датчиками 5 и 7 скорости материала и тока электродвигателя 6 паковки 3, Блок 9 на основе сигналов с датчиков 5 и 7 позволяет получить скользящий режим работы устройства путем оценки сигнала линейной скорости материала и ее производной. Сигнал Vg. заданного значения .скорости материала и сигнал dVj/dt с выходов задатчиков 11, 12 скорости и интенсивности ее изменения поступают на вход сумматора 13 блока 10 управления, где они суммируются с выходными сигналами блока 9, Выходной сигнал S блока 10 равен S dx/dt+Cx, где х - ошибка регулирования , - постоянный коэффициент . Условие существования скользящего режима (dS/dt О при S 0 и dS/dt О при S 0) выполняется путем выбора требуемого напряжения управляемого источника 8 питания, 1 з.п, ф-лы, 2 ил, 2 с Ф (Л со it

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3999201/24 — 12 (22) 02.01,81 (46) 30.09.87. Бюл, ¹ 36 (71) Ивановский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектноконструкторского института по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (72) Н, Е. Костылева, В, М, Королев, С. А, Анисимов и Н. В, Копылов (53) 62).798.426(088.8) (56) Szczygiel L Szewzyk Е,, Zalasa А, Tyrystorowy uklad napedowysrowarki, — Przegl, Nlok, 37

1983, 12, с, 437-439. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

СКОРОСТИ НАМОТКИ НИТЕЙ (57) Изобретение относится к тек— стильной промышленности, конкретнее сновальным машинам, Целью изобретения является повышение точности регулирования путем обеспечения инвариантности к изменениям момента инерции на валу электродвигателя паковки. Характерной особенностью устройства является наличие в нем корректирующего блока 9, связанного с датчиками 5 и 7 скорости материала и тока электродвигателя 6 паковки 3.

Блок 9 на основе сигналов с датчиков

5 и 7 позволяет получить "скользящий" режим работы устройства путем оценки сигнала линейной скорости материала и ее производной. Сигнал Ч заданного значения. скорости материала и сигнал dV /dt с выходов задатчиков

11, 12 скорости и интенсивности ее изменения поступают на вход сумматора 13 блока 10 управления, где они суммируются с выходными сигналами блока 9. Выходной сигнал S блока 10 равен S=dx/dt+Cx, где х — ошибка регулирования, С > 0 — постоянный коэффициент. Условие существования сколь— зящего режима (dS/dt 0 при S (О и

dS dt (0 при S ) О) выполняется путем выбора требуемого напряжения управляемого источника 8 питания, 1 з.п ° ф-лы, 2 ил, 1341137

Изобретение относится к текстиль- ной промышленности, конкретнее к сновальным машинам, Цель изобретения -.повышение точности регулирования путем обеспечения .инвариантности к изменениям момента инерции на валу электродвигателя паковки.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство содержит наматывающий вал 1, на который наматываются нити

2, образуя паковку 3. Нити 2 огибают измерительный ролик 4, с которым кинематически связан датчик 5 скорости материала, Электродвигатель 6 паковки имеет датчик 7 тока, связанный с управляемым источником 8 питания, Датчики 5 и 7 подключены к входам корректирующего блока 9, выходы которого связаны с соответствующими входами блока 10 управления, Задатчик 11 скорости материала подключен к входу эадатчика 12 интенсивности изменения скорости материала, Блок 10 управления состоит из последовательно включенных сумматора 13 и компаратора 14, При этом выход компаратора 14 связан с входом источника 8.

Задатчиком 11 является переменный резистор 15, Задатчик 12 выполнен в виде включенных последовательно и охваченных отрицательной обратной связью компаратора 16 и интегратора 17, Компаратор 16 задатчика 12 выполнен íà операционном усилителе (ОУ) 18 с резисторами 19 — 22 на входе, Интегратор

17 эадатчика 12 выполнен на операционном усилителе 23 с резистором

24 на входе и конденсатором 25 в цепи обратной связи. Выход интегратора 17 цепью 26 обратной связи связан с входом комнаратора 16.

Сумматор 13 блока 10 выполнен на операционном усилителе 27 и резисторах 28 — 34, а компаратор 14 — на операционном усилителе 35 с резистором 36 на входе, Источник 8 выполнен в виде подключенного к сети переменного тока выпрямителя, собранного по мостовой схеме на диодах 37 — 42 и двух последовательно соединенных управляемых (например, транзисторных) ключах 43 и 44, подключенных к выходу выпрямителя, Параллельно ключу 44 подключены последовательно соединенные якорь электродвигателя 6 постоянного тока и датчик 7 тока, Датчик

7 может быть выполнен по известной схеме, например, в виде шунта, подключенного к усилителю с гальваническим разделением входных и выходных цепей, Входы ключей 43 и 44 образуют управляющий вход источника 8 и цепью .45 подключены к выходу компаратора 14 блока 10.

Корректирующий блок 9 состоит из

16 сумматора 46: и двух интеграторов—

47 и 48.

Первый интегратор 47 собран на операционном усилителе 49, резисто" рах 50 и 51 и конденсаторе 52. Один

20 из входов первого интегратора 47 подключен к датчику 5 скорости (например, тахогенератору), второй вход — к выходу второго интегратора

48, а выход первого интегратора 47 подключен к входу сумматора 46.

Сумматор 46 выполнен на.операционном усилителе 53 и резисторах 54 »

60. Вход сумматора 46 подключен к датчику 7 тока, датчику 5 скорости

30 и выходам интеграторов 47 и 48, Выход сумматора 46 подключен к входу второго интегратора 48.

Второй интегратор 48 собран на операционном усилителе 61, реэистоЗ5 ре 62 и конденсаторе 63, Выходы сумматора 46 и интегратора 48 являются выходами блока 9 и подключены к входу сумматора 13 блока 10.

40 Блок 9 представляет собой динамическую систему с обратной связью, которая на основе сигналов ПдГ и Ц4с датчиков 7 тока и 5 скорости восстанавdV ливает величины — и V в виде их

45 ЙС,1Ч оценок — напряжений — и V (Ч -скоdt рость материала.

В основе построения блока 9 лежат следующие известные соотношения.

50 Связь между линейной скоростью Ч намотки и угловой скоростьюЛ. двигателя определяется формулой

V = —. л, К

55 а электродвигатель описан системой дифференциальных уравнений: — Х вЂ” — Л + - U (1)

1т 1 к, К

dt тл" Lg Ья

l 341137

Км

+ м1

dt J c J Я» (2) где ?4 — ток электродвигателя 6;

К вЂ” коэффициент усиления источника 8;

Т вЂ” постоянная времени электродвигателя 6;

К и K> — постоянные коэффициенты;

J — суммарный. момент инерции на валу электродвигателя 6;

M — момент сопротивления нагрузки на валу электродвигателя 6; — индуктивность; передаточное число от вала электродвигателя 6 к наматынающему валу 1;

U — напряжение.

При намотке тонких материалов, в ,частности нитей в сновальной машине процесс изменения радиуса К паконки 3 протекает значительно медленнее, чем процессы изменения угловой скорости н переходных режимах, ПоэdR тому считают что — 0 и следоdt

dV R ЙЛ. вательно, — —, — —, а с учетом (2) dt i dt

К2 — Мс+ - -I

dt J i Ji (3) 2 М+ А и 2.11„+ с1ЧК2-KKR

dt .1i Д1Кдт

+1 (Кз14с Kq "4с) Известно, что момент сопротивле ния нагрузки (U<) состоит из двух составляющих: момента сил трения в

;наматывающем механизме и момента силы натяжения нитей 2. Изменение первой составляющей происходит весьма медленно и обусловлено, главным образом, износом механизма и ухудшени" ем смазки. Натяжение наматывающих нитей 2 обычно поддерживается приблизйтельно постоянным с помощью нитенатяжных устройств (например, в сновальной машине), Поэтому изменение момента силы натяжения обусловлено лишь изменением радиуса паковки 3, т,е, происходит тоже весьма медленно, Поэтому принимают

О, dMc (4)

dt

Уравнения (3) и (4) положены s основу построения блока 9, который описывается следующей системой уравнений:

dÌñ

Д = 12 (KÊU4ñ Ко "4с. )»

Йt

Клc где U c дс (5) К4с

U = --- V

4с

114т = К т 1»

К„ -К вЂ” масштабные коэффициенты;

К» — коэффициент передачи датчика 5 скорости;

Кдт — коэффициент передачи датчика 7 тока.

Коэффициенты 1, и 12 обратной связи по ошибке оценки U c 04,с выбраны такими, чтобы динамическая система (5) была асимптотически устойчива и чтобы процессы н блоке 9 протекали значительно (например, на порядок) быстрее процессов н объектах

Зи4.

Устройство работает следующим образом.

Регулирование скорости намотки в предлагаемом устройстве осуществляют путем согласованного замыкания и размыкания ключей 43 и 44 источника 8 питания, При этом якорь двигателя 6 с датчиком 7 тока могут быть подключены ключом 43 к выходу ныпрямителя на диодах 37 — 42 либо отключены от него и зашунтированы ключом 44, Заданное значение линей35 ной скорости устанавливают задатчиКоМ 11 (резистором 15). Выходной сигнал задатчика 11 поступает на вход компаратора 16 задатчика 12, где происходит сраннение этого сиг40 нала с сигналом обратной связи, поступающим на второй вход компаратора 16 по цепи 26 с выхода интегратора 17, Если, например, первый сигнал больше второго, то происходит

45 переключение компаратора 16 и изменение выходного сигнала интегратора 17 до тех пор пока он не достигнет величины сигнала задатчика 11 скорости (напряжения на поднижном контакте

50 резистора 15), С помощью задатчика

12 ограничивают темп изменения сигнала заданного значения скорости.

Сигнал заданного значения линейной скорости Ч " выхода интегратора 17

55 и сигнал производной от заданного

Ю значения линейной скорости -- с выdt хода компаратора 16 задатчика 12 поступают на вход сумматора 13 блока

1341137

10, где они суммируются с сигналами

dV и V, поступающими с выхода блоdt ка 9. Сумматор 13 блока 10 формирует сумму сигналов

S = — + Сх, dx (6)

dt где х=7 -V — ошибка регулирования;

С О вЂ” постоянный коэффициент; $ — выходной сигнал сумматора 13.

При 8 > О происходит переключение компаратора 14 блока 10. Выходной сигнал компаратора 14 по цепи 45 поступает на управляющий вход источника 8 питания и переключает ключи

43 и 44 (например, замыкает ключ 43 ,и размыкает ключ 44). В результате этого происходит соответствующее изменение (например, увеличение) напряжения якоря электродвигателя 6, угловой скорости наматывающега вала

1, линейной скорости нитей 2, угло— вой скорости измерительного раI лика 4 и выходных сигналов датчиков

7 тока и 5 скорости, Эти сигналы поступают на вход блока 9, в котором в соответствии с уравнениями (5) происходит быстрое восстановление

dV сигналов оценок — и V и изменение

dt этих сигналов в соответствии с измеdV нением — и V в сторону уменьшения

dt сигнала S, т,е. S - +О, При $-с О процесс происходит аналогично, однако характер изменения сигналов со ответствует S — -О (отрицательная величина S стремится к нулю, уменьшаясь по абсолютной величине). При выполнении условия существования скользящего режима, которое сводится к выполнению неравенств dS — — 0 при

dt сБ

ЯсО и -(0 при Sp0 в системе

dt

Э возникает режим высокочастотных переключений, при котором S e О, т,е, в соответствии с (6)

dx

+ Сх = О (7)

dt

Решение этого уравнения определяет характер переходного процесса изменения ошибки по скорости, т,е, качество регулирования

x(t) = х 1 (8) 15

55 где х, — величина ошибки в момент возникновения скользящего режима, Из (8) следует, что.устройство обеспечивает апериодический характер переходного процесса с заданной посто-! янной времени Т = — которая не заСэ ! висит от параметров объекта, — при нулевой ошибке в установившемся режиме x(t) = V,-,-V = О при t oo

Условие суще ств ования скользящего режима в предлагаемом устройстве

dS dS (— )ОприЯ (Ои-- (Опри

dt dt

О) выполняют путем выбора выходного напряжения выпрямителя источника 8 питания, При изменении радиуса паковки 3 в процессе намотки нити 2 происходит изменение параметров, а параметры блока 9 (коэффициенты сумматора 46, содержащие R и J) остаются постоянными, Однако это не приводит к снижению качества регулирования скорости, так как медленное изменение параметров R, J в процессе намотки паковки приводит к появлению ошибки оценки — разности сигналов (U t -О! с ) и соответствующему изменению выходного сигнала интегратора 4 блока 9 °

Таким образом, происходит компенсация влияния изменения параметров объекта на качество оценки линейной скорости и ее производной, Поскольку процессы в блоке 9 протекают значительно быстрее процессов изменения. параметров R „ J и переменных объек(1,7 с та, то значения оценок -- и V

dt практически всегда соответствуют факdV тическому значению переменных — и

dt

V, Таким образом, качества переходного процесса всегда соответствует желаемому в соответствии с (8), Ф а р м у л а изобретения

1, Устройство для регулирования скорости намотки нитей, преимущественно на снавальной машине, содержащее последовательно включенные зада,тчики скорости материала и интенсивности ее изменения, блок управления, управляемый источник питания электродвигателя паковки и датчики скорости материала и тока электродвигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования путем обеспечения

13411

Составитель Б. Кисин

Редактор Л. Веселовская Техред М.Ходанич

Корректор И, Эрдейи

Заказ 4392/27 Тираж 590

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно- полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4 инвариантности к изменениям момента инерции на валу электродвигателя паковки, оно снабжено корректирующим блоком, а блок управления состоит из сумматора и компаратора, при этом выходы задатчика интенсивности изменения скорости и корректирующего блока через сумматор и компаратор связаны с управляемым источником 10 ,питания, а выходы датчиков скорос1 ти материала и тока электродвигателя, . соединены соответственно с первым и вторым входами корректирующего блока.

2, Устроиство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что корректи1-

37

8 рующий блок состоит из сумматора и интеграторов, при этом объединенные первые входы сумматора и первого интегратора являются первым входом корректирующего блока, вторым входом которого является второй вход сумматора, третьим и четвертым входами связанного с выходами соответствующих интеграторов, причем выход сумматора соединен с входом второго интегратора, выход которого подключен к второму входу первого интегратора, причем выходы сумматора и второго интегратора являются выходами корректирующего блока.