Устройство для управления электромагнитным приводом

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении различными исполнительными механизмами на базе электромагнитного исполнительного органа пропорционального действия, когда требуется отработка управляющих воздействий с высокой точностью. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение надежности. Устройство содержит электромагнитный исполнительный орган 1, включающий обмотку 2 управления, датчики тока 4 обмотки управления и положения 5 подвижной части исполнительного органа, дифференциатор 6, вход которого соединен с выходом датчика положения, блок 11 нелинейности, вход которого связан с выходом датчика тока, линейный регулирующий блок 7, на входы которого подаются сигналы с датчика положения, дифференциатора и задающие сигналы. Введен усилитель 3 с "большим" коэффициентом усиления K = 1/ε, где ε →0. Предложенное устройство обеспечивает лианеризацию нелинейностей, присущих электромагнитным исполнительным механизмам, за счет чего достигается улучшение динамических и статических характеристик устройства. 1 ил.

(51)5 Н 0,1 Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

00 ИЭОЬРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ OCCP (21) 4463640/24-07 (22) 20.07.88 (46) 30. 12.90. Бюл. В 48 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Н.Г.Попович, А.В.Бакалов, С.М.11ересада, А,И.Гришин, А.Ю.Хандогин, В.В.Данилюк, Г.М.Аксенов, А.П.Тесленок и Ю.С.Шабанов (53) 621.318.3-5 (088.8) (56) Электромагнитный привод. Ввстн, Киев. политехн. ин-та. Электроэнерге- . тика, 1981, вып.4, с,53-56.

Авторское свидетельство СССР

В 1457002, кл. Н 01 F 7/18. 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и макет быть использовано при управлении различными исполнительными механизмами на базе электромагнитного исполнительного органа пропорционального действия, когда

„,SU„„1 12421 А1

2 требуется отработка управляющих воздействий с высокой точностью, Цель» изобретения является упрощение устройства и повышение надежности . Устройство содержит электромагнитный исполнительный орган 1, включающий обмотку 2 управления, датчик 4 тока обмотки управления и датчик 5 полошения подвккной части исполнительного органа, дифференциатор 6, вход которого соединен с выходом датчика полоиения, блок 11 нелинейности, вход которого связан с выходом датчика тока, линейный регулирующий блок 7, на входы которого подаются сигналы с датчика положения,. дифференциатора и задакщие сигналы, Введен усилитель

3 с "большим" коэффициентом усиления

К1/Я, где f 0. Предложенное устройство обеспечивает лианеризацию нелинейностей, присущих электромагнитным исполнительным механизмам, за счет а чего достигается улучшение динамических и статических характеристик уст-, ройства. 1 ил.

1617471 где J—

М к

М н

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении различными исполнительными механизмами на базе электро5 магнитного исполнительного органа (ЭИО) пропорционального действия, когда требуется отработка управляющих воздействий с высокой точностью.

Цель изобретения — упрощение ус1)ройства и повышение его надежно= сти.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит электромагнит- 15 ный исполнительный орган (ЭИО) 1, включающий обмотку 2 управления, усилитель 3 с большим коэффициентом усиления, выход которого через датчик 4 тока соединен с обмоткой 2 управления, датчик 5 положения, связанный с подвижной частью ЭИО 1, дифференциатор 6, вход которого соединен.

Ф с выходом датчика 5 положения, линейный регулирующий блок 7, первый вход которого соединен с выходом датчика

5 положения, а второй — с выходом дифференциатора 6, причеи на два других входа поданы сигнал 8 задания по положению и сигнал 9 задания по скорости подвижной части ЭИО 1, а его выход связан с одним иэ входов блока

10 суммирования, другой вход которого соединен с выходом блока 11 нелинейности вход которого подключен к вы1

35 ходу датчика 4 тока. Сигнал с выхода блока 10 суммирования подается на вход усилителя 3 с большим коэффициентом усиления.

Уравнение движения механической части 3Н0 1 имеет вид момент инерции подвижной части ЭИО; угол поворота (перемещение) подвижной части ЭИО, равный углу между осями подвижной и неподвижной полюсных систем

ЭИО и отсчитываемый от их несогласованного положения; коэффициент вязкого трения, момент, развиваемый испол- нительным органом;

55 момент нагрузки (например, если нагруэкой является пружина с коэффициентом С жесткости то М„=СВ).

Момент,. развиваемый ЭИО поворотного типа, или усилие 3НО поступательного действия с линейной магнитной системой пропорционально квадрату тока, .протекающего s обмотке: .Mg< К 2 °

Уравнение, описывакщее электромагнитную систему ЭИО, может быть представлено в виде

„ iR+QlP(i. 9) di 34(i Я) d8 ()

0 gi д gg, (2) где U i u R - -соответственно напряжение, ток и сопротив 1 ление обмотки управле» ния ЭИО;

Q (i,9) L0i д — потокосцепление.

После подстановки в выражение (2) значения ((, 0) получим:

U ik+I 8 -- +1 . d9

Де о Дс (3)

Учитывая выражения (1) и (3), систему уравнений, описывающую ЭИО, можно записать в форме

JO .а — -у; м„- к ; (4) дЯ 1 . di 1 г — -(м -м -pg); — — — (U-iR-L 1и1. ,1 к к, 1,а о

Будем использовать управление в виде

U - (i -КР)

1 а 2 (5) где i — управляющий сигнал на выходе

О линейного регулирующего устройства;

- — коэффициент передачи усилителя с большим коэффициентом усиления .

Под большим коэффициентом понимает1 ся такое значение —, что величина

QL4 g gas всех значений по крайней мере в десять раз меньше величины () маке

J -- — — где M"„К Р в этом

М "кака

И„,ак случае изменение тока в обмотке ЭИО будет происходить значительно быстрее, чем изменение механических координат подвижной части ЭИΠ— Я и 8 .

Подставив значение управлякщей величины в последнее уравнение системы (4), получим:

cI1 1 Г1 ч — = — - -(i -Ki2 ) iR I У

dt LÅÛ о

16174 71

QL e = i Кг.г Я Р pl iQ. (6)

dj о g o

Учитывая, что коэффициент передачи

1 усилителя у "+оо,т.е. E - О, кваэиустановившееся решение уравнения (6) в соответствии с теоремой Тихонова равно

j и gj2 10

При подстановке в третье уравнение системы (4) полученного значения для тока в обмотке управления ЭИО: е (7) 15

К система (4) преобразуется в линейную систему дифференциальных уравнений второго порядка:

d8

Ц е

dt

dQ 1

dt J и н — = -(!" -И - 3И) ° (8) 25

Таким образом, применение квадратичной обратной связи по току в соответствии с (5) позволяет не только линеаризовать исходную нелинейную

30 систему уравнений (4), но и понизить ее порядок на единицу. Физически управление (5) оз начает, что обмотка управления ЗПО получает питание от регулируемого источника тока с пара- 35 болической характеристикой (7). Управлением для системы (8) является управлякщий сигнал

Величину i будем искать в виде линейной функции задающего сигнала, сигнала обратной связи по положению и скорости подвижной части ЭИО:

jî 1н+ @ !а р (9»А 9) + 1а(д(() м А -() ) (9) где а и а „коэффициенты обратных связей по положению и скорости подвижной части ЭИО соответственно.

После подстановки в систему (8) значения 1, иэ выра кения (9) получим:

J9

-" =Ы дя

=а (9ьад 9)+а, (Q»h с4 ° (10)

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечинает линеаризацию нелинейностгй, присущих электромагнитным исполнительным органам и за счет этого достигается повышение динамических и статических характеристик данной системы управления.

Устройство работает следукщим образом.

Рассмотрим работу системы управления ЭИО 1 при изменении сигнала задания по положению от Оь до 9 .

В исходном состоянии подвижная часть ЭИО 1 занимает положение 0

9ээд=9, при этом;Ц =-Иаг0, а в линейном управляющем регулирующем блоке 7 согласно выражению (9) вырабатывается сигнал i q =СО. Ток, протекающий в обмотке 2 управления, равен

Создаваемый этим током мо а мент уравновешивается моментом соп ротивления.

Пусть изменение положения от 9

I до 8< должно происходить с постоянной с коростью, тогда: 50h =9,;(,.А=О, np. t 0;

ez-ei

9!Од =61+О Сэ У»д=4) в при 0сй-- —— с1 Я Э

9z-">

0»д 9, Q»h=0 при t ) — — --. )с

11ри изменении сигнала 8 задания по положению и сигнала 9 по скорости, на выходе линейного регулирующего блока I появляется управляющий сиг- . нал, величина которого определяется из выражения о=®+Р + !ад(9 +А 9)+ 1ая(с ")

В блоке 10 суммирования, который может быть выполнен по известной схеме, управлякщий сигнал io суммируется с сигналом, поступающим с выхода блока !1 нелинейности, который реализует квадратичную зависимость и может быть выполнен на аналоговом перемножителе

К 525 НС2 по известной схеме.

Так как усилитель 3 обладает большим коэффициентом усиления, ток в обмотке 2 упранления практически мгновенно отрабатывает все изменения управлякгцегп сигнала и равен

При превышении движущегося мо о к мента исполнительного органа над моментом сопротивления подвижная часть

ЭИО 1 приходит в движение. Движение подвижной ЭИО 1 части будет происходить так, что 9 стремится x g a

Q стремится кЯ дд до тех пор, пока она не займет положения Q =0»h HQ=

=Ягд =О, прн этом управляющий сигнал

1617471 станет пропорционален моменту

С & сопротивления.

Ток в обмотке 2 управления будет равен

«ЯЪ й=, 1 С 82 К К

Рассмотрим работу системы управления в статическом режиме, при О од =

const. Пусть сигнал с выхода блока

11 нелинейности по абсолютной величине будет меньше, чем управляющий сигнал 1, тогда на выходе блока 10 суммирования будет присутствовать положительный сигнал ошибки, а к обмотке

2 управления через усилитель 3 будет приложено максимальное напряжение, в результате чего ток в обмотке 2 управления ЭИО l начнет возрастать до тех пор, пока сигнал на выходе блока 20

11 нелинейности не станет больше управляющего сигнала i . В этот момент

6 усилитель 3 отключит обмотку 2 управления от источника питания. Под действием ЭДС самоиндукции через обмотку 2 управления, обратный диод усилителя 3 и датчик 4 тока будет протекать ток до тех пор, пока сигнал на выходе блока 11 нелинейности не станет меньше i„. После этого на выходе усилителя 3 снова появится напряжение и описанные процессы повторятся, Таким образом, с учетом реального ограничения напряжения усилителя 3, к обмотке 2 управления ЭИО 1 будет прикладываться напряжение U=U sigII(i—

-Ki ) где U — напряжение ограничения о усили геля 3. Среднее значение тока будет поддерживаться эа счет поочередного подключенгч обмотки 2 управле-40 ния к источникам +U . Возникающий при о этом скользящий режим характеризуется тем, что ток в обмотке управления определяется иэ выражения

+ь 45 ср гдето ср =) . э переменная составляющая, 50 обусловленная переключением усилителя 3.

Частота возникающих колебайий будет стремиться к бесконечности, а амплитуда — к нулю, Для снижения частоты переключения в усилителе 3 с

55 большим коэффициентом усиления введена положительная обратная связь, За счет изменения глубины положительной обратной связи можно регулировать амплитуду и частоту переменной составляющей тока i так, чтобы ее амплитуда оставалась пренебрежимо малой, а частота переключений могла быть практически реализуемой.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает линеаризацию нелинейностей, присущих электромагнитным исполнительным органам и за счет этого достигается улучшение динамических и статических характеристик системы управления ЭИО 1 °

Расчет и реализация алгоритма управления по сравнению с прототипом благодаря понижению порядка описывающих систему дифференциальных уравнений упрощается °

Формула изобретения

Устройство для управления электромагнитным приводом, содержащее выводы для подключения обмотки управления, датчики тока обмотки управления и положения подвижной части исполнительного органа, дифференциатор, вход которого связан с выходом датчика положения, блок нелинейности, реп:шзующий квадра тичную зависимость между током обмотки управлеьия и моментом электромагнитного испслнительного привода, вход которого связан с выходом датчика тока, и JIH!IE.IInûII регу:(ируюций блок, входы которого соединены соответственно с выходами датчика положения, дифференциатора и выводами для подключения источников задающих сигналов по положению и скорости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, в устройство введен усилитель с большим коэффициентом усиления,K1/ :, где g - 0 и суммирующий блок, выход усилителя, через датчик тока соединен с обмоткой управления, его вход подключен к выходу блока суммирования, первый вход которого связан с блоком нелинейности, а второй вход подключен к выходу линейного регулирующего блока, которое вырабатывает управляющий сигнал согласно выражению:

iI,=(c- чае)9+ (9-. а о)а+.1а 9эо +

+ J+ . о где i > — управляющий сигнал;

С вЂ” коэффициент жесткости нагрузочной пружины;

J — момент инерции подвижной части;

Составитель А. Каретников

Редактор А, Ренин Техред Л.Олийнык Корректор Л. Бескид

Заказ 4120 Тирах 465 Подписное

6ЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Рауиская наб., д. 4/5

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", r.уагород, ул. Гагарина, 101

9 1617471 а и ац- коэффициенты обратных связей по полонению и скорости подвижной части ЭИО соответ- . ственно;

9 и Q — соответственно положение и скорость подвижной части wn— коэффициент вязкого трения; р о4

Я . - задание по положению и скоМА рости соответственно,