Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий

 

Изобретение относится к области электротехники и автоматики. Цель изобретения - повышение точности передачи угла поворота задающего вала и отражения нагрузочных моментов устройства дистанционной передачи угла с масштабированием усилий. Устройство содержит соединенные с задающим и исполнительными валами соответственно синхронные машины 1 и 2 оператора и нагрузки, снабженные датчиками 3 и 4 положения вала оператора и нагрузки, сравнивающий элемент 5, сумматор 6, первый блок 7 умножения на "±1", реле 8, выделяющее знак рассогласования, второй и третий блоки 9 и 10 умножения, функциональный преобразователь 11, вычисляющий угол α между магнитными полями ротора и статора. Введенные в схему интегратор 12 и блок 13 взятия модуля, дополнительные сравнивающие элементы трехходовый 14 и двухходовый 15 и полупроводниковый коммутатор 16 обеспечивают повышение точности и работоспособность при изменении направлений моментов оператора и нагрузки и высокую динамическую точность. Особенностью устройства является также изменение начала отсчета рассогласования в зависимости от коэффициента мощности. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 К 29/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) айаг. f (21) 3901664/24-07 (22) 27.05.85 (46) 30,12.90. Бюл. ¹ 48 (71) Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина (72) Д.И,Димитров (BG), Л.И.Матюхина, А.С.Михалев и И,М.Чушенков (SU) (53) 621.313,13.014.2:621,382 (088.8) (56) Петров Б.А. Манипумяторы. Л,; Машиностроение, 1984. с.178, Проектировани:з следящих систем двустороннегс действия, Под ред, В.С.Кулешова.

M.: Машиностроение, 1 2"О, с,61.

Авторское с идетельс во СССР № 1176425, кл. Н 02 К 29/06, 1984. (54} УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ УГЛА С МАСШТАБИРОВАНИЕМ

УСИЛИЙ (57) Изобретение относится к области электротехники и автоматики, Цель изобретения— повышение точности передачи угла поворота задающего вала и отражения нагрузочных моментов устройства дистанционной пере. 42 1617550 А1 дачи угла с масштабированием усилий, Устройство содержит соединенные с задающим и исполнительными валами с00ТВеТсТВ8ННо синхронные машины 1 и 2 оператора и нагрузки, снабженные датчиками 3 и 4 положения вала оператора и нагрузки, сравнивающий элемент 5, сумматор 6, первый блок 7 умножения на ""-1", реле 8, выделяющее знак рассогласования, второй и третий блоки 9 и 10 умножения, функциональный преобразователь 11, вычисляющий угол а между магнитными полями ротора и статора. Введенные в схему интегратор 12 и блок 13 взятия модуля, дополнительные сравнивающие элементы трехходовый 14 и двухходовый 15 и полупроводниковый коммутатор 16 обеспечивают повышение точности и работоспособность при изменении направлений моментов оператора и нагрузки и высокую динамическую точность. Особенностью устройства является также изменение начала отсчета рассогласования в зависимости от коэффициента мощности, 3 ил, 1617550

М>, п

Моп

Изобретение относится к области электротехники и автоматики и может быть использовано для дистанционной передачи угловых перемещений в следящих системах двустороннего действия с вентильными электродвигателями и силомоментным очувствлением при необходимости масштабирования усилий

Цель изобретения — повышение точности передачи угла поворота задающего вала и отражения нагрузочных моментов.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— векторные диаграммы магнитных полей, поясняющие его действие; на фиг, 3 — моментные характеристики устройства.

На фиг, 1 — 3 и в тексте приняты следующие условные обозначения: а p««, Q п.«Углы повоРота соответственно исполнительного и задающего валов (роторов синхронных машин);

a < — угол поворота магнитных полей их стато ров;

a — угол между магнитными полями ротора и статора синхронной машины нагрузки (исполнительного двигателя);

М, Ми — нагрузочные моменты на задающем и исп0лнительных валах;

М ««, М«« — моменть«, развиваемые синхронными машинами оператора и нагрузки; э, с)«1зи, Фз, Фси — магнитные потоки роторов и статоров синхронных машин оператора и нагрузки.

Устройство содержит соединенные с задающим и исполнительными валами соответственно синхронные машины оператора 1 и нагрузки 2, снабженные датчиками положения вала: оператора 3 и нагрузки 1. сравнивающий элемент 5, сумматор 6. первый блок 7 умножения ча «1, реле 8, выделяющее знак рассогласования, второй 9 и

-ретии 10 блок умножения «.а:«1, функциональный преобразователь 11, выч, ляющий угол по заданному коэффициенту масштабирования, равному интегратор 12, блок 13 взятия модуля, дополнительные сравнивающие элементы: трехвходовый 14 и двух входовый 15 и полупроводниковый коммутэтор 16. Коммутирующий вход 17 полупроводникового коммутатора

16 соединен с выходом сумматора 6, а вход

18, управляющий величиной выходного тока, с выходом дополнительного двухвходового сравнивающего элемента 15, На второй вход 19 первого блока 7 умножения

55 на «1 подается сигнал уставки, пропорциональный углу в 90О, а на вход 20 функционального преобразователя 11 — сигнал уставки, пропорциональный коэффициенту масштабирования моментов.

Функцией реле 8 является инвертирование сигналов на выходах блоков 7,9 и 10 умножения, с входами которых соединен его выход. Посредством этого инвертирования осуществляется, во-первых, изменение направления моментов обеих синхронных машин 1 и 2 на противоположные при изменении направления нагрузочного момента

Ми, чтобы последний правильно отражался на задающем валу в виде Mp, во-вторых, с помощью его и блока 9 умножения осуществляется смещение начала отсчета рассогласования а О для обеспечения работоспособности системы при изменении направления Ми или заданного коэффициента масштабирования и. Реле 8 может быть любым, его входные и выходные уровни должны быть согласованы с блоками 7,9 и 10 умножения на +. 1, а также элементом 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Угловая ориентация магнитных полей статоров обеих синхронных машин 1 и 2 будет одинаковой если считать оси роторов расположенными вдоль одной прямой при совпадении начал отсчета дат MKQB 3 и 4 положения, За счет взаимодействия реле 8 и первого блока 7 умножения на +. 1 в сумматоре 6 к показаниям датчика 3 положения б д . г пе «бавле, i сигнал в «90О, знак которого определяется сигналом с выхода реле

8 таким образом, чгобы магнитные поля статоров были отклонены на 90 от магнитного поля ротооа задающего двигателя Ф, в сгорону Фри (фиг.2а). Амплитуды статорных полей пропорциональны в силу параллельного включения обмоток синхронных машин 1 и 2 и определяются рассогласованием

Аа, которое отсчитывается от положения

Qp, а Qp =ape +(а+90 ), где знак "«" оводам;яегся сигналом с выхода реле 8, поступающим на блоки 7 и 9 умножения на 1, т.е, направлением нагрузочного момента Ми, в зависимости от которого

ap бУдет больше или меньше аp«« . Угол Q определяется необходимым оператору отношением моментов (i) — коэффициентом масштабирования и задает угол между Ф1 и и Феи (фиг.2а), В принятых обозначениях при отключенном интеграторе 12 моменты двигателеи выражаются следующим образом:

1817550

Мн — KH (ao — a pg ) sin a

М,„= К„(а, — а р, ), (2) где Кн, Коп — коэффициенты, определяемые конструкцией синхронных машин 1 и2 и при одинаковых синхронных машинах Кн = Коп, Очевидно, что в системе данной конструкции коэффициент масштабирования

n Кн/Коп (3) и функциональный преобразователь 11 с учетом (1) и (2) выполняет следующее преобразование: а = arcsln и К„

Коп (4) Рассогласование Ла = а, — a р1 с выхода трехвходового сравнивающего элемента 14 поступает на вход интегратора 12 и сравнивающего элемента 15. При появлении некоторого рассогласования Ла поянля1отся вращающие моменты в соответствии с уравнениями (2) и начинает увеличиваться модуль интеграла рассогласования на выходе блока 13. П1эи увеличении угла между полями Ф „и Фси больше а, что соответствует возрастанию М>, сигнал модуля интеграла на выходе блока 10 умножения будет иметь тэт же знак, чтс и рассо1ласование Лав силу действия реле 8, Это приведет к увеличению сигнала на выход.; сравнивающего элемента 15, а следовательно, возрастанию на:.ряжения и тока двига -пя и его M„, Через некоторое время в силу этого ротор синхронной машины нагруз,.и возвратится в исходное положение, либо (при движении) угол между 1фи и Фс„снова будет ранен а, что приведет к выполнению соотношения

Мп М и = — =-—

Мо; Мз (5) Если же Ми умен:,шится, то угол между

Ф1>и И Фси СтаНЕт t "СНЬШО а И ЗНаК ИНтЕГРала рассогласования станет противоположен знак, Ли, что приведет к уменьшению

Фс3, Фси и увеличению за некоторое время угла между Фр„и Ф, до а.

При изменении знака Ми угол между

Фр, и Ф:и начнет уменьшаться, а рассогласование Ла будет расти в силу отсчета его от al>. Однако, как указано выше, знак интеграла рассогласования на выходе блока

10 умножения будет противоположен знаку

Ла, а следовательно, -гмплитуды статорных полей будут уменьшат ься (фиг.2б), Под дейс1вием Ми чеРез некотоРое вРемЯ полЯ Фри и Ф э совпадут (так как амплитуда «вниду действия ичте1ратора 12 будет уменьшаться) и значение а ps — а ри на выходе сравнивающего элемента 5 изменит знак, что приведет к переключению реле 8 и отсчету рассогласования от нового а,. При этом ввиду укаэанного взаимодействия блоков 12,13,10 и 15 с 8 и 14 под действием М, угол а рз а ри будет расти и через некоторое время, вновь станет равен а+ 90, При изменении и и, следовательно, изменении а по (4) в схеме будут происходить процессы, полностью аналогичные описанным, как и при изменении а рз оператором.

Фиг.3 иллюстрирует необходимость ис15 пользования интегратора 12 и блоков его включения 13,10 и 15. Кривая 1 показывает зависимость мн от Угла междУ Ф >„и Фси пРи постоянном управляющем вг"--йстсип лучи 2 показывают занисимость рассогла20 сования I Ла I при различных т, or рассогласования apg — арф. Видно, I/0 без интегратора 12 при перемножении этих характеристик получа1отся сущес1ненно ноЛИНЕЙНЫЕ ЗаВИСИМОСтИ М,>п От Мп, ЧтО недопустимо.

Положительный эффект предлагаемого устройства состоит в том, что опeFð>àòoð получает возможность изменять коэффициент масштабирования при отражени1 нагрузо,:— ного момента, это облегчает его работу 11 повblLUàåò качество функционирования биотехнического манипулятора, а также повышает точность передачи угла и отра>кения нагрузочных моментов. Он достигается за счет введения в схему реле, трех блоков

35 умножения на - 1, сумматора, двух сравнивающих элементов, интегратора, блока взятия модуля и установ .ения соответствующих связей ме>кду блоками системы.

Наличие рассогласования валов в а" 9Т

40 при рабоге не будет ощущаться за счет поддержания его неизменным при постоянном и и адаптивных возможностей человекаоператора, использующего визуальную обратную связь. Кроме того, при использовании синхронных машин с Р парами полюсов ротора в реальных системах с редуктором, передаточное число которого N- 100-?00, рассогласование будет составлять сравни90" +а тельно небольшую величину;

F7 N

К преимуществам предлагаемого устройства следует отнести просто у реализации отдельных блоков как н аналоговой, так и в цифровой форме. Например, функциональный преобразователь может быть ныполнен в виде постоянного запсминающего устройства, а умножение на l+ 1 эквивалентно подаче на выход прямого либо инвертированного значения входного сигнала.

1617550

Ю8 Г

Составитель В.Никаноров

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор О,Спесивых

Заказ 4124 Тираж 441 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобрегениям и открь.тиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор.,д,, ул,Гагарина. ";01

Формула изобретения

Устройство дистанционной передачи угла с масштабированием усилий, содержащее укрепленную на задающем валу синхронную машину с первым датчиком положения, исполнительную синхронную машину с BTopbiM датчиком положения и полупроводниковый коммутатор с коммутирующим и управляющим входами, к выходам которого параллельно подключены обмотки статоров синхронных машин, а выходы датчиков положения подключены к входам двухвходового сравнивающего элемента, отл и ча ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности передачи угла поворота задающего вала и отражения нагрузочного момента, дополнительно введены реле, нелинейный функциональный преобразователь коэффициента масштабирования в угол между магнитными полями статора и ротора синхронной машины нагрузки, интегратор, сумматор, трехвходовый и второй двухвходовый сравнивающие элементы. три блока умножения на +. 1 и блок взятия модуля, причем выход двухвходового сравнивающего элемента соединен с входом реле, выход которого связан с первыми входами трех блоков умножения на:" 1, на второй вход первого блока умножения подан сигнал уставки, эквивалентный углу в 90", а выход соединен с первым входом сумматора, вто5 рой вход которого подключен к выходу первого датчика положения, а выход — к коммутирующему входу полупроводникового коммутатора и первому входу трехвходового сравнивающего элемента, второй вход

10 которого соединен с выходом второго блока умножения, а третий вычитающий вход подключен к выходу второго датчика положения, выход трехвходового сравнивающего элемента подключен к первому входу второ15 го двухвхоцового сравнивающего элемента и через последова-ельно соединенные интеграгор и блок взятия модуля — к второму входу третьего блока умножения, выход которо.о соединен с вторым входом второго

20 дв;хвходового сравнивающего элемента, выходом подключенного к управляющему входу полупроводникового коммугатора, причем на вход нелинейного функционального преобразователя подключен сигнал ус25 тавки, пропорциональный отношению моментов синхронных машин, а к выходу— второй вход второго блока умножения.