Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий

 

Изобретение относится к электротехнике и автоматике. Целью изобретения является повышение точности передачи угла поворота и расширение диапазона изменения отношения моментов п исполнительной (ИМ) и задающей (ЗМ) синхронных машин, за счет задания в ИМ между магнитными полями ротора (Р) и статора (С) угла а, путем преобразования п по закону арктангенса имеющимся в устройстве нелинейным преобразователем . Магнитные поля Р обеих машин взаимно перпендикулярны, а магнитные поля С обеих машин, вследствие параллельного подключения их обмоток к выходам полупроводникового коммутатора, соналравлены. Введение трехвходового алгебраического сумматора и изменение закона преобразования коэффициента масштабирования п обеспечивает повышение точности дистанционной передачи угла и расширение диапазона изменения отношения моментрв п ИМ и ЗМ, а вместе с соответствующим образом подключенными реле, интегратором, блоком взятия модуля, тремя блоками умножения на ±1, двумя двухвходовыми и одним трехвходовым сравнивающими элементами обеспечивает работоспособность при изменении направлений моментов оператора и нагрузки и высокую динамическую точность. Особенностью устройства является независимость рассогласования валов, принимающее наименьшую величину, от п. 3 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГО СУДА Р СТВЕ ННО Е ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4156729/07 (22) 05.12.86 (46) 23,05,93. Бюл. N 19 (71) Белорусский государственный университет им, В.И.Ленина (72) Л.И.Матюхина, А,С.Михалев, А.В.Токарев и И.М.Чушенков (56) Авторское свидетельство СССР

N 1647789, кл. Н 02 К 29/06, 1986, Авторское свидетельство СССР

¹ 11777777220077, кл. Н 02 К 29/06, 1986, (54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯ ДИ СТАН ЦИОН НОЙ

ПЕРЕДАЧИ УГЛА С МАСШТАБИРОВАНИ-.

ЕМ УСИЛИЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и автоматике. Целью изобретения является повышение точности передачи угла поворота и расширение диапазона изменения отношения моментов и исполнительной (ИМ) и задающей (ЗМ) синхронных машин, за счет задания в ИМ между магнитными полями ротора (Р) и статора (С) угла а, путем преобразования и по закону арктангенса

Изобретение относится к электротехнике 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 и расширение функциональных возможностей путем увеличения диапазона изменения отношения

„„JIB „„1817201 А1 (я)я Н 02 К 29/06, Н 02 P 6/00 имеющимся в устройстве нелинейным преобразователем. Магнитные поля P обеих машин взаимно перпендикулярны, а магнитные поля С обеих машин, вследствие параллельного подключения их обмоток к выходам полупроводникового коммутатора, сонаправлены, Введение трехвходового алгебраического сумматора и изменение закона преобразования коэффициента масштабирования и обеспечивает повышение точности дистанционной передачи угла и расширение диапазона изменения отношения моментов и ИМ и ЗМ, а вместе с соответствующим образом подключенными реле, интегратором, блоком взятия модуля, тремя блоками умножения на 1, двумя двухвходовыми и одним трехвходовым 3 сравнивающими элементами обеспечивает работоспособность при измейении направлений моментов оператора и нагрузки и высокую динамическую точность.

Особенностью устройства является независимость рассогласования валов, принимающее наименьшую величину, от и. 3 ил, вюЪ моментов исполнительной и задающей синхронных машин, На фиг.1 изображена структурная схема устройства для дистанционной передачи угла; на фиг.2 — векторные диаграммы магнитных полей; на фиг.3 - моментные характеристики устройства.

Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий содержит укрепленную на задающем валу синхронную машину 1 с первым датчиком 2 положения, исполнительную синхронную

1817201 машину 3 со вторым датчиком 4 положения, полупроводниковый коммутатор 5 с коммутирующим 6 и управляющим 7 величиной тока входами, к выходам которого параллельно подключены ебмотки статоров обеих синхронных машин 1. 3, а выходы датчиков

2, 4 положения подключены ко входам первого двухвходового сравнивающего элемента 8. выход которого соединен со входом реле 9. Выход последнего связан с первыми входами трех блоков умножения 10-12, на второй вход первого блока умножения 10 подан сигнал, эквивалентный углу 90 . Ха второй вход второго блока 11 умножения подан сигнал с выхода нелинейного преобразователя 13 коэффициента масштабирования, Выход второго блока умножения 11 соединен с первым суммирующим входом первого трехвходового алгебраического сумматора 14, вычитающий вход которого соединен с выходом второго датчика 4 положения, а выход подключен к первому входу второго двухвходового сравнивающего элемента 15 и через последовательно соединенные интегратор 16 и блок 17 взятия модуля ко второму входу третьего блока умножения 12. Выход блока 12 соединен со вторым входом второго двухвходового сравнивающего элемента 15, выход которого подключен к управляющему величиной тока входу 7 полупроводникового коммутатора 5.

Выход первого блока 10 умножения подключен к первому суммирующему входу второго алгебраического сумматора 18, выход которого подключен ко второму суммирующему входу первого алгебраического сумматора 14 и к коммутирующему входу 6 полупровдникового коммутатора 5, Нелинейный преобразователь 13 выполнен в виде arctg-ного преобразователя, а второй вход алгебраический сумматор 18 снабжен вычитающим входом, подключенным к выходу второго блока умножения 11. Второй суммирующий вход второго алгебраического сумматора 18 подключен к выходу первого датчика 2 положения.

На фиг.1, 2, 3 приняты следующие обозначения: ар, ари — углы поворота исполнительного и задающего валов; а — угол поворота магнитных полей статоров; а — угол между магнитными полями ротора и статора исполнительного двигателя (синхронной машины);

Мол, Ми — нагрузочные моменты на задающем и исполнительном валах;

Мз, Mn — моменты, развиваемые двигателями оператора и нагрузки: (4) ступает на вход интегратора 16 и сравнивающего элемента 15. При появлении рассогласования возникают вращающие моменты в соответствии с уравнениями (2) и начинает увеличиваться модуль интеграла рассогласования на выходе блока 17 При

Ф з, Фри, Фз. Фси — магнитные потоки роторов и статоров синхронных машин оператора и нагрузки;

СМ3, СМИ вЂ” синхронные машины на задающем и исполнительном валах соответственно;

ДПРЗ, ДПРИ вЂ” датчики положения роторов на задающем и исполнительном валах соответственно.

Устройство работает следующим образом. Угловая ориентация магнитных полей статоров обоих двигателей будет одинаковой, если считать оси роторов расположенными вдоль одной прямой при совпадении начал отсчета датчиков положения 2 и 3. За счет взаимодействия реле 9 и первых двух блоков умножения 10, 11 во втором алгебраическом сумматоре 18 к показаниям датчика 2 положения будет прибавлен сигнал ч-(90 — а) знак которого определяется сигналом с выхода реле 9 таким образом, чтобы магнитные поля статоров были отклонены на 90" -а от магнитного поля ротора задающего двигателя Фр в сторону Фри (фиг.2а). Амплитуды статорных полей пропорциональны (в силу параллельного включения обмоток синхронных машин 1 и 3) и определяются рассогласованием Ь(, которое отсчитывается от положения ао а ао = ар., - 90, (1), где знак "+ " определяется сигналом с выхода реле 9. поступающим на блоки умножения 10 и 11, т.е. направлением нагрузочного момента Мн, в зависимости от которого ар будет больше или меньше ари .

При отключенном интеграторе 16 моменты двигателей выражаются следующим образом:

Ми = Ки (ао — ари) sin а (1)

Mз = Kç,(aî - ари) cos а (2) где Ки и K> — коэффициенты, определяемые конструкцией синхронных машин и при одинаковых двигателях Ки = K>. Очевидно, что в системе данной структуры

45 и = " =-tga (3) м„. т,е. "и" принимает значения от 0 до оо и функциональный преобразователь с учетом (2) и (3) должен выполнять следующее пре50 образование

Ки а=- arctgn—

К

Рассогласование Ax = а — ари с выхода первого алгебраического сумматора 14 по1817201 (5)

Если же Ми уменьшится, то угол между

Фри и Фси станет меньше а и знак интеграла рассогласования станет противоположен знаку Ла, что приведет к уменьшению

Фсз, Фси и увеличению через некоторое время угла между Фри и Фси до а.

При изменении знака Ми угол между

Фри и Фси начнет уменьшаться, а рассогла25 сование Ла будет расти в силу отсчета его от а, Однако, как указано выше, знак интеграла рассогласования на выходе блока 12 умножения будет противоположен знаку

Ла, а следовательно, амплитуды статорных полей будут уменьшаться (фиг.26), Под действием М> через некоторое время поля

Ф и и Фрз совпадут (так как амплитуда

Фси из-за действия интегратора 16 будет

35 с уменьшаться, и значение арз ари на выходе сравнивающего элемента 3 изменит знак, что приведет к переключению реле 9 и к отсчету рассогласования от нового а,. При в этом поддействием Ми угол ар, — ари будет 40 расти, и через некоторое время вновь станет равен 90 .

При изменении коэффициента масштабирования и, следовательно, изменении а в схеме. будут происходить процессы, полно- 45 стью аналогичные описанным выше, как и при изменении арз оператором.

Фиг.За иллюстрирует зависимости Ми и

Мз соответственно, от угла а, фиг.Зб показывает зависимость угла а от коэффициен- 50 та масштабирования и. Видно, что и зависимость угла а коэффициента масшта- в бирования и лежит в пределах от Одо любой з необходимой величины. и

Таким образом, за счет изменения сиг- 55 м нала управления на коммутирующем входе э коммутатора 5 на величину. определяемую н нелинейным преобразователем 13, удается и повысить точность передачи угла и расши- с рить функциональные возможности путем в увеличении угла между полями

Фри и Фси больше а, что соответствует возрастанию Ми, сигнал модуля интегратора на выходе блока 12 умножения будет иметь тот же знак, что и рассогласование Ах в силу 5 действия реле 9. Это приведет к увеличению сигнала на выходе сравнивающего элемента 15, а следовательно, возрастанию напряжения и тока двигателя и его Ми. Через некоторое время в силу этого ротор.двига- 10 теля нагрузки возвратится в исходное положение либо (при движении) угол между

Ф и и Фси снова будет равен а, что приведет к выполнению соотношения; увеличения диапазона изменения коэффициента масштабирования при отражении нагрузочного момента.

Формула изобретения

Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий, содержащее на задающем валу синхронную машину с первым датчиком положения, исполнительную синхронную машину с вторым датчиком положения, полупроводниковый коммутатор с коммутирующим и управляющим величиной тока входами, к выходам которого параллельно подключены обмотки статоров синхронных машин, а выходы датчиков положения подключены к входам первого двухвходового сравнивающего элемента, выход которого соединен со входом реле, а выход реле подключен к первым входам трех блоков умножения, второй вход первого блока умножения служит для подачи сигнала, эквивалентного углу в 90, второй вход второго блока умножения соединен с выходом нелинейного преобразователя коэффициента масштабирования, вход которого является входом установки отношения моментов задающей и исполнительной синхронных машин, а выход второго блока умножения соединен с первым суммирующим входом первого трехвохдового алгебраического сумматора, вычитающий. вход которого подключен к выходу второго датчика положения ротора, а выход — к первому входу второго двухводового равнивающего элемента и через последовательно соединенные интегратор и блок взятия модуля к второму входу третьего блоа умножения, выход которого соединен с торым входом второго двухвходового сравивающего элемента, выход которого подлючен к управляющему величиной тока ходу полупроводникового коммутатора, ыход первого блока умножения подключен первому суммирующему входу второго алебраического сумматора, выход которого одключен к второму суммирующему входу ервого алгебраического сумматора и к комутирующему входу полупроводникового оммутатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, целью повышения точности передачи угла оворота и расширения функциональных озможностей путем увеличения диапаона изменения отношения моментов исолнительной и задающей синхронных ашин, нелинейный преобразователь коффициента мастшабирования выполен в виде арктангенсного реобразователя, второй алгебраичекий сумматор снабжен вычитающим ходом, подключенным к выходу второго

1817201 блока умножения, а второй суммирующий вход второго алгебраического сумматора подключен к выходу первого датчика положения. юг. 7

Оы к, Л

Фиг. 5 Составитель А.Иванов

Техред М.Моргентал Корректор М,Куль

Редактор Н,Козлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп,Гагарина, 101

Заказ 1728 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

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